(57)【要約】  本発明は、集積回路を形成する少なくとも１つのマイクロ電子素子の実現のためのドープされている区別されている複数の領域を有している誘電体基板、および冷却アレイを形成している少なくとも１つの熱電要素からなる、好ましくはマイクロプロセッサまたは冷却装置のための、集積回路冷却アレイに関する。上記冷却アレイは、上記熱電要素（１）が、少なくとも１つの第１の接触領域、少なくとも１つの第２の接触領域、ならびに少なくとも１つの冷却部を備えており、当該冷却部が、少なくとも１つの熱素子（２９）からなり、かつ上記第１の接触領域および第２の接触領域の間に配置されており、当該熱素子（２９）が、制御ユニットを介して上記第１の接触領域および第２の接触領域によって電圧を供給されており、当該熱素子（２９）が、少なくとも１つのドープされている層および第２のドープされている層からなり、これらの層は、ブリッジ素子（５３、５８、５９、７３、８３、８４、９２）が、上記第１のドープされている層および／または上記第２のドープされている層の上ぼ一部にのみ載っているように、当該ブリッジ素子（５３、５８、５９、７３、８３、８４、９２）によって接続されていることを特徴とする。集積回路の内部からの十分に自由な熱流量が保証されているので、本発明に係る冷却アレイによって、小型のおよび／またはより効率的な集積回路が実現され得る。
2017525135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却アレイを形成する少なくとも１つの熱電要素（１）の実現のためのドープされた区別されている複数の領域を有している誘電体基板からなる、好ましくはマイクロプロセッサまたは冷却装置のための、集積回路冷却アレイであって、
上記熱電要素は、少なくとも１つの第１の接触領域（２２）、少なくとも１つの第２の接触領域（２３）、および少なくとも１つの冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）を備えており、
上記冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）は、上記第１の接触領域（２２）と上記第２の接触領域（２３）との間に配置されており、かつ少なくとも１つの熱素子（２９）からなり、
上記熱素子（２９）は、制御ユニットを介して上記第１の接触領域（２２）および第２の接触領域（２３）によって電圧が供給されるものであり、
上記熱素子（２９）は、少なくとも１つのドープされた層および少なくとも１つの第２のドープされた層からなり、これらの層は、当該第１のドープされた層および／または当該第２のドープされた層上の一部にのみブリッジ素子（５３、５８、５９、７３、８３、８４、９２）が載るように、当該ブリッジ素子（５３、５８、５９、７３、８３、８４、９２）によって接続されていることを特徴とする、集積回路冷却アレイ。
【請求項２】
上記ブリッジ素子（５３、５８、５９、７３、８３、８４、９２）における上記第１のドープされた層または第２のドープされた層に載っている部分の長さｘ、上記第１のドープされた層または第２のドープされた層の長さｙ、および上記第１のドープされた層または第２のドープされた層の幅ｚが、０．２≦ｘ／ｙ≦０．５、および、ｚ≧ｘの条件を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項３】
冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）は、複数の熱素子（２９）からなり、当該複数の熱素子（２９）はそれぞれ、上記第１の接触領域（２２）と上記第２の接触領域（２３）との間で直列に接続されている、および／または、
冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）は、複数の熱素子（２９）からなり、当該複数の熱素子（２９）はそれぞれ、上記第１の接触領域（２２）と上記第２の接触領域（２３）との間で直列に接続されており、かつさらなる熱素子（２９）が、少なくとも部分的に、各熱素子（２９）と並列に接続されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項４】
上記ブリッジ素子と上記第１のドープされた層および上記第２のドープされた層との間の上記接触領域（５１、５１、５４、５５、７１、７２、７６、７７、７９、８１）は、互いにサイズが異なっていることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項５】
上記熱電要素（１）は、上記基板（５２、７８）上に、または上記基板（５２、７８）内に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項６】
複数の熱電要素（１）が存在し、
当該複数の熱電要素（１）は、上記基板（５２、７８）内で、隣同士に、および／もしくは、互いに上へと配置されている、ならびに／または、
複数の隣接する熱電要素（１）が、上記基板（５２、７８）上に配置されていることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項７】
複数の熱電要素（１）が互いに上へと配置されており、その第１の接触領域（２２）および第２の接触領域（２３）は、少なくとも１つの恒久的なまたは切替え可能なＶＩＡ接続（Vertical Interconnect Access）によって接続されており、ＶＩＡ接続の切替えが上記制御ユニットを介して生じることを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項８】
複数の冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）が、上記第１の接触領域（２２）と上記第２の接触領域（２３）との間に平行に延びるように配置されていることを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項９】
冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）はそれぞれ、別の冷却部と独立して電圧が供給されるものであることを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項１０】
少なくとも２つの冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）が存在し、当該少なくとも２つの冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）は、互いに水平角（α）において延びているか、または
少なくとも２つの冷却部が存在し、当該少なくとも２つの冷却部は、互いに周期的に変化する距離において延びていることを特徴とする、請求項１〜９の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項１１】
冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）の２つの熱素子（２９）の間、または２つの冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）の間、または２つの冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）の２つのセグメントの間の水平角は、５°から８５°の間、好ましくは３０°から４０°の間、特に好ましくは１０°から２０°の間であることを特徴とする、請求項１〜１０の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項１２】
熱電要素（１）の複数の熱素子（２９）または複数の冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）が、上記基板（５２、７８）において互いに上へと配置されていることを特徴とする、請求項１〜１１の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項１３】
第１の接触領域（２２）および複数の第２の接触領域（２３）が存在し、少なくとも１つの冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）がそれぞれ、当該第１の接触領域（２２）と当該複数の第２の接触領域（２３）との間に配置されている、および／または、
上記第１の接触領域（２２）が複数の第２の接触領域（２３）によって囲まれており、少なくとも１つの冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）がそれぞれ、当該第１の接触領域（２２）と当該第２の接触領域（２３）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１２の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項１４】
複数の冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）が、星形構造の形態における上記第１の接触領域（２２）から、当該第１の接触領域（２２）を囲んでいる第２の接触領域（２３）または当該第１の接触領域（２２）を囲んでいる複数の第２の接触領域（２３）に延びていることを特徴とする、請求項１〜１３の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項１５】
温度センサ（３３）が、上記制御ユニットと相互作用する少なくとも２つの冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）の間に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１４の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項１６】
上記制御ユニットは、複数の熱電要素（１）のうちの１つ、または複数の冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）のうちの１つへの選択的な電圧供給のための回路素子を備えていることを特徴とする、請求項１〜１５の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項１７】
上記制御ユニットは、トランジスタ（２４、２５）を備えており、当該トランジスタ（２４、２５）が、ブロッキングダイオードを介して上記熱電要素に電圧を供給すること、または
上記制御ユニットは、複数のトランジスタ（２４、２５）を備えており、当該複数のトランジスタ（２４、２５）が、並列に接続されており、かつそれぞれがブロッキングダイオードを介して熱電要素に他の熱電要素（１）と同時もしくは時差的に電圧を供給することを特徴とする、請求項１〜１６の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項１８】
上記制御ユニットは、存在する切替え可能なＶＩＡ接続を、互いに独立に切替えることを特徴とする、請求項１〜１７の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項１９】
上記制御ユニットは、高周波パルス生成器と当該パルス生成器によって起動させることが可能な計数ユニットとを備えるプログラム可能なデバイスを備えており、少なくとも２つの熱電要素（１）の間のＶＩＡ接続が、当該制御ユニットによって、当該計数ユニットの計数値と関連して切替えられることを特徴とする、請求項１〜１８の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項２０】
熱素子（２９）の上記第１のドープされた層は、ｎドープされた層であり、
熱素子（２９）の上記第２のドープされた層は、ｐドープされた層であることを特徴とする、請求項１〜１９の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項２１】
上記ブリッジ素子（５３、５８、５９、７３、８３、８４、９２）は、高度なポリシリコン、金属または金属合金からなることを特徴とする、請求項１〜２０の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項２２】
少なくとも１つのシールド層が存在し、当該少なくとも１つのシールド層は、熱電要素（１）の温かい側に隣接するように配置されていることを特徴とする、請求項１〜２１の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項２３】
上記シールド層は、電気絶縁材料を備えており、当該電気絶縁材料は、ｈｉｇｈ−ｋおよび／またはｌｏｗ−ｋ誘電媒体、特に二酸化ケイ素、ＡｇＯ、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２またはＡｌ２Ｏ３からなることを特徴とする、請求項１〜２２の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項２４】
少なくとも１つの冷却層が存在し、当該少なくとも１つの冷却層は、熱電要素（１）の冷たい側上にある少なくとも１つのブリッジ素子（５３、５８、５９、７３、８３、８４、９２）と接触しており、当該少なくとも１つのブリッジ素子（５３、５８、５９、７３、８３、８４、９２）は、熱伝導性材料からなることを特徴とする、請求項１〜２３の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項２５】
上記集積回路は、少なくとも１つの機能的ユニットを備えており、
当該少なくとも１つの機能的ユニットは、上記熱電要素（１）の間および／もしくは熱電要素（１）の冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）の間に配置されている、ならびに／または、
当該少なくとも１つの機能的ユニットは、冷却部（２７、２８、３０、３１、３２）の温かい側もしくは冷たい側に配置されていることを特徴とする、請求項１〜２４の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項２６】
上記機能的ユニットは、
−センサ、特に熱センサまたは光センサ、
−整流器、特にダイオード、
−スイッチング素子、特にトランジスタ、好ましくはＭＯＳＦＥＴ（ＩＧＦＥＴ、ＮＭＯＳ、ＰＭＯＳ、ＶＭＯＳのような）、
−制御素子、
−プログラム可能なデバイス、特にマイクロプロセッサ、マイクロコントローラまたはプログラム可能なロジック（ＦＰＧＡまたはＰＬＤのような）、
−記憶素子（ＤＲＡＭ、ＲＯＭ、ＳＲＡＭのような）、
−ソーラーパネル、
−レーザーダイオード、
−発光ダイオード、または、
−マイクロストリップ
を備えていることを特徴とする、請求項１〜２５の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項２７】
熱電要素（１）が、上記基板（５２、７８）上または上記基板（５２、７８）の上層のうちの１つの中に配置されており、マイクロ電子素子の廃熱が、電圧の発生のために使用されることを特徴とする、請求項１〜２６の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項２８】
上記集積回路は、０．５ｐＡから５００ｍＡの間、特に１ｍＡから２００ｍＡの間、好ましくは２０μＡから１２０μＡの間、特に好ましくは１０ｐＡから１μＡの間の総電流のために設計されていることを特徴とする、請求項１〜２７の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【請求項２９】
中間層が、上記基板（５２、７８）において互いに上へと配置されている熱電要素（１）の間に配置されており、当該中間層が、当該熱電要素（１）の間の距離を定めていることを特徴とする、請求項１〜２８の何れか１項に記載の集積回路冷却アレイ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、冷却アレイを形成する少なくとも１つの熱電要素の実現のためのドープされた区別されている複数の領域を有している絶縁性基板からなる、好ましくはマイクロプロセッサまたは冷却装置ための、集積回路冷却アレイに関する。さらに、熱電要素は、上記集積回路冷却アレイによって冷却される基板上または基板内に形成され得る。
【０００２】
好ましくはマイクロプロセッサのための、集積回路は、誘電媒体からなる基板上に特定の設計および形成順序において配置されている金属、半導体または誘電媒体の複数の層の複雑な配列物から、一般的になる。そのように非常に限られた空間において電子回路を実現する選択肢が、層の組成およびドーピングにとっての異なる方法を含んでいる半導体技術に起因して、存在する。これらの方法を用いることによって、サブミクロンのレベルにおいて明確な厚さおよび明確な形状の層、ならびに明確なドーピングを生じること。スパッタ堆積の方法、ビーム堆積、蒸気被覆、イオンめっき（物理的な蒸着）、化学蒸着、電気蒸着、イオンプランテーション、中性子核変換ドーピングおよび拡散ドーピングの方法が、ここに挙げられる。
【０００３】
このようにして、非常に限られた空間において高度に複雑な電子回路を生成することが可能になるが；電子回路の性能の向上につれて、電力消費も上昇する。上昇した電力消費は、その代償として集積回路のマイクロ電子素子の上昇した熱放射、および必然的にマイクロ電子素子の全体的な熱生成をともなう。しかし、集積回路から放射される熱は、マイクロ電子素子に害を及ぼし、ときに持続性でさえあり得る臨界温度に達するとき、それらの機能的な能力の損失さえ生じ得る。したがって、集積回路の性能およびしたがってその複雑さが低減されなければならないか、または集積回路の能動的な冷却が生じなければならない。能動的な冷却システムをともなって、特に小型の、非常に効率的な集積回路の両方が実現され得る。しかし、集積回路において生じる熱が、その表面に達する前に集積回路を通過しなければならないので、集積回路の電力消費および複雑さは、能動的な冷却システムを用いてさえ制限されている。
【０００４】
集積回路の内部における能動的な冷却は、従来技術に係るいわゆるペルチェ素子の使用によって可能である。ペルチェ素子は、変化する導電性を有している２つの要素からなる熱素子の直列素子である。両方の要素は、導電性のいわゆるブリッジによって接続されている。２つの熱素子のそれぞれはまた、それぞれのブリッジがペルチェ素子の第１の要素ならびに第２の要素または隣接する熱素子の間に電気接続をもたらすように、ブリッジによって接続されている。２つの要素は、一般的に、ｎドーピングされている半導体材料およびｐドープされている半導体材料である。これらの２つの要素は、しばしば主に金属製のブリッジによって電気的に接続されている。ｐドープされている半導体材料の伝導帯のエネルギー準位が、ｎドープされている同一の半導体材料の伝導帯のエネルギー準位と異なるので、電子が第１の要素から第２の要素、またはその逆に進むかに依存して、電子が上記要素の一方から他方に進むときに、熱エネルギーは周囲から吸収されるか、または熱エネルギーは周囲に放出される。
したがって、電流フローの間に、ブリッジおよび要素の間にある接触領域から、周囲への熱の放出、または周囲からの熱の吸収が、生じ、その結果として、熱輸送の方向は、第１および第２の要素の材料、ならびに電流フローの方向に依存する。周囲は、集積回路およびさらなるマイクロ電子要素の埋め込み材料によって形成されている。
【０００５】
ペルチェ素子のより温かい側から放出される熱は、外部の冷却システム（例えば、ペルチェ素子に配置されている冷却装置およびファン）の補助によって分散されなければならない。ペルチェ素子が集積回路内に配置されている場合、憎悪は、熱チャネルを通して集積回路の表面に運ばれ得、それから分散され得る。
【０００６】
ペルチェ素子を介して集積回路内に実現され得るこの冷却システムにもかかわらず、集積回路の電力消費および複雑さは、限られている。これは、集積回路の内部から外部への、単位時間ごとの十分な熱の拡散に対する制限、または向上された冷却レベルによって選択的（すなわち局所的）に低下され得ない局所的な熱のスパイクの発生に起因し得る。
【０００７】
米国特許出願２００９／０３２１９０９Ａ１は、層構造および冷却アレイを有している集積回路を開示している。当該集積回路は、当該集積回路を構成しているマイクロ電子要素を特徴づけている２つの層を備えている。ペルチェ素子は、上記集積回路の一部の領域を冷却するために、複数の上記層の少なくとも一方に配置されている。
【０００８】
さらなる米国特許出願２００６／０１０２２２３Ａ１は、格子状の表面を有している絶縁材料から作製されている基板、および当該基板の高所に配置されている複数の熱電素子を備えている集積回路のための冷却アレイを開示している。ここで、熱電素子の１つの要素が、ｎドープされており、高所の一方の側に配置されており、第２の熱電素子は、ｐドープされており、高所の他方の側に配置されている。両方の要素は、それぞれの酵素の頂部に配置されている金属ブリッジによって接続されている。２か所の高所の間に、金属ブリッジは、第１の要素および第２の要素のそれぞれを電気的に接続するために配置されている。
【０００９】
英国特許出願２３６４４３９Ａは、基板、当該基板上に配置されている集積回路、および当該基板の背面に配置されている当該集積回路を冷却するための熱電冷却アレイを備えている半導体チップを開示している。冷却アレイはペルチェ素子である。
【００１０】
最後に、米国特許出願２０１３７０２５５７４１Ａ１は、埋め込まれている熱交換体および埋め込まれている熱電冷却アレイを有している集積回路を開示している。ここで上記、熱交換体は、上記熱電冷却アレイと結合されているヒートシンク部によって特徴付けられている。
【００１１】
この背景に対して、本発明のひとまずの目的は、向上した熱拡散、および冷却されるべき（複数の）要素（例えば、同一基板に実現されている複数のマイクロ電子要素）が、選択的かつ局所的に冷却され得る事実に起因して、従来技術と比べてより顕著に小型であり得る集積回路冷却アレイを示すことである。本発明のさらなる目的は、できる限り小さい消費電力を用いて、集積回路のマイクロ電子要素の向上した冷却を実現することである。
【００１２】
この目的を実現するために、熱電要素が、少なくとも第１の接触領域、少なくとも第２の接触領域、および少なくとも１つの冷却部を備えていることが意図されている。ここで、で、上記冷却物は、上記第１の接触領域および第２の接触領域の間に配置されており、制御ユニットを介して電圧を供給されている少なくとも１つの熱素子からなる。ここで、上記熱素子は、上記第１のドープされている層および／または第２のドープされている層に部分的にのみブリッジ要素が置かれているようにブリッジ要素によって接続されている少なくとも１つの第１のドープされた層および少なくとも１つの第２のドープされた層からなる。
【００１３】
本発明の複数の実施形態のさらなる利点は、従属請求項に特徴づけられている。
【００１４】
本発明によれば、上記熱電要素は、少なくとも１つの第１の接触領域および少なくとも１つの第２の接触領域を備えている。少なくとも１つの冷却部は、これらの接触領域の間に配置されている。上記冷却部は、少なくとも１つの熱素子からなる。上記熱素子は、ブリッジ素子によって電気的に接続されている第１のドープされている層および第２のドープされている層からなる。上記ブリッジ素子は、上記第１のドープされている層および／または第２のドープされている層に部分的にのみ置かれているように配置されている。
上記冷却部は、制御ユニットを介して上記第１の接触領域および第２の接触領域を通って供給され得る。冷却部がいくつかの熱素子からなる場合、隣接する複数の熱素子はまた、互いにブリッジ素子によって電気的に接続されている。
【００１５】
好ましくは、上記第１のドープされている層は、ｎドープされている半導体層であり、上記第２のドープされている層は、ｐドープされている半導体層であり、ここで逆の配列が可能である。そのような冷却アレイは、上記熱素子の上記ブリッジが、上記第１のドープされている層もしくは第２のドープされている層のいずれか、または両方の層に部分的にのみ置かれていることを特徴とする。したがって、それは、１つ以上のそのような熱素子からなる熱電要素の熱伝導の操作を、必須の「チップ設計」の変更を必要とせずに、可能にする。ブリッジ素子およびドープされている層の間において最小化されている接触領域は、このようにして、当該接触領域における電流密度の上昇、したがって、当該接触領域における熱吸収または熱放出の増大を生じる。このようにして、冷却能力は、ある集積回路における熱放出の空間的な分布だけでなく、上記冷却アレイのより小さい電力需要を可能にする熱放出の強度に対して調整され得る。
【００１６】
本発明の集積回路冷却アレイによれば、上記第１または第２のドープされている層ｘにに置かれているブリッジ素子（５３、５８、５９、７３、８３、８４、９２）の部分の長さ、上記第１または第２のドープされている層ｙの長さ、ならびに上記第１または第２のドープされている層ｚの幅は、０．２≦ｘ／ｙ≦０．５およびｚ≧ｘの条件を満たす。ｙおよびｚは、例えば、１μｍ〜１ｃｍの間の範囲にあり得る。より小さい寸法は、作製により困難であり、したがってより効果であるが、同じように可能である。より大きい寸法はまた、可能である。ｘ、ｙおよびｚの寸法は、上記集積回路冷却アレイの目的にしたがって選択され得、主要な特徴は、単位面積あたりの冷却電力、および冷却電力の分布である。したがって、ｘ、ｙおよびｚの値は、上記条件が満たされる限り、熱電要素内において変わり得る。
【００１７】
上記少なくとも１つの熱電要素は、上記基板上または基板内に配置され得る。上記基板上に配置されている熱電要素は、上記集積回路から周囲の大気または冷却装置に放出される熱を通過させ得る。上記基板内に配置されている熱電要素は、上記集積回路の内部からその表面への熱の輸送に役立つ。
【００１８】
好ましくは、熱電要素の冷却部は、上記第１および第２の接触領域のそれぞれの間において直列に接続されているいくつかの熱素子、および／または上記第１および第２の接触領域の間において直列にそれぞれ接続されており、さらなる熱素子が個々の熱素子と並列に少なくとも部分的に接続されているいくつかの熱素子からなる。複数の熱素子のそのような直列接続によれば、熱素子の上記第１のドープされている層および第２のドープされている層は、ブリッジ素子によって接続されている。さらに、熱素子の上記第１のドープされている層は、隣接する熱素子の上記第２のドープされている層に対して、さらなるブリッジ素子によって接続されており、上記第２のドープされている層は、隣接する他の熱素子と、さらなるブリッジ素子によって接続されている。この場合に、複数の熱素子のそのような直列接続の個々の複数の熱素子が、個々のさらなる複数の熱素子と並列に接続されていることが、意図され得る。後者は、冷却能力の局所的な向上に役立つ。
【００１９】
上記ブリッジ素子ならびに上記第１および第２のドープされている層の間における上記接触領域は、大きさについて互いに異なることが、意図され得る。この実施形態において、上記ブリッジ素子は、上記第１のドープされている層および第２のドープされている層に部部的にのみ置かれているだけでなく、上記第１のドープされている層の上記接触領域は、上記第２のドープされている層の上記接触領域と、それらの大きさについて異なる。複数の上記接触領域の大きさは、熱素子から熱素子まで変化し得る（すなわち、１つの冷却部内において、すべての接触領域が異なる大きさを有し得る）。ここで、冷却部に沿った上記接触領域の大きさは、連続的に増大し得るか、または周期的に形成され得る。
【００２０】
好ましくは、互いにほぼ隣接して基板内に配置されているか、および／または互いの上に配置されているか、および／またはいくつかの隣接する熱電要素が基板上に配置されているいくつかの熱電要素が、存在する。互いにほぼ隣接して配置されている熱電要素は、面積の全体に渡る冷却能力の分布を可能にする。互いの上に配置されている熱電素子は、上記集積回路の内部からその表面への、放出された熱の向上された輸送を可能にする。上記集積回路の表面の冷却は、上記基板上に互いにほぼ隣接して配置されている熱電素子を介して実現され得る。ここで、当該熱電素子は、必要に応じて冷却装置と接触し得る。熱電素子のそれぞれは、以上に詳述されている通り、第２の接触領域および２つの接触領域の間に配置されている少なくとも１つの冷却部を備えている。ここで、当該冷却部は、少なくとも１つの、好ましくは直列に接続されているいくつかの熱素子からなる。当該いくつかの熱素子は、局所的に選択的な冷却を可能にするために、基板の異なる高さまたは互いに同じ高さに配置され得る。
【００２１】
本発明の特定の実施形態において、上記基板内のより低い位置における少なくとも１つの熱素子、および当該基板内のより高い位置における１つの熱素子は、熱チャネルによって接続されていることが意図され得る。そのような熱チャネルは、熱素子によって放出される熱の拡散を可能にし、所望されない電流を防ぐための誘電媒体、または金属が熱について特に伝導性であるので、迅速な熱輸送を実現するための金属から、一般的になる。後者の場合に、上記熱チャネルは、当然、所望されない短絡を防ぐように設計されなければならない。
【００２２】
さらに、その第１および第２の接触領域が永続的または切替え可能なＶＩＡ接続によって接続されているいくつかの熱電要素が互いの上に配置されていることが意図され得る。ここで、ＶＩＡ接続の切替えは、上記制御ユニットを介して生じる。ＶＩＡ（＝Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  Ａｃｃｅｓｓ）は、集積回路の２つの高さの間における電気接続である。そのようなＶＩＡ接続は、永続的であり得る（すなわち、上記集積回路の全体にわたって縦に伸びている回路パスとして設計されている）か、または切替え可能であり得る（すなわち、トランジスタまたは他の切替え可能な要素を含んでいることによって）。上記集積回路を通る熱輸送は、したがって、上記制御ユニットによって調節され得、同時に上記冷却アレイの電力需要が、要求にしたがってオンまたはオフに切替えられ得る選択される熱電要素のために、最適化され得る。
【００２３】
好ましい実施形態において、いくつかの冷却部は、上記第１および第２の接触領域の間において平行に広がるように配置されている。それによって、冷却部のそれぞれは、他方と独立して、電圧を供給し得る。さらに、少なくとも２つの冷却部は、互いに対して水平角αにおいて広がっているか、少なくとも２つの冷却部は、周期的に入れ替わる距離を置いて互いに配置されている。互いにほぼ隣接して配置されている冷却部は、特定の領域の全体にわたる冷却能力分布を可能にする。熱素子の上記第１および第２のドープされている層に部分的に置かれているブリッジの特徴によって、より高い冷却能力を有している領域およびより低い冷却能力を有している領域は、１つの冷却部に沿って実現され得る。冷却能力は、複数の冷却部の間におけるより長い距離を有している領域より、冷却部の間におけるより小さい距離を有している領域において大きいので、高いにある角度において広がっている冷却部の補助によって、局所的に高い冷却能力が、さらに実現され得る。また、局所的に向上された冷却能力は、周期的に変化する距離を置いて互いに配置されている１つ以上の冷却部によって実現され得る。異なる冷却部の熱素子の間における最小の距離の領域は、常に、最も高い冷却能力を有している領域である。
【００２４】
冷却部の２つの熱素子の間、または２つの冷却部の間、または２つの冷却部の２つの部分の間における水平角は、５°〜８５°、好ましくは３０°〜４０°、特に好ましくは１０°〜２０°にある。
【００２５】
さらに、熱要素のいくつかの熱素子または冷却部は、上記基板において互いの上に配置されていることが意図され得る。熱電要素は、したがって、基板の高さにまで下げられている必要は必ずしもないが、基板のいくつかの高さに伸び得るか、または基板のいくつかの高さに及び得る。
【００２６】
上記冷却アレイは、熱電要素が、第１の接触領域および第２の接触領域を含んでおり、ここで、少なくとも１つの冷却部のそれぞれが、上記第１の接触領域および第２の接触領域の間に配置されているように、さらに設計され得る。上記第１の接触領域は、したがって、いくつかの第２の接触領域によって囲まれ得、ここで、少なくとも１つの冷却部は、当該第１の接触領域、およびそれぞれの当該第２の接触領域の間に配置されている。一実施形態によれば、いくつかの冷却部は、星型形状における上記第１の接触領域から、第２の領域、または当該第１の接触領域を囲んでいるいくつかの第２の接触領域まで伸びている。
【００２７】
冷却能力を監視し、かつ制御するために、（局所の）冷却能力を調節するために上記制御ユニットと相互作用している温度センサが、異なる位置にある少なくとも２つの冷却部の間に配置され得る。冷却能力を単に監視することは、上記温度センサを用いても可能である。上記冷却アレイおよび温度センサの上述した実施形態の補助によって、位置および冷却能力について最適化されている、冷却能力の効率的な調節（同時に電力需要を最適化する）が、実現され得る。
【００２８】
上記制御ユニットは、いくつかの熱電要素の１つ、またはいくつかの冷却部の１つに選択的に電圧を供給するための回路素子を備えていることが、さらに意図され得る。そのよぷな切替え素子はまた、個々の熱電要素または個々の冷却部をオンまたはオフに切替えることによる局所的に選択的な冷却能力を可能にする。
【００２９】
好ましい実施形態において、上記制御ユニットは、ブロッキングダイオードを介して上記熱電要素に電圧を供給するトランジスタを備えているか、または他の熱電要素に関して同時にか、または時差的に、ブロッキングダイオードを介して熱電要素に電圧をそれぞれが供給する、並列に接続されているいくつかのトランジスタを備えている。そのような制御ユニットは、局所的および一時的な冷却能力のの効率的な調節を可能にする。さらに、上記制御ユニットはまた、存在する切替え可能なＶＩ接続を、互いに独立して、オンまたはオフに切替え得る。
【００３０】
上記制御ユニットは、高周波パルス生成器および制御ユニットを有している、パルス生成器によって始動され得るプログラム可能な装置を備えている。ここで、少なくとも２つの熱電要素の間におけるＶＩＡ接続は、計数ユニットの計数値に関連して、上記制御ユニットによって切替えられる。したがって、例えば、周期的な起動（すなわち、１つ以上の冷却要素または冷却部への電圧供給）が可能な、冷却能力の時限制御が、可能である。
【００３１】
従来技術に基づく一実施形態において、熱素子の上記第１のドープされている層は、ｎドープされている層（特にｎドープされている半導体材料から作製されている）であり、上記第２のドープされている層は、ｐドープされている層（特にｐドープされている半導体材料から作製されている）である。上記半導体材料は、ガリウムヒ素または炭化ケイ素であり得る。ブリッジ素子は、高濃度にドープされているポリシリコン、金属または金属合金からなる。
【００３２】
本発明に係る上記集積回路のさらなる実施形態において、熱電要素のより温かい側に隣接して配置されている少なくとも１つのシールド層が存在し得る。ここで、当該シールド層は、絶縁基板および熱電要素のより温かい側の間における電気接続を防止する。上記シールド層は、電気絶縁材料を含み得る。ここで、絶縁材料は、ｈｉｇｈ−ｋ誘電媒体および／またはｌｏｗ−ｋ誘電媒体（特に、二酸化ケイ素、ＡｇＯ、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２またはＮｌ２Ｏ３）からなる。
【００３３】
さらに、本発明に係る上記回路は、熱電要素のより冷たい側に対して少なくとも１つのブリッジ素子を接触させており、熱伝導性材料からなる少なくとも１つの冷却層を特徴とし得る。熱電素子の冷却能力は、そのような冷却層の補助によってより良好に分配される。
【００３４】
本発明の特定の実施形態において、上記集積回路は、熱電要素の間、および／または１つ以上の熱電要素の冷却部の間、および／または冷却部のより温かい側もしくはより冷たい側に配置されている少なくとも１つの機能的ユニットを備えていることが意図され得る。
【００３５】
上記機能的ユニットは、
−センサ、特に熱センサまたは光センサ、
−整流器、特にダイオード、
−切替え素子、特にトランジスタ、好ましくはＭＯＳＦＥＴ（ＩＧＦＥＴ、ＮＭＯＳ、ＰＭＯＳ、ＶＭＯＳのような）、
−制御素子、
−プログラム可能なデバイス、特にマイクロプロセッサ、マイクロコントローラまたはプログラム可能なロジック（ＦＰＧＡまたはＰＬＤのような）、
−記憶素子（ＤＲＡＭ、ＲＯＭ、ＳＲＡＭのような）、
−ソーラーパネル、
−レーザーダイオード、
−発光ダイオード、
−マイクロストリップ
を備え得る。
【００３６】
そのような機能的ユニットは、集積回路を形成している上記のマイクロ電子要素からなるが、上記集積回路内の特定の機能性にすでに特徴づけられている。
【００３７】
本発明に係る上記集積回路は、０．５ｐＡ〜５００ｍＡ、特に１ｍＡ〜２００ｍＡ、好ましくは２０μＡ〜１２０μＡ、特に好ましくは１０ｐＡ〜１ｍＡの合計の電流のために設計されている。
【００３８】
さらに、上記熱電要素の間の距離を決定する中間層は、上記基板において互いの上に配置されている熱電要素の間に配置されていることが意図され得る。この距離は、好ましくは５ｎｍ〜１２ｎｍにある。
【００３９】
さらに、上記第１および第２のドープされている層およびブリッジ素子は、接着層によって基板と接続されていることが可能である。同様に、いくつかの熱素子を備えている冷却部を用いて、上記第１のドープされている層、第２のドープされている層、およびブリッジ素子は、接着層によって上記基板と接続されている。そのような接着層は、個々の層の分離を防ぐ。接着層は、固体材料から作製されている中間層である。
【００４０】
特定の実施形態において、熱電要素は、上記基板上、または上記基板の上層の１つに配置されていることが可能である。ここで、上記集積回路の上記熱電要素によって生成された熱は、電圧の発生に使用される。この実施形態において、熱電要素は、上記基板上、または上記基板の上層に配置されており、当該熱電要素は、ペルチェ素子として使用されないので、上記集積回路の能動的な冷却に役立つが、熱電式発電器として使用される（すなわち、上記集積回路の無駄な熱によって生じる温度差を電圧に変換する（ゼーベック効果））。このようにして生じた電圧は、上記熱電要素の駆動または上記制御ユニットの駆動に寄与し得る。
【００４１】
これ以降に与えられている説明に加えて、その開示の全体が明細書に組み込まれる科学上の刊行物"Performance of Novel Thermoelectric Cooling Module Depending on Geometrical Factors", Journal of Electronic Materials, Vol. 44, No. 6および"Influence of Geometrical Factors on Performance of Thermoelelctric Material Using Numerical Methods" Journal of Electronic Materials, Vol. 44, No. 6に対する言及がなされている。
【００４２】
本発明は図面の補助によってさらに説明されている。
【００４３】
図１は、２つの冷却素子を有している集積回路の熱電要素のための回路図を
図２は、熱電要素の考えられる取り付け位置の、断面視したときの模式図を
図３は、冷却フローの温度−時間図を
図４は、熱電要素および冷却素子の個々の要素の模式図を
図５は、２つの冷却素子を有している第１の実施形態の層構成を
図６は、３つの冷却要素を有している層構成を
図７は、熱電式発現装置としての、２つの冷却素子を有している層構成を
図８は、合計４つの冷却素子を有している第４の実施形態の層構成を示している。
【００４４】
図１は、熱電要素１の組立品に関する個々の要素の回路図を示している。トリガーユニット２は、トリガーライン３を介して２つのトランジスタ４に接続されており、そこでトリガーユニット２及びトランジスタ４は、電圧供給によって正の電位５が供給される。トリガーユニット２及びトランジスタ４は、制御ユニットの部分である。トランジスタ４の出力側で、ライン６は、２つの保護ダイオード７、８を通過して、各々が冷却素子１５へと分岐している。冷却素子１５は、熱電要素の熱素子または冷却部分である。保護ダイオード７、８は、例えば、ショットキー保護ダイオードよりなっていてもよく、電流の流れを冷却素子１５の方向に導くものであってもよい。両方の冷却素子１５は、一方側でゼロ電位に接続されており、他方側の２つの保護ダイオード７、８を介してトランジスタ４によって電圧が供給されてもよい。
【００４５】
電圧供給により、冷却素子１５は、マイクロ電子素子の冷却、例えばマイクロプロセッサの冷却のために、冷却を生じさせる。このような理由で、回路図の全ての要素は、付加的に集積回路に集積されることが意図される。この集積は少なくとも１回、生じてもよく、好ましくは、図４から図８の実施態様によれば、数回生じてもよい。冷却の発生は、本質的に知られるように、ペルチェ効果の結果として生じる。ペルチェ効果の基本は、異なるエネルギーレベルの伝導帯を有する２つの材料、特に、一方側のｐドープされた半導体材料と、他方側のｎドープされた半導体材料の接触であり、それらはブリッジ素子によって電気的に接続されている。次々と配置されているこれらの半導体材料の２つの接触点を通って電気が一旦流れると、隣接する半導体材料のエネルギー的により高い伝導帯へ電子を輸送するために熱エネルギーが接触点の一つにおいて吸収されなければならず、その結果、冷却効果が生じる。他の接触点において、電子はより高いエネルギーレベルからより低いエネルギーレベルと落下し、その結果、この場合には、電子がｎドープされた半導体からｐドープされた半導体に移る箇所で冷却が生じる。
【００４６】
図２は、集積回路１０の概略的な斜視図を示しており、その中にはマイクロプロセッサの構造、または類似の要素が集積されている。マイクロプロセッサの高電力消費により、例えば、相当な量の熱発生により、その結果、冷却システム及びファンを介するだけではなく、さらに集積回路１０内で、完全な集積回路１０の付加的な冷却が生じる。それゆえに当面の発明は、少なくとも１つの冷却素子１５を有する少なくとも１つのさらなる熱電素子１を集積回路１０に集積することを表しており、それは、集積回路の個々の層の間に配置されるか、または、集積回路１０の最低位置または最高位置に配置される。しかしながら、いくつかの熱電要素１を集積回路において個々の要素の直下に置く可能性もあり、例えば、上記集積回路が、いくつかの平行に延びているマイクロプロセッサよりなり、それらが対応する制御ロジックによって一時的にスイッチオン及びスイッチオフされる場合、例えば、温度の著しい上昇が生じ、一部がシャットダウンするか、必要であれば、冷却が要求される場合である。それゆえに、マイクロプロセッサが集積回路１０において複合配置で集積されると、各々の個々のマイクロプロセッサはそのような熱電要素１に帰属され、そこで、単純な構造を特徴としてもよいが、図４から図８に従ってより複雑に構造化されていてもよい。図２は単に、概略図において熱電要素１の１つの位置を点線で示しているだけであるが、それは任意に選択されたものであってもよく、集積回路１０内で任意に変えられてもよい。
【００４７】
図３は、冷却素子１５に関する典型的な冷却流の温度−時間図を示している。冷却素子１５の温度は、温度がさらに約１５°の値で安定するまで、０°よりも高い温度から、−３０°程度の低さまで低下する。極度の冷却温度の利点を得るために、活性期において、冷却素子１５だけに、温度−３０°に達するときの時点ｘまで、電圧が供給される。冷却素子１５はそれから休止期へと移されて、一方で、冷却効果を繰り返して使用するために、第２の、または１つのさらなる冷却素子１５に、次々と電力が供給される。いくつかの個々の冷却素子１５を使用することで、活性期の間の最大温度の低下が集積回路の冷却に使用され、一方で、冷却素子１５は、休止期１７の間は周囲の温度に適応する。いくつかの冷却素子１５がそのような方法で使用される限り、−１５°より低い冷却を実現するために、冷却素子１５の温度調整の代わりに、連続的な冷却が達成され得る。
【００４８】
図４は、本発明に係る、少なくとも１つの冷却素子１５を有する熱電要素１の組立の概略図を示しており、それは例えばマイクロプロセッサのような集積回路内で実現化される。図４の熱素子２９は、図１の冷却素子１５に相当する。電圧を加えるために、第１の接触領域２０が形成され、それには通常の環境下で正の電圧が供給される。他方で、第２の接触領域２１はゼロ電位に接続され、そこで接触領域２１は寸法が決められ、その結果、冷却素子１５の接触が可能となる。集積回路内の熱電要素１は第１の接触領域２２よりなり、それはゼロ電位に対する接触として生じさせられ、冷却部２７、２８、３０、３１、３２を特徴としている。電圧供給は、並行して切替えられる２つのトランジスタ２４、２５によって第１の接触領域２０を介して起こり発生し、それらは起動電流を減少させるために、電力供給を同時にまたは連続して切替えられる。さらなる回路素子２６を介して電流が妨害されてもよい。電流の妨害は、集積回路の一部が永久に不活性である場合に生じてもよく、または、冷却して温度を下げるために集積回路内において温度が上昇する間、標的とする熱電要素１がスイッチオンされてもよい。そのような熱電要素１内での電流は、第１の接触領域２２、冷却部２７、２８、３０、３１、３２、及び第２の接触領域２３を介して生じる。第１の接触領域２２は冷却部を介して第２の接触領域２３に電気的に接続されており、そこでの３つの異なる接続を図４に示している。
【００４９】
第１の実施態様に関して、第１の接触領域２２は、等間隔に配置されたいくつからの平行に延びる冷却部を介して第２の折衝領域２３と接続されていてもよく、そこで、個々の冷却部２７、２８は、熱素子２９からなる。冷却部２７、２８が等間隔で平行に延びる場合、領域の温度の一定の冷却が達成される。さらなるセンサ素子３３が個々の冷却部２７、２８の間に配置されていてもよく、それらは第１の接触領域２２への電流の供給を妨害するか、またはそれを引き込むような、目下の温度勾配によるスイッチング過程を誘発する。第１の接触領域２２、第２の接触領域２３、冷却部２７、２８、及び熱素子２９の配置は、互いに層状に配置されていてもよい。
【００５０】
あるいは、角度αの下で冷却部を配置する可能性もあり、その結果、第１の冷却部２８及び第２の冷却部３０が存在し、そこで、特定の角度と冷却部２８、３０間の距離の変化によって、より急速な冷却が第１の接触領域２２の近くで達成され、一方で、著しく遅い冷却が、距離の増大によって、特に、第２の接触領域２３の近くで生じる。この配置は第２の実施態様を示しており、それは、互いに層状になって、複合配置で配置されていてもよい。
【００５１】
代替的に、２つの熱電冷却部３１、３２を介して第１の接触領域２２に第２の接触領域２３を電気的に接続する可能性がある。その場合、２つの冷却部３１、３２の距離が周期的に変化することによって温度低下の変化が達成される。この実施態様に関して、図４の第３の例を示す。第１の例のように、温度センサ３３が第２及び第３の例で使用されてもよく、そこで上記温度センサ３３は、制御ユニットを介して冷却部３１、３２への選択的な電圧供給を許容する。
【００５２】
図５は、層配置における熱要素２９の概略図を示しており、そこでは、一般的に、半導体チップにおいて、いくつかの熱素子２９は隣同士に配置されていてもよく、及び／または互いに上へと配置されていてもよい。ここで、ペルチェ効果を利用していくつかの熱素子２９を介して集積回路のある領域を意図的に冷却するために、ここではさらに、電気的に延びている個々の熱的素子２０が、直列または並列に存在する可能性がある。
【００５３】
２つの電気的な接触領域５０、５１に関して、個々の熱素子２９に、さらに熱要素２９を並列または直列に接続するか、あるいは電源供給として上記接触領域５０、５１を使用する可能性がある。ここでは完全な配置が基板５２に埋め込まれ、それは複数の類似した熱素子２９を保持することが可能であり、さらには、個々のマイクロエレクトロニクス素子、例えばマイクロプロセッサを保持し、そこで、マイクロプロセッサの構成に対する熱素子２９の直接的な割り当てが意図されもよく、その結果、多量に熱を放出するそれらの領域において、目標とする冷却が生じてもよい。
【００５４】
第１の上ブリッジ素子５３の２つの接触領域５０、５１に加えて熱素子２９が存在し、それは接触領域５４、５５を介してｐドープまたはｎドープされた半導体材料と接続されている。ｐドープされた半導体材料５６は、下方のブリッジ素子６８を介して第１の接触領域５０に接続されており、一方で、ｎドープされた半導体材料５７は、第２の下方のブリッジ素子５９を介して第２の電気的な接触領域５１に接続されている。電流の方向により半導体材料５６、５７の逆ドーピングが生じてもよい。熱素子２９の各々の個々の要素は、接着層６０、６１、６２、６３、６４を介して基板５２に接続されている。
【００５５】
さらに、この熱素子２９の基本的な配置は、独特の特徴を示しており、すなわち、ドープされた半導体材料５６、６７の両方が、異なる寸法の接触領域５４、５５を介して上方のブリッジ素子５３に接続されており、ドープされた半導体材料５６、５７の形状に適合させる必要がない。接触領域５４、５５はもはや、半導体材料５６、５７を有することによって変化してもよく、上方のブリッジ５３に関して、配列の外に配置されていてもよい。ここで、接触領域５４、５５がより大きいほど、熱輸送はより小さくなるという規則が適用される。放熱は、第１のドープされた半導体材料５６の露出領域６５、６６、または、第２のドープされた半導体材料５７のそれぞれの領域６７、６８を介して生じる。この熱素子２９の単純な構造はさらに、より複雑な実施形態の基礎でもある。
【００５６】
図６は、いくつかの熱素子２９からなる熱電冷却アレイの組立の概略図を示している。冷却アレイ７０はまた、第１の接触領域７１及び第２の接触領域７２を特徴としており、それは様々な冷却アレイ７０を互いに接続するか、または、電圧供給のために使用される。第１のｎドープされた半導体材料７４及び第２のｐドープされた半導体材料７５は上方のブリッジ素子７３を介して接続されており、そこで、異なるサイズの接触領域７６、６６を介して接続が生じる。この原因は、より小さい接触領域７６を通る電流を考慮した場合には、より熱が放出され、すなわち、基板７８から放出されなければならず、一方で、より大きな接触領域７７は、基板７８へとより少ない熱を放出することにある。第１のｎドープされた半導体材料はさらに、接触領域７９を介して第２のｎドープされた半導体材料８０に接続されており、一方で、ｐドープされた半導体材料７５は、接触領域８１を介して、ｐドープされた半導体材料８２にさらに接続されている。２階段の、列に並んだドープまたはｐドープされた半導体材料７４、７５、８０、８２によって、より高い冷却能力が達成される。
【００５７】
第１のｐドープされた半導体材料７４、７５に対して、例えばＢｉ２Ｔｅ３、ＢＮ、ＴｉＮ、ＳｉＧｅＮ、ＰｂＴｅＮが基材として使用され、また同じ材料は、第２のｎドープされた半導体材料８０、８２の基材として使用されてもよい。一般的に、ｐドープされた半導体材料、及びｎドープされた半導体材料に使用されるべき基材は、集積回路冷却アレイの動作温度に依存する。第２のｎドープされた半導体材料８０、８２は、それぞれ下方のブリッジ素子８３、８４を介して、再度、第１の接触領域７１、または、第２の接触領域７２に接続されており、その結果、伝導層を通じた電流の流れが達成され得る。下方のブリッジ８２、８４は、接着層８７、８８を介して基板７８に接続され、一方で、第１のドープされた半導体材料７４、７５は、接着層８９、９０を介して接続され、上方のブリッジ素子７３は、接着層９１を介して基板７９に接続されている。ここに示す代替は、さらに、さらなるブリッジ素子９２を特徴としており、それは第１のｐドープされた半導体材料９３及び第２のｎドープされた半導体を接続し、それらは接着層９５、９６、９７を介して順番に基板７８に接続されている。他の配置とは反対に、これらの第３のドープされた半導体材料９３、９４の直接的な電気的接触は利用することができない。第３の半導体材料９３、９４は基板７８に埋め込まれ、それは誘電体である。第２のドープされた半導体材料８０と第３のドープされた半導体材料９３との間の距離Ａと、第２のドープされた半導体材料８０と第３のドープされた半導体材料９３との間の距離Ｂは等しくないように選択されたものの非常に狭く保たれるため、基板７８は、この短い距離に関して、約−３０°の間は誘電体であり、したがってさらなる熱素子９８の電圧供給が生じる。このように、約−３０°で冷却することで、温度の連続的な上昇が結果としてもたらされるにも関わらず、さらなる冷却により、約−３０°の温度が長時間に亘って持続され得るということを達成することができる。
【００５８】
図７は、ゼーベック効果による熱電式発電器の配置を図示している。熱電式発電器１００は上方のブリッジ素子１０１よりなり、それは接触領域１０４、１０５を介して第１のｎドープされた半導体１０２、及び第１のｐドープされた半導体材料１０３に接続されている。第１のドープされた半導体材料１０２、１０３は、第２のｎドープされた半導体材料１０６、及び第２のｐドープされた半導体材料１０７に接続されている。この場合、第１の半導体材料１０２及び１０３と、それぞれの第２の半導体材料１０６、１０７とは、完全に接触している。第２の半導体材料１０６、１０７は、下方のブリッジ要素１０８を介して第１の接触領域１１０、及び第２の接触領域１１１に接続されている。個々の熱電式発電器素子１００を接続するために、または、電圧を引くために、再度、接触領域１１０、１１１が使用される。下方のブリッジ素子１０８及び１０９は、接着層１１２、１１３を介して接続され、第２のドープされた半導体材料１０６、１０７は、接着層１１４、１１５を通じて基板１１６に接続されており、一方で、上方のブリッジ素子１０１は、接着層１１７を介して基板１１６に接続されている。
【００５９】
図８は、冷却アレイ１２０を形成するために一緒に組み立てられている、熱素子の複合配置の概略図を示している。第１の熱素子１２１は、ブリッジ素子１２２を介して第２の熱素子１２３に接続されている。各々の個々の熱素子１２１、１２３の組立は、図４による熱素子の組立に対応する。第１の接触領域１２４及び第２の接触領域１２５を介して電圧供給が生じてもよい。接触領域１２４、１２５の両方は、誘電性化合物層１２６、１２７を介して２つのさらなる熱素子１２８、１２９に接続されており、その結果、熱素子の四重配置を利用可能である。この場合、２つの上方の熱素子１２１、１２３は、２つの下方の熱素子１２８、１２９のように順番に切替えられる。上方の熱素子１２１、１２３はまた、電気的化合物層１２６、１２７を介して下方の熱素子１２８、１２９と並列に切替られ、その結果、いずれの熱素子１２１、１２３、１２８、１２９も作動され得ない。この配置の利点は、熱的要素１２８、１２９の下方の配置が、対応する冷却によってのみスイッチオンされ、その結果、遅延接続により、より低い開始電流が生じることにある。
【００６０】
４つの熱素子１２１、１２３、１２８、１２９はすべて基板１３０に集積されており、各々は接着層を介して基板１３０に接続されている。
【００６１】
この場合、熱電式発電器１００は、集積回路によって生じた廃熱により、さらなる電圧の発生のために使用されなければならない。ゼーベック効果により熱電式発電器１００における電圧の発生により得られた廃熱は、集積回路内において、熱素子の供給として使用してもよい。それゆえに、そのような熱電式発電器１００は、得られる廃熱を使用するために、集積回路の上方の層に使用されることが好ましい。
【００６２】
（符号の説明）
１      熱電要素
２      トリガーユニット
３      トリガーライン
４      トランジスタ
５      正の電位
６      ライン
７      保護ダイオード
８      保護ダイオード
９      ゼロ電位
１０    集積回路
１５    冷却素子
１７    休止期
２０    第１の接触領域
２１    第２の接触領域
２２    第１の接触領域
２３    第２の接触領域
２４    トランジスタ
２５    トランジスタ
２６    回路素子
２７    冷却部
２８    冷却部
２９    熱素子
３０    冷却部
３１    冷却部
３２    冷却部
３３    センサ
５０    接触領域
５１    接触領域
５２    基板
５３    ブリッジ素子
５４    接触領域
５５    接触領域
５６    半導体材料
５７    半導体材料
５８    ブリッジ素子
５９    ブリッジ素子
６０    接着層
６１    接着層
６２    接着層
６３    接着層
６４    接着層
６５    領域
６６    領域
６７    領域
６８    領域
７０    冷却アレイ
７１    接触領域
７２    接触領域
７３    ブリッジ素子
７４    半導体材料
７５    半導体材料
７６    接触領域
７７    接触領域
７８    基板
７９    接触領域
８０    半導体材料
８１    接触領域
８２    半導体材料
８３    ブリッジ素子
８４    ブリッジ素子
８５    接着層
８６    接着層
８７    接着層
８８    接着層
８９    接着層
９０    接着層
９１    接着層
９２    ブリッジ素子
９３    半導体材料
９４    半導体材料
９５    接着層
９６    接着層
９７    接着層
９８    熱素子
１００  熱電式発電器
１０１  ブリッジ素子
１０２  半導体材料
１０３  半導体材料
１０４  接触領域
１０５  接触領域
１０６  半導体材料
１０７  半導体材料
１０８  ブリッジ素子
１０９  ブリッジ素子
１１０  接触領域
１１１  接触領域
１１２  接着層
１１３  接着層
１１４  接着層
１１５  接着層
１１６  基板
１１７  接着層
１２０  冷却部
１２１  熱素子
１２２  ブリッジ素子
１２３  熱素子
１２４  接触領域
１２５  接触領域
１２６  化合物層
１２７  化合物層
１２８  熱素子
１２９  熱素子
１３０  基板
Ａ      距離
Ｂ      距離
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】２つの冷却素子を有している集積回路の熱電要素のための回路図である。
【図２】熱電要素の考えられる取り付け位置の、断面視したときの模式図である。
【図３】冷却フローの温度−時間図である。
【図４】熱電要素および冷却素子の個々の要素の模式図である
【図５】２つの冷却素子を有している第１の実施形態の層構成を示す図である。
【図６】３つの冷却要素を有している層構成を示す図である。
【図７】熱電式発現装置としての、２つの冷却素子を有している層構成を示す図である。
【図８】合計４つの冷却素子を有している第４の実施形態の層構成を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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