CN115700060A

CN115700060A - 热电元件

Info

Publication number: CN115700060A
Application number: CN202180039323.XA
Authority: CN
Inventors: 李世运; 金钟岘; 刘永三
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2020-04-01
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2023-02-03
Also published as: KR20210122606A; WO2021201495A1; US20230165147A1

Abstract

根据实施方式提供一种热电元件，包括：第一绝缘部；设置在第一绝缘部上的多个第一电极；设置在第一电极上方的第二电极；彼此间隔开地设置在第一电极与第二电极之间的第一导电半导体结构和第二导电半导体结构；以及设置在第二电极上的第二绝缘部，其中，第一绝缘部包括朝向第一电极突出的第一突出部，并且第二绝缘部包括朝向第二电极突出的第二突出部。

Description

热电元件

技术领域

本发明涉及热电元件，并且更具体地涉及设置在基板上的电极的结构。

背景技术

热电效应是由于材料中电子和空穴的移动而发生的热与电之间的直接能量转换现象。

热电元件通常被称为使用热电效应的元件，并且具有如下结构，在该结构中P型热电材料和N型热电材料设置在金属电极之间并结合到金属电极以形成PN结对。

热电元件可以被划分为使用取决于温度变化的电阻变化的元件、使用其中由于温度差而生成电动势的塞贝克(Seebeck)效应的元件、使用其中由于电流而发生热吸收或加热的珀尔帖(Peltier)效应的元件等。

热电元件已经被不同地应用于家用电器、电子部件、通信部件等。作为示例，热电元件可以应用于冷却装置、加热装置、发电装置等。因此，对热电元件的热电性能的需求逐渐增加。

在这种情况下，热电元件具有在电极与基板之间发生介电击穿的问题。

发明内容

技术问题

本发明旨在提供一种用于提高可靠性的热电元件的电极的结构。

技术解决方案

本发明的一方面提供了一种热电元件，该热电元件包括：第一绝缘部；设置在第一绝缘部上的多个第一电极；设置在第一电极上方的第二电极；彼此间隔开地设置在第一电极与第二电极之间的第一导电半导体结构和第二导电半导体结构；以及设置在第二电极上的第二绝缘部，其中，第一绝缘部包括朝向第一电极突出的第一突出部，并且第二绝缘部包括朝向第二电极突出的第二突出部。

第一突出部和第二突出部可以在竖直方向上交叠。

基于第一导电半导体结构和第二导电半导体结构，第一突出部和第二突出部可以具有相同的形状。

基于第一导电半导体结构和第二导电半导体结构，第一突出部和第二突出部可以具有不同的形状。

第一突出部和第二突出部可以在竖直方向上彼此间隔开地设置。

第一突出部的高度可以小于或等于第一电极的厚度的0.5倍。

第一突出部的高度可以大于或等于第一电极的厚度的0.5倍。

第一电极和第二电极中的每一个可以包括设置在面向与其相邻的基板的表面的边缘处的凹槽部分；并且当从上方观看时，该凹槽部分可以具有闭环。

第一突出部和第二突出部中的每一个可以设置在凹槽部分中。

第一电极和第二电极中的每一个还可以包括突出电极，该突出电极设置在凹槽部分的下表面的边缘处；并且突出部在竖直方向上的高度可以小于或等于凹槽部分在竖直方向上的高度。

有益效果

根据本发明的实施方式，可以获得具有高的电可靠性的热电元件。

具体地，根据本发明的实施方式，可以提供包括凹槽的热电元件，该凹槽沿着朝向与电极相邻的基板设置的一个表面的边缘形成。

另外，根据本发明的实施方式的热电元件不仅可以应用于小型实现的应用，而且可以应用于大型实现的应用，例如车辆、船、钢厂和焚烧炉。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施方式的热电元件的透视图。

图2是示出根据本发明的一个实施方式的热电元件的截面图。

图3是示出根据本发明的第一实施方式的电极的透视图。

图4是示出根据本发明的第一实施方式的电极的俯视图。

图5是示出根据本发明的第一实施方式的电极的侧视图。

图6是示出根据本发明的第一实施方式的电极的仰视图。

图7是示出根据本发明的第一实施方式的电极和第一突出部的透视图。

图8是示出根据本发明的第一实施方式的电极和第一突出部的截面图。

图9是示出根据本发明的第二实施方式的热电元件的截面图。

图10是示出图9的部分K1的放大图。

图11是示出图10的修改实施方式的视图。

图12是示出根据本发明的第三实施方式的热电元件的截面图。

图13是示出图12的部分K2的放大图。

图14是示出图13的修改实施方式的图。

图15是示出根据另一修改实施方式的电极和第一突出部的侧视图。

图16a至图16e是用于描述制造根据第一实施方式的电极的方法的图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。

然而，本发明的技术精神不限于将被描述的一些实施方式，并且可以使用各种其他实施方式来实现，并且在本发明的技术精神的范围内可以选择性地耦接、替换和使用实施方式的至少一个部件。

另外，除非由上下文另外明确且具体地定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)可以被解释为具有本领域技术人员惯常理解的含义，并且例如在通常使用的词典中定义的术语的通常使用的术语的含义将通过考虑相关技术的上下文含义来解释。

另外，在本发明的实施方式中使用的术语是在描述性意义上考虑的，并不用于限制本发明。

在本说明书中，除非上下文另有具体指示，否则单数形式可以包括其复数形式，并且在描述“A、B和C中的至少一个(或一个或更多个)”的情况下，这可以包括A、B和C的所有可能组合中的至少一种组合。

另外，在对本发明的部件的描述中，可以使用诸如“第一”、“第二”、“A”、“B”、“(a)”和“(b)”的术语。

这些术语仅用于区分一个元件与另一元件，并且元件的本质、顺序等不受这些术语的限制。

另外，当元件被称为“连接”或“耦接”至另一元件时，这样的描述不仅可以包括元件直接连接至或耦接至另一元件的情况，还可以包括元件连接至或耦接至另一元件并且又一元件设置在其间的情况。

另外，在任何一个元件被描述为形成或设置在另一元件“上”或“下”的情况下，这样的描述不仅包括两个元件彼此直接接触地形成或设置的情况，还包括一个或更多个其他元件形成或设置在两个元件之间的情况。另外，当一个元件被描述为设置在另一元件“上或下”时，这样的描述可以包括一个元件相对于另一元件设置在上侧或下侧处的情况。

图1是示出根据本发明的一个实施方式的热电元件的透视图，并且图2是示出根据本发明的一个实施方式的热电元件的截面图。

参照图1和图2，热电元件(100)包括下基板(110)、下电极(120)、第二导电半导体结构(130)、第一导电半导体结构(140)、上电极(150)和上基板(160)。

下电极(120)设置在下基板(110)与第二导电半导体结构(130)和第一导电半导体结构(140)的下表面之间，并且上电极(150)设置在上基板(160)与第二导电半导体结构(130)和第一导电半导体结构(140)的上表面之间。因此，多个第二导电半导体结构(130)和多个第一导电半导体结构(140)通过下电极(120)和上电极(150)电连接。设置在下电极(120)与上电极(150)之间并电连接至下电极(120)和上电极(150)的成对的第二导电半导体结构(130)和第一导电半导体结构(140)可以形成单位单元。在说明书中，下电极(120)可以与“第一电极”互换使用。另外，在说明书中，下电极(120)可以与“第二电极”互换使用。另外，电极具有包括所有上电极和下电极的含义。另外，下基板可以与“第一基板”互换使用并且上基板可以与“第二基板”互换使用。另外，在本说明书中，第一方向(X轴方向)可以包括从第一基板朝向第二基板的方向(X1)和与方向(X1)相反的方向(X2)，并且可以用作“竖直方向”。另外，第一电极和第二电极可以设置为多个第一电极和多个第二电极。

例如，当电压通过引线(181)和引线(182)施加到下电极(120)和上电极(150)时，由于珀尔帖效应，电流通过其从第二导电半导体结构(130)流向第一导电半导体结构(140)的基板可以吸收热量以用作冷却部分，并且电流通过其从第一导电半导体结构(140)流向第二导电半导体结构(130)的基板可以被加热以用作加热部分。替选地，当对下电极(120)和上电极(150)施加不同的温度时，由于塞贝克效应，电荷可以移动通过第二导电半导体结构(130)和第一导电半导体结构(140)，从而也可以生成电力。

在这种情况下，第二导电半导体结构(130)和第一导电半导体结构(140)中的每一个可以是主要包括铋(Bi)和碲(Te)的基于Bi-Te的热电臂(thermoelectric leg)。第二导电半导体结构(130)可以是包括锑(Sb)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)和铟(In)中的至少一种的基于Bi-Te的热电臂。作为示例，基于100wt％的总重量，第二导电半导体结构(130)可以包括作为主材料的99wt％至99.999wt％的Bi-Sb-Te和0.001wt％至1wt％的镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)和铟(In)中的至少一种材料。第一导电半导体结构(140)可以是包括硒(Se)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)和铟(In)中的至少一种的基于Bi-Te的热电臂。作为示例，基于100wt％的总重量，第一导电半导体结构(140)可以包括作为主材料的99wt％至99.999wt％的Bi-Se-Te以及0.001wt％至1wt％的镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)和铟(In)中的至少一种材料。

第二导电半导体结构(130)和第一导电半导体结构(140)中的每一个可以形成为体类型或堆叠类型。通常，体类型的第二导电半导体结构(130)或体类型的第一导电半导体结构(140)可以通过如下过程形成，在该过程中，对热电材料进行热处理以制造锭，对锭进行研磨和应变以获得用于热电臂的粉末，对粉末进行烧结，并且对烧结的粉末进行切割。在这种情况下，第二导电半导体结构(130)和第一导电半导体结构(140)中的每一个可以是多晶热电臂。如上所述，当第二导电半导体结构(130)和第一导电半导体结构(140)中的每一个是多晶热电臂时，第二导电半导体结构(130)和第一导电半导体结构(140)中的每一个的强度可以增加。堆叠的第二导电半导体结构(130)或堆叠的第一导电半导体结构(140)可以在这样的过程中形成，在该过程中，包含热电材料的糊剂被施加到各自具有片形的基底构件上以形成单元构件，并且单元构件被堆叠和切割。

在这种情况下，成对地设置的第二导电半导体结构(130)和第一导电半导体结构(140)可以具有相同的形状和体积，或者可以具有不同的形状和体积。作为示例，由于第二导电半导体结构(130)和第一导电半导体结构(140)的导电特性不同，第一导电半导体结构(140)的高度或横截面积可以与第二导电半导体结构(130)的高度或横截面积不同。

在这种情况下，第二导电半导体结构(130)或第一导电半导体结构(140)可以具有圆柱形状、多角柱形状、椭圆柱形状等。

根据本发明的一个实施方式的热电元件的性能可以表示为热电性能品质因数(ZT)。热电性能品质因数(ZT)可以由等式1表示。

[等式1]

ZT＝α²·σ·T/k

此处，α表示塞贝克系数[V/K]，σ表示电导率[S/m]，α²·σ表示功率因数[W/mK²]。另外，T表示温度，并且k表示热导率[W/mK]。k可以表示为a·cp·ρ，其中，a表示热扩散率[cm²/s]，cp表示比热[J/gK]，并且ρ表示密度[g/cm³]。

为了获得热电元件的热电性能品质因数(ZT)，使用Z计测量Z值(V/K)，并且可以使用测量的Z值来计算热电性能品质因数(ZT)。

在这种情况下，设置在下基板(110)与第二导电半导体结构(130)和第一导电半导体结构(140)之间的下电极(120)以及设置在上基板(160)与第二导电半导体结构(130)和第一导电半导体结构(140)之间的上电极(150)中的每一个可以包括铜(Cu)、银(Ag)、铝(Al)和镍(Ni)中的至少一种，并且可以具有0.01mm至0.3mm的厚度。当下电极(120)或上电极(150)的厚度小于0.01mm时，电极功能降低，因此导电性能可能降低，而当下电极(120)或上电极(150)的厚度大于0.3mm时，电阻增加，因此传导效率可能降低。

另外，彼此相对的下基板(110)和上基板(160)可以是金属基板，并且下基板(110)和上基板(160)中的每一个的厚度可以在0.1mm至1.5mm的范围内。当金属基板的厚度小于0.1mm或大于1.5mm时，由于热辐射性质或热导率可能变得过高，所以热电元件的可靠性可能降低。

另外，当下基板(110)和上基板(160)是金属基板时，第一绝缘部(170a)和第二绝缘部(170b)可以进一步形成在下基板(110)与下电极(120)之间以及上基板(160)与上电极(150)之间。

因此，根据该实施方式的热电元件(100)还可以包括绝缘部(170)，该绝缘部包括第一绝缘部(170a)和第二绝缘部(170b)。

首先，第一绝缘部(170a)和第二绝缘部(170b)中的每一个可以包括具有热导率为1W/mK至20W/mK的材料。在这种情况下，第一绝缘部(170a)和第二绝缘部(170b)中的每一个可以是包括环氧树脂和硅树脂中的至少一种和无机材料的树脂组合物、由包括硅和无机材料的硅复合物形成的层、或氧化铝层。在这种情况下，无机材料可以是包含铝、硼、硅等的氧化物、碳化物和氮化物中的至少一种。

另外，绝缘部(170)可以设置在相邻的下电极(120)或相邻的上电极(150)之间，并且比将在下面描述的突出部(180)位于更靠近第二导电半导体结构(130)或第一导电半导体结构(140)。例如，绝缘部(170)在第一方向(X轴方向)上的长度可以大于突出部(180)在第一方向上的长度。

另外，绝缘部(170)可以朝向相邻的下电极(120)之间的相邻的基板或相邻的上电极(150)之间的相邻的基板凸出。例如，第一绝缘部(170a)的上表面可以位于第一突出部(180a)的上表面上方，并且可以朝向相邻的下电极(120)之间的下基板(110)凸出。替选地，第一绝缘部(170a)的上表面可以朝向上基板(160)凹入。这样的内容可以等同地应用于下面将描述的各种实施方式。

在这种情况下，下基板(110)和上基板(160)的尺寸也可以不同。即，下基板(110)和上基板(160)中的一个的体积、厚度或面积可以大于另一个的体积、厚度或面积。在这种情况下，厚度可以是从下基板(110)朝向上基板(160)的方向上的厚度，并且面积可以是垂直于从基板(110)朝向上基板(160)的方向的方向上的面积。因此，可以提高热电元件的热吸收或辐射性能。优选地，相比于上基板(160)，下基板(110)的体积、厚度和面积中的至少一个可以更大。在这种情况下，当下基板(110)设置在用于塞贝克效应的高温区域中或用作用于珀尔帖效应的加热区域时，或者用于保护热电元件(将在下面描述)免受外部环境影响的密封构件设置在下基板(110)上时，相比于上基板(160)，下基板(110)的体积、厚度和面积中的至少一个可以更大。在这种情况下，下基板(110)的面积可以在上基板(160)的面积的1.2倍到5倍的范围内形成。当下基板(110)的面积小于上基板(160)的面积的1.2倍时，热传递效率的增加的效果可能不大，而当下基板(110)的面积大于上基板(160)的面积的5倍时，热传递效率可能相当显着地降低，并且热电装置的基本形状可能无法保持。

另外，可以在下基板(110)和上基板(160)中的至少一个的表面上形成热辐射图案，例如不均匀图案。因此，可以提高热电元件的热辐射性能。当在与第二导电半导体结构(130)或第一导电半导体结构(140)接触的表面上形成不均匀图案时，可以改善热电臂与基板之间的结合性质。热电元件(100)包括下基板(110)、下电极(120)、第二导电半导体结构(130)、第一导电半导体结构(140)、上电极(150)和上基板(160)。

尽管未在附图中示出，但是密封构件还可以进一步设置在下基板(110)与上基板(160)之间。密封构件可以设置在下基板(110)与上基板(160)之间的下电极(120)、第二导电半导体结构(130)、第一导电半导体结构(140)和上电极(150)的侧表面上。因此，下电极(120)、第二导电半导体结构(130)、第一导电半导体结构(140)和上电极(150)可以被密封以免受外部湿气、热、污染等的影响。

另外，在根据该实施方式的热电元件中，第一绝缘部(170a)和第二绝缘部(170b)还可以包括第一突出部(180a)和第二突出部(180b)。第一突出部(180a)和第二突出部(180b)可以设置在下电极(120)和上电极(150)的将在下面描述的凹槽部分中。例如，第一突出部(180a)和第二突出部(180b)可以包括设置在下电极(120)的凹槽部分中的第一突出部(180a)和设置在上电极(150)的凹槽部分中的第二突出部(180b)。由于这样的构造，可以防止下电极(120)和上电极(150)穿过第一绝缘部(170a)和第二绝缘部(170b)而引起介电击穿从而电连接至下基板(110)和上基板(160)的问题。这将在下面描述。在本说明书中，将主要描述第一突出部(180a)，这等同地适用于第二突出部(180b)，并且绝缘部(170)可以包括或不包括作为元件的第一突出部(180a)和第二突出部(180b)。即，第一绝缘部(170a)可以由与第一突出部(180a)的材料不同的材料形成。替选地，第一绝缘部(170a)可以由与第一突出部(180a)的材料相同的材料形成。因此，应当理解，第一绝缘部(170a)可以具有或不具有第一绝缘部(170a)与第一突出部(180a)之间的边界表面。因此，突出部将被描述为包括在绝缘部中的元件或被描述为不同于绝缘部的元件。

图3是示出根据本发明的第一实施方式的电极的透视图，图4是示出根据本发明的第一实施方式的电极的俯视图，图5是示出根据本发明的第一实施方式的电极的侧视图，并且图6是示出根据本发明的第一实施方式的电极的仰视图。

参照图3至图6，根据第一实施方式的电极(120)或(150)包括第一电极(120)或第二电极(150)，并且下面将主要描述第一电极(120)。

第一电极(120)可以包括第一表面(S1)、第二表面(S2)和第三表面(S3)。

第一表面(S1)可以是设置在与第一电极(120)相邻的基板(例如，下基板(110))一侧处的表面。第一表面(S1)的至少一部分可以与相邻的基板(110)或基板(110)上的第一绝缘部(170a)(参见图2)接触。第一表面(S1)可以具有矩形形状，但也可以具有多边形或圆形形状。

另外，第一表面(S1)可以包括作为最外侧部分的第一边缘部分(E1)、第二边缘部分(E2)、第三边缘部分(E3)和第四边缘部分(E4)。

第一边缘部分(E1)可以被设置成面向第二边缘部分(E2)。另外，第三边缘部分(E3)可以被设置成面向第四边缘部分(E4)。另外，第三边缘部分(E3)和第四边缘部分(E4)可以设置在第一边缘部分(E1)与第二边缘部分(E2)之间。

另外，第一边缘部分(E1)和第二边缘部分(E2)在第二方向(Y轴方向)上的长度可以与第三边缘部分(E3)和第四边缘部分(E4)在第三方向(Z轴方向)上的长度不同。在这种情况下，第二方向(Y轴方向)和第三方向(Z轴方向)是在垂直于第一方向(X轴方向)的平面上的两个垂直方向。

作为示例，第一边缘部分(E1)和第二边缘部分(E2)在第二方向(Y轴方向)上的长度可以小于第三边缘部分(E3)和第四边缘部分(E4)在第三方向(Z轴方向)上的长度。

另外，可以沿着第一表面(S1)的边缘设置凹槽部分(G1)。即，第一表面(S1)可以包括凹槽部分(G1)。换言之，第一表面(S1)可以具有从中心部分朝向相邻的基板(例如，下基板)延伸的突出结构的形状。在本说明书中，第一电极(120)和第二电极(150)包括凹槽部分(G1)和凹槽部分(G2)，但是如上所述，将主要描述第一电极(120)和设置在第一电极(120)中的凹槽部分(G1)。

凹槽部分(G1)可以沿着第一表面(S1)的边缘延伸并且在平面(YZ)上具有闭环。因此，凹槽部分(G1)可以被设置成围绕位于第一表面(S1)的中心部分处的突出结构。

在第一表面(S1)上，第一边缘部分(E1)至第四边缘部分(E4)可以被设置成在第一方向上与第一表面(S1)的中心部分间隔开。即，凹槽部分(G1)的下表面(GS1a)和第一表面(S1)的中心表面(S1a)可以彼此间隔开地设置。因此，第一表面(S1)可以具有由凹槽部分(G1)引起的高度差，并且该高度差可以对应于凹槽部分(G1)在第一方向上的高度(H2)。

根据实施方式，凹槽部分(G1)的高度(H2)与第一电极(120)的高度(H1)的比率可以在1:1.8至1:3.2的范围内。当该比率小于1:1.8时，存在电极的电阻增加从而使热电元件的性能降低的问题。另外，当该比率大于1:3.2时，存在位于凹槽部分中的第一突出部(180a)与电极分离的问题。另外，可能存在形成在凹槽部分中的第一突出部穿过第一绝缘部(170a)以引起第一绝缘部(170a)上的介电击穿的问题。

另外，第一表面(S1)可以包括凹槽部分(G1)的下表面(GS1a)和侧表面(GS2a)以及中心表面(S1a)。

另外，根据实施方式，凹槽部分(G1)的宽度(W1)与第一电极(120)的宽度(W2)的比率可以在1:20至1:54.2的范围内。当该比率小于1:20时，存在电极与突出部之间的机械可靠性降低的问题。另外，当该比率大于1:54.2时，存在增加电极的电阻的问题。

第二表面(S2)可以被设置成面向第一表面(S1)。另外，第二表面(S1)可以是设置在电连接至第一电极(120)的热电臂上的表面。第二表面(S2)的至少一部分可以与第二导电半导体结构或第一导电半导体结构接触或电连接。

第三表面(S3)可以设置在第一表面(S1)与第二表面(S2)之间。当第一表面(S1)和第二表面(S2)是第一电极(120)的下表面和上表面时，第三表面(S3)可以对应于第一电极(120)的侧表面。

图7是示出根据本发明的第一实施方式的电极和第一突出部的透视图，并且图8是示出根据本发明的第一实施方式的电极和第一突出部的截面图。

参照图7和图8，第一突出部(180a)可以设置在第一电极(120)的凹槽部分(G1)中。在这种情况下，第一突出部(180a)可以具有与凹槽部分(G1)的形状相对应的形状。即，第一突出部(180a)的每个表面可以与第一表面(S1)和第三表面(S3)中的一个共面。

另外，第一突出部(180a)和第一电极(120)可以与如上所述的设置在第一突出部(180a)和第一电极(120)下方的第一绝缘部(170a)接触。另外，第一突出部(180a)和第一电极(120)可以通过第一绝缘部(170a)耦接至下基板。

另外，根据实施方式，第一电极(120)在边缘处包括凹槽部分(G1)，第一突出部(180a)位于凹槽部分(G1)中，因此可以不形成从第一电极(或第一表面)朝向下基板突出的突出电极。即，第一突出部(180a)可以防止形成突出电极。因此，由于不会发生由于突出部对第一绝缘部(170a)的损坏，所以可以防止由于绝缘部(170a)(或第二绝缘部(170b))的介电击穿而在第一电极与下基板之间(或在第二电极与上基板之间)的电连接。即，可以提高热电元件的电可靠性。

图9是示出根据本发明的第二实施方式的热电元件的截面图，并且图10是示出图9的部分K1的放大图。

参照图9至图10，如上所述，根据第二实施方式的热电元件可以包括下基板(110)、下电极(120)、第二导电半导体结构(130)、第一导电半导体结构(140)、上电极(150)、上基板(160)、第一绝缘部(170a)和第二绝缘部(170b)。除了下面将要描述的内容之外，上述内容可以等同地应用。

根据基于第二实施方式的热电元件，第一电极(120)的每一个可以包括在第一表面(S1)的最外侧朝向相邻的基板突出的突出电极(PR)。

首先，突出电极(PR)可以包括第一电极(120)的第一突出电极(PR1a)和第二电极(150)的第二突出电极(PR1b)，并且在下文中，第一突出电极(PR1a)和第二突出电极(PR1b)中的每一个将被描述为突出电极(PR)。

突出电极(PR)可以设置在凹槽部分(G1)的下表面(GS1a)上。另外，突出电极(PR)也可以设置在凹槽部分(G1)的下表面(GS1a)的最外侧，即边缘。另外，突出电极(PR)可以在垂直于第一方向的平面(YZ)上具有类似于凹槽部分(G1)的闭环。替选地，突出电极(PR)可以在垂直于第一方向的平面(YZ)上具有开环。

突出电极(PR)在第一方向上的高度(H3)可以小于或等于凹槽部分(G1)的高度(H2)。由于这样的构造，突出电极(PR)可以不穿过第一绝缘部(170a)或至少部分区域。因此，不仅提高了第一绝缘部(170a)的机械可靠性，而且还可以防止由于第一绝缘部(170a)的介电击穿而导致的热电元件的电可靠性的降低。

另外，第一绝缘部(170a)可以与第一电极(120)和下基板(110)接触，并且可以耦接第一电极(120)和下基板。在这种情况下，第一绝缘部(170a)可以在第一绝缘部(170a)与第一电极(120)交叠的接合区域(OR)中延伸到凹槽部分(G1)中。即，第一绝缘部(170a)还可以包括在接合区域(OR)中沿相邻电极(例如，第一电极)的边缘突出的第一突出部(180a)。第一突出部(180a)可以在第一方向上与凹槽部分(G1)交叠。由于突出电极等，附图中的第一突出部(180a)和第二突出部(180b)的形状可以不同于其他附图中的第一突出部(180a)和第二突出部(180b)的形状，这将在下面描述。

另外，第一突出部(180a)可以与凹槽部分(G1)的下表面(GS1a)和侧表面(GS2a)两者接触。因此，可以提高第一突出部(180a)与第一电极(120)之间的耦接力，并且第一突出部(180a)可以容易地支承第一电极(120)。因此，可以提高根据实施方式的热电元件的可靠性。根据本实施方式的描述也可以等同地应用于第二突出部和第二绝缘部。

图11是示出图10的修改实施方式的图。

参照图11，如上所述，根据修改实施方式的热电元件可以包括下基板(110)、下电极(120)，第二导电半导体结构(130)、第一导电半导体结构(140)、上电极(150)、上基板(160)、第一绝缘部(170a)和第二绝缘部(170b)。除了下面将要描述的内容之外，上述内容可以等同地应用。

根据修改实施方式，第一电极(120)的每一个可以包括在第一表面(S1)的最外侧处朝向相邻基板突出的突出电极(PR)。上述内容可以等同地应用于突出电极(PR)。

突出电极(PR)可以设置在凹槽部分(G1)的下表面(GS1a)上。另外，突出电极(PR)可以设置在凹槽部分(G1)的下表面(GS1a)的最外侧，即边缘。另外，突出电极(PR)可以在垂直于第一方向的平面(YZ)上具有类似于凹槽部分(G1)的闭环。替选地，突出电极(PR)可以在垂直于第一方向的平面(YZ)上具有开环。

另外，根据修改实施方式，第一绝缘部(170a)可以与第一电极(120)和下基板(110)接触，并且可以耦接第一电极(120)和下基板(110)。在这种情况下，第一绝缘部(170a)可以在第一绝缘部(170a)与第一电极(120)交叠的接合区域(OR)中延伸到凹槽部分(G1)中。相同的内容可以应用于第二绝缘部(170b)和第二电极(150)。

在这种情况下，第一绝缘部(170a)可以包括在接合区域(OR)中沿相邻电极(例如，第一电极)的边缘突出的第一突出部(180a)。根据修改实施方式，第一突出部(180a)在第一方向上与凹槽部分(G1)交叠，但是可以在第一方向上与凹槽部分(G1)的下表面(GS1a)间隔开地设置。第一突出部(180a)的高度(H4)可以小于凹槽部分(G1)的高度(H2)。

另外，第一突出部(180a)的至少一部分可以与凹槽部分(G1)的侧表面(GS2a)接触。即使当第一绝缘部(170a)由于下基板与第一电极(120)之间的热和压力而耦接至下基板和第一电极(120)时，由于绝缘部(170a)的厚度等，第一绝缘部(170a)也不会延伸到整个凹槽部分(G1)中。由于这样的构造，在凹槽部分(G1)中，在第一突出部(180a)与下表面(GS2a)之间可以存在气隙。当从上方观看时，气隙也可以具有沿着凹槽部分(G1)的闭环。因此，在预定区域中第一电极与下基板之间的电连接距离增加，从而可以提高第一电极的电可靠性。

另外，由于第一突出部(180a)和第二突出部(180b)，第一绝缘部(170a)和第二绝缘部(170b)与电极(120，150)之间的接触面积可以增加以提高耦接力。因此，可以提高热电元件的可靠性。

上述描述也可以等同地应用于第二突出部和第二绝缘部。

图12是示出根据本发明的第三实施方式的热电元件的截面图，并且图13是示出图12的部分K2的放大图。

如上所述，根据第三实施方式的热电元件可以包括下基板(110)、下电极(120)、第二导电半导体结构(130)、第一导电半导体结构(140)、上电极(150)、上基板(160)、第一绝缘部(170a)和第二绝缘部(170b)。除了下面将要描述的内容之外，上述内容可以等同地应用。

根据基于第三实施方式的热电元件，第一电极(120)的每一个可以包括在第一表面(S1)的最外侧处朝向相邻基板突出的突出电极(PR)。首先，突出电极(PR)可以包括第一电极(120)的第一突出电极(PR1a)和第二电极(150)的第二突出电极(PR1b)，并且在下文中，第一突出电极(PR1a)和第二突出电极(PR1b)中的每一个将被描述为突出电极(PR)。

根据第三实施方式，突出电极(PR)在第一方向上的高度(H5)可以大于凹槽部分(G1)的高度(H2)。然而，突出电极(PR)在第一方向上的高度(H5)与凹槽部分(G1)的高度(H2)之间的高度差可以小于第一绝缘部(170a)的厚度(H6)。由于这样的构造，即使当突出电极(PR)穿过第一绝缘部(170a)的部分区域时，突出电极(PR)也不会穿过整个第一绝缘部(170a)。因此，也可以防止由于第一绝缘部(170a)的破裂而导致的热电元件的电可靠性。

第一绝缘部(170a)可以与第一电极(120)和下基板(110)接触，并且可以耦接第一电极(120)和下基板(110)。在这种情况下，第一绝缘部(170a)可以在第一绝缘部(170a)与第一电极(120)交叠的接合区域(OR)中延伸到凹槽部分(G1)中。即，第一绝缘部(170a)还可以包括在接合区域(OR)中沿相邻电极(例如，第一电极)的边缘突出的第一突出部(180a)。第一突出部(180a)可以在第一方向上与凹槽部分(G1)交叠。

根据实施方式，第一突出部(180a)可以与凹槽部分(G1)的下表面(GS1a)和侧表面(GS2a)两者接触。因此，可以进一步提高第一突出部(180a)与第一电极(120)之间的耦接力，并且第一突出部(180a)可以容易地支承第一电极(120)。因此，可以提高根据实施方式的热电元件的可靠性。

图14是示出图13的修改实施方式的图。

如上所述，根据修改实施方式的热电元件可以包括下基板(110)、下电极(120)、第二导电半导体结构(130)、第一导电半导体结构(140)、上电极(150)、上基板(160)、第一绝缘部(170a)和第二绝缘部(170b)。除了下面将要描述的内容之外，上述内容可以等同地应用。另外，除了下面将要描述的内容之外，上述内容可以等同地应用于突出电极(PR)、第一绝缘部(170a)和第二绝缘部(170b)。

根据修改实施方式，第一绝缘部(170a)可以与第一电极(120)和下基板(110)接触，并且可以耦接第一电极(120)和下基板。在这种情况下，第一绝缘部(170a)可以在第一绝缘部(170a)与第一电极(120)交叠的接合区域(OR)中延伸到凹槽部分(G1)中。

在这种情况下，第一绝缘部(170a)可以包括在接合区域(OR)中沿相邻电极(例如，第一电极)的边缘突出的第一突出部(180a)。根据修改实施方式，第一突出部(180a)在第一方向上与凹槽部分(G1)交叠，但是可以在第一方向上与凹槽部分(G1)的下表面(GS1a)间隔开地设置。

另外，第一突出部(180a)的至少一部分可以与凹槽部分(G1)的侧表面(GS2a)接触。即使当第一绝缘部(170a)由于下基板与第一电极(120)之间的热和压力而耦接至下基板和第一电极(120)时，由于第一绝缘部(170a)的厚度等，第一绝缘部(170a)也不会延伸到整个凹槽部分(G1)中。由于这样的构造，在凹槽部分(G1)中，在第一突出部与下表面(GS2a)之间可以存在气隙。当从上方观看时，气隙也可以具有沿着凹槽部分(G1)的闭环。因此，在预定区域中第一电极与下基板之间的电连接距离增加，从而可以提高第一电极的电可靠性。

另外，由于第一突出部(180a)，第一绝缘部(170a)与电极(120)之间的接触面积可以增加以提高耦接力。因此，可以提高热电元件的可靠性。

另外，根据各个实施方式，第一突出部(180a)和第二突出部(180b)可以在竖直方向(例如，X轴方向)上交叠。由于这样的构造，由于第一突出部(180a)和第二突出部(180b)产生的支承力可以在竖直方向上施加到相同位置，因此可以提高热电元件的可靠性。

另外，第一突出部(180a)和第二突出部(180b)的形状可以相同。例如，基于第一导电半导体结构(140)和第二导电半导体结构(130)，第一突出部(180a)和第二突出部(180b)可以相同。

因此，第一电极(120)的凹槽部分的形状和第二电极(150)的形状可以相同。另外，位于凹槽部分中的第一突出部(180a)和第二突出部(180b)的形状也可以相同。因此，由于第一电极(120)与第一基板(110)之间通过第一绝缘部(170a)的耦接力类似于第二电极(150)与第二基板(160)之间通过第二绝缘部(170b)的耦接力，减少了由于不均匀耦接力而发生的分层，因此可以提高可靠性。

另外，第一突出部(180a)和第二突出部(180b)的形状可以彼此不同。例如，基于第一导电半导体结构(140)和第二导电半导体结构(130)，第一突出部(180a)和第二突出部(180b)的形状可以彼此不同。因此，可以均匀地保持根据第二电极(150)与第一电极(120)之间的位置差的第一绝缘部(170a)和第二绝缘部(170b)的耦接力。例如，第二电极(150)和第一电极(120)可以在竖直方向上部分交叠。另外，第一突出部(180a)和第二突出部(180b)可以在竖直方向上彼此间隔开地设置。因此，第一突出部(180a)和第二突出部(180b)的形状在第一电极和第二电极在竖直方向上不交叠的区域中可以不同。因此，可以减少由于不均匀性而发生的分层问题。

另外，第一突出部(180a)的高度可以小于或等于第一电极的厚度的0.5倍。因此，可以最小化由于第一电极的突出电极而导致的第一绝缘层(170a)的裂纹的发生。

替选地，第一突出部(180a)的高度可以大于或等于第一电极的厚度的0.5倍。由于这样的构造，可以提高第一突出部(180a)与第一电极(120)之间的耦接力。

图15是示出根据另一修改实施方式的电极与第一突出部的侧视图。

参照图15，在根据另一修改实施方式的电极中，凹槽部分(G1)的下表面(GS1a)和侧表面(GS2a)中的至少一个可以具有图案。即，凹槽部分(G1)的下表面(GS1a)和侧表面(GS2a)中的任一个或至少一部分区域可以具有不均匀的图案。例如，凹槽部分(G1)的表面的粗糙度可以大于除凹槽部分以外的其他表面的粗糙度。因此，第一突出部(180a)和第二突出部(180b)可以更容易地耦接至第一电极(120)以提高机械可靠性。

制造根据第一实施方式的电极、第一突出部和第二突出部的方法包括基板构件的蚀刻过程、第一突出部和第二突出部的涂覆过程、第一突出部和第二突出部到部分区域的研磨过程、以及用于每个电极的分离过程。在下文中，将主要描述第一突起部。

首先，参照图16a和图16b，可以在基板构件(SB)中蚀刻除对应于多个电极的区域之外的区域的一部分。

基板构件(SB)可以由对应于第一电极和第二电极的材料形成。在下文中，第一电极和第二电极将被描述为电极。

另外，可以在基板构件(SB)中蚀刻除具有与多个电极相对应的尺寸的区域之外的区域。可以在基板构件(SB)中蚀刻与彼此间隔开地设置的多个电极的尺寸相对应的区域的边缘部分(EP)，以获得制造成品率。另外，与相邻电极相对应的边缘部分的宽度(d11)可以相同。

参照图16c，第一突出部(180A)可以施加在蚀刻的基板构件(SB)上。因此，第一突出部(180A)可以位于对应于多个电极的整个区域处。在这种情况下，第一突出部(180A)的材料可以不同于绝缘部的材料。

参照图16d，基板构件(SB)上的第一突出部(180A)可以被研磨到预定区域。由于研磨，可以暴露与多个电极相对应的区域中除边缘部分(EP)之外的区域。然而，研磨后的第一突出部(180B)可以位于边缘部分(EP)处。因此，边缘部分(EP)可以不被暴露。

另外，基板构件(SB)可以沿着边缘部分(EP)被分成单独的电极(例如，第一电极和第二电极)。即，可以执行切割过程。可以沿着与多个电极中的相邻电极之间的边界线相对应的虚拟线(SL1，SL2)执行切割过程。

参考图16e，可以通过切割过程将基板构件划分成电极(120,150)。电极(120,150)可以通过蚀刻过程具有在边缘处的凹槽部分。凹槽部分可以对应于边缘部分(EP)。

在本说明书中描述的热电元件可以应用于热电装置。热电装置可以包括热电元件和耦接至热电元件的散热器。

另外，热电装置可以用于发电装置或包括该发电装置的发电***。例如，发电***可以包括发电装置和流体管，引入流体管的流体可以是用于由车辆、船舶等的发动机、发电厂、炼钢厂等生成的热的源。然而，本发明不限于此。另外，从流体管排出的流体的温度低于引入流体管的流体的温度。例如，引入到流体管中的温度可以高于或等于100℃，优选200℃或更高，并且更优选在220℃至250℃的范围内，但不限于此，并且可以根据热电元件的低温部分与高温部分之间的温度差而变化。因此，根据本发明的实施方式的热电元件可以在发电装置、冷却装置、加热装置等中操作。

尽管已经参照本发明的示例性实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离由以下所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种改变和修改。

Claims

1.一种热电元件，包括：

第一绝缘部；

设置在所述第一绝缘部上的多个第一电极；

设置在所述第一电极上方的多个第二电极；

彼此间隔开地设置在所述第一电极与所述第二电极之间的第一导电半导体结构和第二导电半导体结构；以及

设置在所述第二电极上的第二绝缘部，

其中，所述第一绝缘部包括朝向所述第一电极突出的第一突出部，并且

所述第二绝缘部包括朝向所述第二电极突出的第二突出部。

2.根据权利要求1所述的热电元件，其中，所述第一突出部和所述第二突出部在竖直方向上交叠。

3.根据权利要求2所述的热电元件，其中，基于所述第一导电半导体结构和所述第二导电半导体结构，所述第一突出部和所述第二突出部具有相同的形状。

4.根据权利要求2所述的热电元件，其中，基于所述第一导电半导体结构和所述第二导电半导体结构，所述第一突出部和所述第二突出部具有不同的形状。

5.根据权利要求1所述的热电元件，其中，所述第一突出部和所述第二突出部在竖直方向上彼此间隔开地设置。

6.根据权利要求1所述的热电元件，其中，所述第一突出部的高度小于或等于所述第一电极的厚度的0.5倍。

7.根据权利要求1所述的热电元件，其中，所述第一突出部的高度大于或等于所述第一电极的厚度的0.5倍。

8.根据权利要求1所述的热电元件，其中：

所述第一电极和所述第二电极中的每一个包括设置在面向与其相邻的基板的表面的边缘处的凹槽部分；并且

当从上方观看时，所述凹槽部分具有闭环。

9.根据权利要求8所述的热电元件，其中，所述第一突出部和所述第二突出部中的每一个设置在所述凹槽部分中。

10.根据权利要求8所述的热电元件，其中：

所述第一电极和所述第二电极中的每一个还包括突出电极，所述突出电极设置在所述凹槽部分的下表面的边缘处；并且

所述突出部在竖直方向上的高度小于或等于所述凹槽部分在所述竖直方向上的高度。