УСТРОЙСТВО ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

1. Устройство термоэлектрического преобразования, содержащее по меньшей мере первый и второй активные термоэлектрические элементы, причем каждый из первого и второго активных термоэлектрических элементов выполнен на основе кремнийсодержащего материала, и зону межсоединения, состоящую из материала фазы металла межсоединения и материала рекристаллизованной фазы компонента термоэлектрического элемента между первым и вторым активными термоэлектрическими элементами, отличающееся тем, что материал фазы металла межсоединения:
- не реагирует с кремнием с образованием фазы силицида металла в твердом состоянии;
- расплавляется при температуре ниже температуры плавления любого из материалов первого или второго термоэлектрических элементов;
- в расплавленном состоянии растворяет по меньшей мере одну из составляющих термоэлектрических элементов, предпочтительно - кремний, наиболее предпочтительно - все составляющие термоэлектрических элементов, при том, что растворимость упомянутой одной или более составляющих термоэлектрических элементов в расплаве ограничена, но увеличивается с увеличением температуры; и
- обладает низкой растворимостью для любой из составляющих термоэлектрических элементов в твердом состоянии, меньшей, чем ее растворимость в расплавленном состоянии.
2. Устройство термоэлектрического преобразования по п.1, при этом кремнийсодержащий материал содержит материал, выбранный из группы, содержащей кремний, композит кремния, сплав кремния или силицид металла.
3. Устройство термоэлектрического преобразования по п.1 или 2, при этом материал фазы металла межсоединения образует контакт между двумя частями первого или второго активного термоэлектрического элемента.
4. Устройство термоэлектрического преобразования по любому из пп.1-3, при этом материал фазы металла межсоединения контактирует с одним или более другими функциональными компонентами устройства термоэлектрического преобразования, которые обеспечивают тепловую или электрическую проводимость в устройстве, причем каждый из других функциональных компонентов выполнен на основе кремнийсодержащего материала.
5. Устройство термоэлектрического преобразования по любому из пп.1-4, при этом материал фазы металла межсоединения выполнен на основе по меньшей мере одного элемента из группы, содержащей Ag, Al, Ge, Sn, Zn, либо смесей или сплавов по меньшей мере двух элементов из упомянутой группы.
6. Устройство термоэлектрического преобразования по любому из пп.1-5, при этом металл межсоединения выполнен на основе по меньшей мере одного элемента из группы, содержащей Ag, Al, Ge, Sn, Zn, либо смесей или сплавов по меньшей мере двух элементов из упомянутой группы с добавкой одной или более из составляющих термоэлектрических материалов.
7. Устройство термоэлектрического преобразования по любому из пп.1-6, при этом материал фазы металла межсоединения имеет в начале процесса межсоединения толщину между 5 мкм и 500 мкм.
8. Устройство термоэлектрического преобразования по любому из пп.1-7, содержащее первую фазу металла межсоединения и рекристаллизованную фазу компонента термоэлектрического элемента для соединения друг с другом компонентов термоэлектрического устройства в области контакта на высокотемпературной стороне и вторую фазу металла межсоединения и вторую рекристаллизованную фазу компонента термоэлектрического элемента для соединения друг с другом компонентов термоэлектрического устройства в области контакта на низкотемпературной стороне.
9. Способ изготовления термоэлектрического устройства по любому из пп.1-8, включающий:
размещение по меньшей мере первого активного термоэлектрического элемента и второго активного термоэлектрического элемента в сборке с желательной геометрией термоэлектрического устройства, подлежащего формированию, с первым металлом межсоединения, расположенным в промежутке между первыми поверхностями, где надлежит соединить первый и второй активные термоэлектрические элементы;
нагревание сборки первого и второго активных термоэлектрических элементов до первой температуры выше температуры затвердевания первого металла межсоединения, чтобы создать первый жидкий металл межсоединения, позволяя составляющим первого и второго термоэлектрических элементов растворяться в первом жидком металле межсоединения;
охлаждение сборки контролируемым образом с образованием первой зоны межсоединения, состоящей из первого материала фазы металла межсоединения и первого рекристаллизованного материала фазы компонента термоэлектрического элемента между упомянутыми первыми поверхностями первого активного термоэлектрического элемента и второго активного термоэлектрического элемента.
10. Способ изготовления по п.9, дополнительно включающий, что во время упомянутого нагревания сборки на границе раздела между металлом межсоединения и одним или более функциональными компонентами устройства термоэлектрического преобразования составляющие упомянутого кремнийсодержащего материала растворяются в жидком металле межсоединения, и
что во время охлаждения на упомянутой границе раздела образуют зону межсоединения, состоящую из рекристаллизованной фазы металла и рекристаллизованного кремнийсодержащего материала.
11. Способ изготовления по п.9 или 10, дополнительно включающий:
во время упомянутого размещения по меньшей мере первого активного термоэлектрического элемента и второго активного термоэлектрического элемента в сборке с желательной геометрией термоэлектрического устройства, подлежащего формированию:
расположение второго металла межсоединения, располагаемого в промежутке между вторыми поверхностями, где надлежит соединить первый и второй активные термоэлектрические элементы;
в котором упомянутое нагревание сборки первого и второго активных термоэлектрических элементов до первой температуры выше температуры затвердевания второго металла межсоединения включает в себя: создание второго жидкого металла межсоединения, позволяющее составляющим первого и второго активных термоэлектрических элементов растворяться во втором жидком металле межсоединения; и
в котором упомянутое охлаждение сборки контролируемым образом включает в себя: формирование второй зоны межсоединения, состоящей из второго рекристаллизованного материала фазы металла межсоединения и второго рекристаллизованного материала фазы компонента термоэлектрического элемента между упомянутыми вторыми поверхностями первого и второго активных термоэлектрических элементов,
причем второй материал фазы металла межсоединения отличается от упомянутого первого материала фазы металла межсоединения.
12. Способ изготовления по п.9 или 10, дополнительно включающий после формирования первой зоны межсоединения, состоящей из первого рекристаллизованного материала фазы металла межсоединения и первого рекристаллизованного материала фазы компонента термоэлектрического элемента между упомянутыми первыми поверхностями первого активного термоэлектрического элемента и второго активного термоэлектрического элемента:
расположение второго металла межсоединения, располагаемого в промежутке между вторыми поверхностями, где надлежит соединить первый и второй активные термоэлектрические элементы;
нагревание сборки первого и второго активных термоэлектрических элементов до второй температуры выше температуры затвердевания второго металла межсоединения, чтобы создать второй жидкий металл межсоединения, позволяя составляющим первого и второго активных термоэлектрических элементов растворяться во втором жидком металле межсоединения;
охлаждение сборки контролируемым образом с образованием второй зоны межсоединения, состоящей из второго рекристаллизованного материала фазы металла межсоединения и второго рекристаллизованного материала фазы компонента термоэлектрического элемента между упомянутыми вторыми поверхностями первого и второго активных термоэлектрических элементов,
причем второй металл межсоединения отличается от упомянутого первого металла межсоединения, а вторая температура ниже, чем первая температура.
13. Способ изготовления по любому из пп.9-12, при этом материал фазы металла межсоединения выполнен главным образом на основе по меньшей мере одного элемента из группы, содержащей Ag, Al, Ge, Sn, Zn, либо смесей или сплавов по меньшей мере двух элементов из упомянутой группы.
14. Способ изготовления по любому из пп.9-12, при этом металл межсоединения выполнен на основе по меньшей мере одного элемента из группы Ag, Al, Ge, Sn, Zn, либо смесей или сплавов по меньшей мере двух элементов из упомянутой группы с добавкой одной или более из составляющих термоэлектрических материалов.
15. Способ изготовления по любому из пп.9-14, при этом металл межсоединения имеет исходную толщину между 5 мкм и 500 мкм при расположении в промежутке между поверхностями, где надлежит соединить первый и второй термоэлектрические элементы, перед упомянутым нагреванием сборки.