第一章、 緒論
第二節、 淺談熱電元件
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本論文以微結構的構想應用於熱電材料之模組化並且以濺鍍方式沉積材 料，期望藉著高效率之熱電材料製備出足以發展上市的熱電晶片，以永續家園 及解決世界能源問題作為最終目標。
第二節、 淺談熱電元件
本論文研究之熱電元件利用黃光製程建構圖形製作微陣列，並利用濺鍍方 式沉積兩種熱電材料，分別是 N 型半導體之熱電材料C𝐶𝐶0.02𝐵𝐵𝑖𝑖2𝑇𝑇𝑒𝑒2.7𝑆𝑆𝑒𝑒0.3以及 P 型半導體之熱電材料B𝑖𝑖0.5𝑆𝑆𝑏𝑏1.5𝑇𝑇𝑒𝑒3+ 0.33%𝐴𝐴𝑒𝑒𝐴𝐴𝑒𝑒𝐴𝐴𝑒𝑒𝐴𝐴，再以Au當作電極使材料相 接並串聯陣列。本論文以製作 128 對微陣列熱電元件為主要重點，若 128 對熱 電元件發展日漸穩定，未來即將以更高對數 442 對突破。
目前 128 對的熱電元件中每一隻腳位(材料的位置)的圖形以半徑 0.5mm 之 圓形建構。並利用光阻建構圖形使每一隻腳都能夠藉由濺鍍沉積使膜面高度達 到 10um 。再利用上下 2 um 之金電極使材料相接串聯。(如圖 1-1)。因為功率 與電壓平方成正比且與電阻成反比，理論來說建構出一個高效能的熱電晶片內 電阻一定要低，且輸出電壓一定要高。進而我們先推算利用我們的結構所製作 之 128 對的熱電晶片電阻大約為多少再與文獻比較。
圖 1-1、熱電元件示意圖
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本論文所使用之熱電材料經過測量所得之 Seebeck Coefficient 分別為 P-type 200 𝜇𝜇𝜇𝜇� 以及 N-type -100 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝐾𝐾𝐾𝐾 � ，若我以溫差能夠建立 1 K 為立足點
一對所產生之電壓如(式 1-1)
180 + 120 = 300 𝜇𝜇𝜇𝜇 (式 1-1) 本論文之元件為 128 對(式 1-2)
300 ∗ 128 = 38400 𝜇𝜇𝜇𝜇 (式 1-2) 如此計算本論文所研究之微陣列晶片在 1K 的溫差能夠產生出將近 40 mV 的電 壓差，而這個功率也恰恰足以提供手錶及低功率信號收發器的需求。接著我們 嘗試著計算此元件的電阻。128 對熱電晶片中的一對熱電材料尺寸圖(1-2)。
圖 1-2、整體熱電晶片的各材料厚度尺寸
我們藉由歐姆定律去決定元件的電阻大小，歐姆定律如下。
𝑅𝑅 = 𝜌𝜌𝐴𝐴𝐿𝐿 (式 1-3) 先從上下電極開始出發，金的電阻率為 0.0244 uΩ-m ，並且我們長度的定義 為材料中心為基準去計算電流經過的電極長度。
上下電極總和長度 : 2.5 + 1.25 + 1.25 = 5 𝑚𝑚𝑚𝑚 = 5 ∗ 10−3 m
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電流經電極面積: 2 ∗ 10−6∗ 1.1 ∗ 10−3= 2.2 ∗ 10−9 𝑚𝑚2
一對熱電材料對中電極電阻總和= 0.0244 ∗2.2∗105∗10−3−9 = 55.80 ∗ 103 𝜇𝜇Ω
一般的 P 型半導體材料的電阻率為 54 uΩ-m，此電阻率是未 Annealing 過後的 電阻率去計算。
電流經過 P-type 的長度 : 10 𝜇𝜇𝑚𝑚 = 10 ∗ 10−6 m
電流經過 P-type 的面積 : 0.5 ∗ 10−3∗ 0.5 ∗ 10−3∗ 𝜋𝜋 = 0.785 ∗ 10−6 𝑚𝑚2 一對熱電材料對中 P-type 電阻= 54 ∗0.785∗1010∗10−6−6= 0.687 ∗ 103 𝜇𝜇Ω
一般的 N 型半導體材料的電阻率為 4.5 uΩ-m ，此電阻率是未 Annealing 過後 的電阻率去計算。
電流經過 N-type 的長度 : 10 𝜇𝜇𝑚𝑚 = 10 ∗ 10−6 m
電流經過 N-type 的面積 : 0.5 ∗ 10−3∗ 0.5 ∗ 10−3∗ 𝜋𝜋 = 0.785 ∗ 10−6 𝑚𝑚2
𝑅𝑅 = 4.5 ∗0.785∗1010∗10−6−6 = 5.68 ∗ 101 𝜇𝜇Ω
一般的 Cr 電阻率為 1.1 uΩ-m，我們將 Cr 當作增強電極與材料之間的接合強 度來使用，所以大約會沉積 200nm 在沉積材料前。
電流經 Cr 的長度 : 200 𝑛𝑛𝑚𝑚 = 200 ∗ 10−9 m
電流經 Cr 的面積: 0.5 ∗ 10−3∗ 0.5 ∗ 10−3∗ 𝜋𝜋 = 0.785 ∗ 10−6 𝑚𝑚2
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Reference, Materi
als
Voltage Power
Resist-ance