热电产生器的制作方法

本公开实施例有关于一种热电产生器，且特别有关于一种晶圆内的热电产生器。

背景技术：

用以将周遭稀疏能量转换为电力的能量收集(energyharvesting)技术可做为电子装置的供应电源。

近来，用于物联网(internetofthings，iot)应用的超低功率(ultra-low-power，ulp)电路需要能自体发电(self-generating)。此外，需要非常小的超低功率电路，例如，尺寸为毫米或是更小。

技术实现要素：

本公开实施例提供一种热电产生器。上述热电产生器包括一热电结构以及耦接于上述热电结构的一桥式整流器。上述热电结构包括一半导体基底、设置在上述半导体基底上的一第一金属层、设置在上述第一金属层上的一介电层、设置在上述介电层上的一第二金属层，以及设置在上述介电层内且耦接于上述第一电极与上述第二电极之间的多第一材料。上述第一金属层包括多第一电极。上述第二金属层包括多第二电极。上述桥式整流器根据来自上述热电结构的一电能而提供一输出电压。上述热电结构是根据上述第一金属层与上述第二金属层之间的一温度差而提供上述电能。上述第一材料是一热电材料。

附图说明

图1a至图1h是显示根据本公开一些实施例所述的制造热电产生器的热电结构的中间阶段的剖面图；

图2a至图2g是显示根据本公开一些实施例所述的图1h中热电结构的第一类型纳米线和/或第二类型纳米线的形状；

图3是显示根据本公开一些实施例所述的热电产生器；

图4是显示根据本公开一些实施例所述的桥式整流器；

图5是显示根据本公开一些实施例所述的热电产生器；

图6是显示根据本公开一些实施例所述的热电产生器；

图7是显示根据本公开一些实施例所述的热电产生器；

图8是显示根据本公开一些实施例所述的微能量收集装置的热电结构的上视图；

图9是显示根据本公开一些实施例所述的微能量收集装置的热电结构的上视图；以及

图10是显示根据本公开一些实施例所述的微能量收集装置的热电结构的上视图。

附图标记说明：

100、100a、100b、100c、500_1-500_n、500a-500c～热电结构；

110～半导体基底；

120～第一介电层；

125a-125c～元件；

130、130_1-130_7、130_a、130_b、130a-130d～第一电极；

140～第二介电层；

142～孔洞；

144～多晶材料；

150、155～掩模；

160～第一类型纳米线；

165～第三类型纳米线；

170～第二类型纳米线；

180、180_1-180_6～第二电极；

300a、300b、300c、400～热电产生器；

310a、310b、310c～微能量收集装置；

320a、320b、420～桥式整流器；

330a、330b、340a、340b～端点；

410～微能量收集装置；

430～能量储存装置；

440～电源管理电路；

c1～电容；

d1-d4～二极管；

in1、in2～输入端；

m1-m4～晶体管；

out1、out2～输出端；以及

vout～输出电压。

具体实施方式

为让本公开实施例的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出实施例，并配合说明书附图，作详细说明如下：

以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例以实施本公开的不同特征。以下的公开内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。另外，以下公开书不同范例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。

下文描述实施例的各种变化。通过各种视图与所示出的的实施例，类似的元件标号用于标示类似的元件。应可理解的是，额外的操作步骤可实施于所述方法之前、之间或之后，且在所述方法的其他实施例中，可以取代或省略部分的操作步骤。

热电(thermoelectric)电源产生器能够将材料的温度差传换成电能，特别是电信号。这种转换称为塞贝克(seebeck)效应。例如，材料中的温度差会引起材料内的自由电荷载子从材料的热侧扩散到材料的冷侧，从而产生热电电压。

图1a至图1h是显示根据本公开实施例一些实施例所述的制造热电产生器的热电结构100的中间阶段的剖面图。

图1a是显示半导体基底110、半导体基底110上方的第一介电层120，以及元件125a-125c。在一些实施例中，半导体基底110可以是大块(bulk)半导体基底、绝缘体上半导体(semiconductor-on-insulator，soi)基底、多层或倾斜基底或类似。半导体基底110的半导体可包括元素半导体，例如硅、锗或类似物。再者，半导体基底110更可以是晶圆，而热电结构110是设置在晶圆的热电产生器中。在一些实施例中，第一介电层120可以是包括金属互连的层间介电层(inter-layerdielectric，ild)。

热电产生器的电路包括元件125a-125c。在一些实施例中，元件125a-125c为电路内的晶体管，而晶体管的汲/源极区是设置在半导体基底110内，其中晶体管的栅极区是设置在第一介电层120内。在其他实施例中，元件125a-125c可以是电路中的主动元件或是无源元件。

在图1b中，执行沉积制程与蚀刻制程，用以在第一介电层120上方的第一金属层中形成第一电极130。在一些实施例中，第一金属层为底部金属层。

在图1c中，执行沉积制程，用以在第一介电层120上方的形成第二介电层140。再者，第二介电层140会覆盖第一电极130。在一些实施例中，第二介电层140为层间介电层(ild)。

在图1d中，执行蚀刻制程，用以在第二介电层140中形成孔洞142。第一电极130的上表面会经由孔洞142而暴露。孔洞142与第一电极130之间的排列将详述于后。

在图1e中，执行电镀制程或沉积制程(例如化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)或是原子层沉积(atomiclayerdeposition，ald))，用以在孔洞142中沉积/生长多晶材料144。在一些实施例中，多晶材料144包括铋(bismuth)、碲化铋(bi2te3)、硒化铋(bi2se3)或是碲化铅(pbte)的热电材料。

在图1f中，将由光致抗蚀剂材料所形成的掩模150设置在第二介电层140上。掩模150具有特定图样，以便覆盖多晶材料144的第一部分。执行植入制程，用以将第一类型材料(如标号152所显示)植入至多晶材料144的第二部分，而多晶材料144的第二部分并未被掩模150所覆盖。于是，形成了具有第一类型掺杂物的纳米线160。在完成植入制程之后，将掩模150移除。

在图1g中，将由光致抗蚀剂材料所形成的掩模155设置在第二介电层140上。掩模155具有特定图样，以便覆盖多晶材料144的第二部分。执行植入制程，用以将第二类型材料(如标号154所显示)植入至多晶材料144的第一部分，而多晶材料144的第一部分并未被掩模155所覆盖。于是，形成了具有第二类型掺杂物的纳米线170。在完成植入制程之后，将掩模155移除。

在一些实施例中，第一类型材料是包括碲的n型材料，而第二材料是包括锡、硼或镓的p型材料。在其他实施例中，第一类型材料是包括锡、硼或镓的p型材料，而第二材料是包括碲的n型材料。

在图1h中，执行沉积制程与蚀刻制程，用以在第二介电层140上的第二金属层中形成第二电极180。于是，形成了热电结构100。在一些实施例中，第二金属层为顶部金属层。再者，第一电极130会形成纳米线160与170的底部接点，而第二电极180会形成纳米线160与170的顶部接点。

在一些实施例中，根据特定温度对热电结构100执行退火制程，例如铋的熔化温度(272℃)以上，以便将纳米线160与170的多晶材料144进行再结晶。

图2a至图2g是显示根据本公开实施例一些实施例所述的图1h中热电结构100的第一类型纳米线160和/或第二类型纳米线170的形状。

在图2a中，纳米线160/170为具有圆形截面的垂直线。

在图2b中，纳米线160/170为具有椭圆形截面的垂直线。

在图2c中，纳米线160/170为具有圆角(rounded-corner)矩形截面的垂直线。

在图2d中，纳米线160/170为具有圆角方形截面的垂直线。

在图2e中，纳米线160/170为具有方形或矩形截面的垂直线。

在图2f中，纳米线160/170为具有三角形截面的垂直线。

在图2g中，纳米线160/170为具有六边形截面的垂直线。

纳米线160/170可具有其他截面。如此技艺的人士所容易理解的，可通过图1d的孔洞142的形成而形成截面。在一些实施例中，纳米线160/170可以是具有特定截面的水平线，例如圆形、椭圆形、圆角矩形、圆角方形、方形、矩形、三角形或是六边形。

图3是显示根据本公开实施例一些实施例所述的热电产生器300a。热电产生器300a包括微能量收集装置310a与桥式整流器(rectifierbridge)320a。

微能量收集装置310a包括热电结构100a。如先前所描述，热电结构100a包括第一电极130、第二电极180、第一类型纳米线160与第二类型纳米线170。为了简化说明，将不再进一步描述热电结构100a中的其他形成。

在一些实施例中，第一类型纳米线160为掺杂有n型掺杂物的热电材料，而第二类型纳米线170为掺杂有p型掺杂物的热电材料。在其他实施例中，第一类型纳米线160为掺杂有p型掺杂物的热电材料，而第二类型纳米线170为掺杂有n型掺杂物的热电材料。

第一类型纳米线160与第二类型纳米线170耦接于所对应的第一电极130与所对应的第二电极180之间。在图3中，第一类型纳米线160耦接于第二电极180的端点340a与第一电极130的端点330b之间，且第二类型纳米线170耦接于第二电极180的端点340b与第一电极130的端点330a之间。

在操作期间，热电结构100a的热侧会驱动纳米线中的电子往热电结构100a的冷侧移动，而产生电流i。纳米线中的空穴将依电流i的方向而从热侧流向冷侧，因此可将热能转换为电能。

桥式整流器320a具有一对输入端in1与in2，用以接收来自热电结构100a且对应于电流i的电能。再者，桥式整流器320a具有一对输出端out1与out2，用以提供输出电压vout。根据来自热电结构100a且对应于电流i的电能，桥式整流器320a能在输出端out1与out2提供输出电压vout。

值得注意的是，第一类型纳米线160、第二类型纳米线170、第一电极130以及第二电极180可以重复多次以形成阵列，而桥式整流器320a耦接于该阵列的终点的电极。例如，桥式整流器320a的输入端in1耦接于第一电极130_b，而桥式整流器320a的输入端in2耦接于第一电极130_a。

在一些实施例中，桥式整流器320a包括至少四个二极管d1、d2、d3与d4。二极管d1具有耦接于输出端out2的阳极，和耦接于输入端in1的阴极。二极管d2具有耦接于输出端out2的阳极以及耦接于输入端in2的阴极。二极管d3具有耦接于输入端in1的阳极以及耦接于输出端out1的阴极。二极管d4具有耦接于输入端in2的阳极以及耦接于输出端out1的阴极。

图3中，耦接于相同的第二电极180的第一类型纳米线160与第二类型纳米线170可视为一对(pair)热电线。安排该对热电线，使得热电结构100a具有电性串联和热性并联的第一类型纳米线160和第二类型纳米线170。例如，假设每一对热电线能产生大约1μv/k。于是，在δt＝1k的情况下，1,000,000对的热电线能提供大约1v，其中δt是第一电极130与第二电极180之间的温度差。

图4是显示根据本公开实施例一些实施例所述的桥式整流器320b。桥式整流器320b具有一对输入端in1与in2以及一对输出端out1与out2。桥式整流器320b包括至少四个晶体管m1至m4。晶体管m1耦接于输入端in1与输出端out2之间的nmos晶体管，且晶体管m1的栅极耦接于输入端in2。晶体管m2耦接于输入端in2与输出端out2之间的nmos晶体管，且晶体管m2的栅极耦接于输入端in1。在一些实施例中，晶体管m1与m2的基极耦接于输出端out2。

在桥式整流器320b中，晶体管m3耦接于输入端in1与输出端out1之间的pmos晶体管，且晶体管m3的栅极耦接于输入端in2。晶体管m4耦接于输入端in2和输出端out1之间的pmos晶体管，且晶体管m4的栅极耦接于输入端in1。在一些实施例中，晶体管m3与m4的基极耦接于输出端out1.

图5是显示根据本公开实施例一些实施例所述的热电产生器300b。热电产生器300b包括微能量收集(harvesting)装置310b以及桥式整流器320a。

微能量收集装置310b包括热电结构100b。热电结构100b包括第一电极130、第二电极180、第一类型纳米线160以及第三类型纳米线165。热电结构310b的形成是相似于图3的热电结构310a的形成，为了简化说明，将不进一步描述。

在一些实施例中，第一类型纳米线160掺杂有n型掺杂物的热电材料。在其他实施例中，第一类型纳米线160掺杂有p型掺杂物的热电材料。值得注意的是，第三类型纳米线165不是热电材料。第三类型纳米线165包括不具有掺杂物的导电材料。在一些实施例中，第三类型纳米线165、第一电极130与第二电极180是相同金属材料所形成。

在图5中，第一类型纳米线160耦接于第二电极180的端点340a以及第一电极130的端点330b之间，而第三类型纳米线165耦接于第二电极180的端点340b以及第一电极130的端点330a之间。

在此实施例中，耦接于相同的第二电极180的第一类型纳米线160与第三类型纳米线165可视为一对导电线。安排该对导电线，使得热电结构100b具有电性串联和热性并联的第一类型纳米线160和第三类型纳米线165。例如，假设第一类型纳米线160掺杂有n型掺杂物的热电材料，而每一对导电线能产生大约0.7μv/k。于是，在δt＝2k的情况下，1,000,000对的热电线能提供大约1.4v，其中δt是第一电极130与第二电极180之间的温度差。再者，假设第一类型纳米线160为掺杂有p型掺杂物的热电材料而每一对导电线能产生大约0.35μv/k。于是，在δt＝2k的情况下，1,000,000对的热电线能提供大约1.7v。

图6是显示根据本公开实施例一些实施例所述的热电产生器300c。热电产生器300c包括微能量收集装置310c以及桥式整流器320a。

微能量收集装置310c包括热电结构100c。热电结构100c包括第一电极130、第二电极180、第二类型纳米线170与第三类型纳米线165。热电结构310c的形成是相似于图3的热电结构310a的形成，为了简化说明，将不进一步描述。

在一些实施例中，第二类型纳米线170掺杂有n型掺杂物的热电材料。在其他实施例中，第二类型纳米线170掺杂有p型掺杂物的热电材料。值得注意的是，第三类型纳米线165不是热电材料。第三类型纳米线165包括不具有掺杂物的导电材料。在一些实施例中，第三类型纳米线165、第一电极130与第二电极180是相同金属材料所形成。

在图6中，第二类型纳米线170耦接于第二电极180的端点340b以及第一电极130的端点330a之间，而第三类型纳米线165耦接于第二电极180的端点340a以及第一电极130的端点330b之间。

在此实施例中，耦接于相同的第二电极180的第二类型纳米线170与第三类型纳米线165可视为一对导电线。安排该对导电线，使得热电结构100c具有电性串联和热性并联的第二类型纳米线170和第三类型纳米线165。例如，假设第二类型纳米线170掺杂有n型掺杂物的热电材料，而每一对导电线能产生大约0.7μv/k。于是，在δt＝2k的情况下，1,000,000对的热电线能提供大约1.4v，其中δt是第一电极130与第二电极180之间的温度差。再者，假设第二类型纳米线170为掺杂有p型掺杂物的热电材料而每一对导电线能产生大约0.35μv/k。于是，在δt＝2k的情况下，1,000,000对的热电线能提供大约0.7v。

图7是显示根据本公开实施例一些实施例所述的热电产生器400。热电产生器400包括微能量收集装置410以及桥式整流器420。再者，热电产生器400还包括能量储存装置430以及电源管理电路440。

微能量收集装置410包括一或多个热电结构500_1至500_n。在一些实施例中，热电结构500_1至500_n的并联/串联结合能增加由热电产生器400所产生的电能。热电结构的并联/串联结合将描述于后。

如先前所描述，桥式整流器420可包括至少四个二极管d1、d2、d3与d4(例如图3的320a)或是至少四个晶体管m1-m4(例如图4的320b)。再者，桥式整流器420具有一对输入端in1与in2以及一对输出端out1与out2。输入端in1与in2用以接收对应于来自热电结构410的电流的电能，而输出端out1与out2用以提供输出电压vout。

能量储存装置430耦接于桥式整流器420的输出端out1与out2，而能量储存装置430能储存来自桥式整流器420的输出电压vout。在一些实施例中，能量储存装置430包括电容或超级电容c1。在其他实施例中，能量储存装置430包括可再充电的电池。

电源管理电路440耦接于能量储存装置430。电源管理电路440能调整储存在能量储存装置430的输出电压vout，以提供vdd。在一些实施例中，电源管理电路440为电压转换器，或是电荷泵(chargepumping)电路。

由电源管理电路440所提供的电压vdd可作为电子装置的供应电压(或是供应电源)，例如穿戴式装置、便携式装置、移动装置或是使用在物联网(iot)应用的超低功率电路。值得注意的是，热电产生器400是设置在电子装置中，用以对电子装置进行供电。再者，电源管理电路440能控制电子装置的操作模式(例如睡眠模式或是启动模式)，以便控制电子装置的耗电量。

图8是显示根据本公开实施例一些实施例所述的微能量收集装置的热电结构500a的上视图。热电结构500a包括第二电极180、第一电极130、第一类型纳米线160与第二类型纳米线170。如先前所描述，第二电极180能形成在芯片的顶部金属层，而第一电极130能形成在芯片的较低金属层。为了简化说明，将不再进一步描述热电结构500a中第一电极130下方的形成。

第一类型纳米线160与第二类型纳米线170耦接于第二电极180与第一电极130之间。耦接于相同的第二电极180的第一类型纳米线160与第二类型纳米线170可视为一对热电线。对该对热电线而言，第一类型纳米线160与第二类型纳米线170是分别耦接于不同的两个第一电极130，而这两第一电极130是彼此相邻。

值得注意的是，热电结构500a中所显示的8对热电线仅作为例子。热电结构中的热电线对的数量是根据不同应用所决定。

第一类型纳米线160、第二类型纳米线170、第二电极180和第一电极130可以重复多次以形成阵列。热电产生器的桥式整流器是在阵列的末端而耦接于第一电极130。

在一些实施例中，第一类型纳米线160掺杂有n型掺杂物的热电材料，而第二类型纳米线170掺杂有p型掺杂物的热电材料，或是第二类型纳米线170可由第三类型纳米线165所替代，即不具有掺杂物的导电材料。在其他实施例中，第一类型纳米线160掺杂有p型掺杂物的热电材料，而第二类型纳米线170掺杂有n型掺杂物的热电材料，或是第二类型纳米线170可由第三类型纳米线165所替代。

图9是显示根据本公开实施例一些实施例所述的微能量收集装置的热电结构500b的上视图。在一些实施例中，各热电结构500b具有相同的布局与结构。在图9中，各热电结构包括第二电极180、第一电极130、第一类型纳米线160与第二类型纳米线170。如先前所描述，第二电极180可形成在芯片的顶部金属层，而第一电极130是形成在芯片的较低金属层。为了简化说明，将不再进一步描述热电结构500b中第一电极130下方的形成。

以热电结构500b作为示范，第二电极180_1至180_6是以第一方向而平行排列。第一电极130_1至130_5是以第一方向而平行排列，而第一电极130_6至130_7是以不同于第一方向的第二方向而平行排列。在一些实施例中，第二方向(例如垂直线)是垂直于第一方向(例如水平线)。在此实施例中，第一电极130_6是设置在第一电极130_1至130_3的左侧，而第一电极130_7是设置在第一电极130_1至130_3的右侧。在一些实施例中，第一电极130_6与130_7耦接于设置在不同列的底部电极。

在一些实施例中，第一类型纳米线160掺杂有n型掺杂物的热电材料，而第二类型纳米线170掺杂有p型掺杂物的热电材料，或是第二类型纳米线170可由第三类型纳米线165所替代，即不具有掺杂物的导电材料。在其他实施例中，第一类型纳米线160掺杂有p型掺杂物的热电材料，而第二类型纳米线170掺杂有n型掺杂物的热电材料，或是第二类型纳米线170可由第三类型纳米线165所替代。

耦接于相同的第二电极180的第一类型纳米线160与第二类型纳米线170可视为一对热电线。对该对热电线而言，第一类型纳米线160与第二类型纳米线170是分别耦接于不同的两个第一电极130，而这两第一电极130是彼此相邻。

例如，在热电结构500b中，第二电极180_1是经由第一类型纳米线160而耦接于第一电极130_4，而第二电极180_1是经由第二类型纳米线170而耦接于第一电极130_1。第二电极180_2是经由第一类型纳米线160而耦接于第一电极130_1，而第二电极180_2是经由第二类型纳米线170而耦接于第一电极130_7。第二电极180_4是经由第一类型纳米线160而耦接于第一电极130_7，而第二电极180_4是经由第二类型纳米线170而耦接于第一电极130_2。第二电极180_3是经由第一类型纳米线160而耦接于第一电极130_2，而第二电极180_3是经由第二类型纳米线170而耦接于第一电极130_6。第一电极180_5是经由第一类型纳米线160而耦接于第二电极130_6，而第一电极180_5是经由第二类型纳米线170而耦接于第二电极130_3。第一电极180_6是经由第一类型纳米线160而耦接于第二电极130_3，而第二电极180_6是经由第二类型纳米线170而耦接于第一电极130_5。

在热电结构500b中，串联的6对热电线仅作为例子。热电结构中串联的热电线对的数量是根据不同应用所决定。

在图9中，多热电结构500b是经由第一电极130a与130b而并联耦接。例如，热电结构500b的第一电极130_4耦接于第一电极130b，而热电结构500b的第一电极130_5耦接于第一电极130a。

在一些实施例中，第一电极130a与130b可直接连接于热电结构500b的第一电极130_4与130_5。在其他实施例中，第一电极130a与130b可替代为设置在除了较低金属层之外的金属层内的电极。假如电极130a与130b是设置在除了较低金属层之外的特定金属层，电极130a与130b是经由特定金属层与较低金属层之间的导通孔(via)而耦接于热电结构500b的第一电极130_4与130_5。

热电结构500b是以并联方式耦接。热电结构500b的并联结合能增加由热电产生器所产生的电流。在各热电结构500b中，于操作期间，热电结构的热端会驱动纳米线中的电子往热电结构的冷端移动，而各热电结构的电流i会产生。具体而言，当图9中各热电结构中第一电极130与第二电极180之间有温度差存在时，第一电极130a与130b之间会产生流经热电结构的电流i。

在一些实施例中，桥式整流器的输入端in1耦接于电极130a，而桥式整流器的输入端in2耦接于电极130b。于是，桥式整流器能根据对应于来自热电结构500b的总电流(例如3i)的电能而提供输出电压vout。

图10是显示根据本公开实施例一些实施例所述的微能量收集装置的热电结构500c的上视图。在一些实施例中，各热电结构500c具有相同的布局与结构。各热电结构500包括第二电极180、第一电极130、第一类型纳米线160与第二类型纳米线170。如先前所描述，第二电极180可形成在芯片的顶部金属层，而第一电极130是形成在芯片的较低金属层。为了简化说明，将不再进一步描述热电结构500c中第一电极130下方的形成。

耦接于相同的第二电极180的单一第一类型纳米线160与单一第二类型纳米线170可视为一对热电线。在图10中，热电结构的第二电极180具有8对热电线。值得注意的是，第二电极180所显示的8对热电线仅作为例子。第二电极180中热电线对的数量是根据不同应用所决定。这些热电线对的并联结合能增加由热电结构所产生的电流。

对8对的热电线而言，第一类型纳米线160与第二类型纳米线170分别耦接于不同的两个第一电极130，而这两第一电极130彼此相邻。

在一些实施例中，第一类型纳米线160掺杂有n型掺杂物的热电材料，而第二类型纳米线170掺杂有p型掺杂物的热电材料，或是第二类型纳米线170可由第三类型纳米线165所替代，即不具有掺杂物的导电材料。在其他实施例中，第一类型纳米线160掺杂有p型掺杂物的热电材料，而第二类型纳米线170掺杂有n型掺杂物的热电材料，或是第二类型纳米线170可由第三类型纳米线165所替代。

在图10中，热电结构500c是经由第一电极130而串联耦接。在一些实施例中，热电结构500c可经由设置在其他金属层的电极而串联耦接。

在一些实施例中，桥式整流器的输入端in1是经由第一电极130c而耦接于第一热电结构500c，而桥式整流器的输入端in2是经由第一电极130d而耦接于第三热电结构500c。当热电结构500c中第二电极180与第一电极130之间有温度差存在时，第一电极130c与130d之间会产生流经热电结构500c的电流i。于是，桥式整流器能根据对应于来自热电结构500c的电流的电能而提供输出电压vout。

提供了用于制造集成(integrated)热电产生器的实施例。热电产生器包括在芯片内的微能量收集装置与桥式整流器。微能量收集装置包括一或多个热电结构，能从芯片的顶部(正面)与底部(背面)之间的温度差而产生电能。芯片的顶部与底部之间的温度梯度(temperaturegradient)可以是正的或是负的。电能是用于物联网(iot)应用中超低功耗(ulp)电路的能量源。例如，假如可穿戴装置包括具有桥式整流器的热电产生器，则桥式整流器可以将人体与可穿戴装置周围之间的温度差转换为电能，以便对可穿戴装置进行供电。能量收集技术将广泛应用于物联网。物联网的芯片将使用非常低的功率，且不需要设置在电路板上的能量源。通过将塞贝克(seebeck)热电产生器整合在硅芯片上，可从小的热梯度来收集能量，而不是典型的能量源，例如光电(微型太阳能电池)以及摩擦电(使用动作或摩擦)等。

在一些实施例中，提供了一种热电产生器。上述热电产生器包括一热电结构以及耦接于上述热电结构的一桥式整流器。上述热电结构包括一半导体基底、设置在上述半导体基底上的一第一金属层、设置在上述第一金属层的一介电层、设置在上述介电层上的一第二金属层，以及设置在上述介电层内且耦接于上述第一电极与上述第二电极之间的多第一材料。第一金属层包括多第一电极。第二金属层包括多第二电极。上述桥式整流器耦接于上述热电结构，且根据来自上述热电结构的一电能而提供一输出电压。上述热电结构是根据上述第一金属层与上述第二金属层之间的一温度差而提供上述电能。上述第一材料是一热电材料。

在一些实施例中，上述桥式整流器具有耦接于上述多第一电极的一第一特定电极的一第一输入端、耦接于上述多第一电极的一第二特定电极的一第二输入端、一第一输出端以及一第二输出端。上述桥式整流器包括：一第一二极管，具有耦接于上述第一输入端的阴极，以及耦接于上述第二输出端的阳极；一第二二极管，具有耦接于上述第二输入端的阴极，以及耦接于上述第二输出端的阳极；一第三二极管，具有耦接于上述第一输出端的阴极，以及耦接于上述第一输入端的阳极；以及一第四二极管，具有耦接于上述第一输出端的阴极，以及耦接于上述第二输入端的阳极。上述桥式整流器在上述第一输出端与上述第二输出端提供上述输出电压。

在一些实施例中，上述桥式整流器具有耦接于上述多第一电极的一第一特定电极的一第一输入端、耦接于上述多第一电极的一第二特定电极的一第二输入端、一第一输出端以及一第二输出端。上述桥式整流器包括：一第一nmos晶体管，耦接于上述第一输入端以及上述第二输出端之间，具有耦接于上述第二输入端的栅极，以及耦接于上述第二输出端的基极；一第二nmos晶体管，耦接于上述第二输入端以及上述第二输出端之间，具有耦接于上述第一输入端的栅极，以及耦接于上述第二输出端的基极；一第一pmos晶体管，耦接于上述第一输出端以及上述第一输入端之间，具有耦接于上述第二输入端的栅极，以及耦接于上述第一输出端的基极；以及一第二pmos晶体管，耦接于上述第一输出端以及上述第二输入端之间，具有耦接于上述第一输入端的栅极，以及耦接于上述第一输出端的基极。上述桥式整流器在上述第一输出端与上述第二输出端提供上述输出电压。

在一些实施例中，上述热电产生器还包括：一能量储存装置，耦接于上述桥式整流器，用以储存上述输出电压；以及，一电源管理电路，耦接于上述能量储存装置，用以根据所储存的上述输出电压而提供一供应电压。

在一些实施例中，上述热电产生器还包括：多第二材料，设置在上述介电层内且耦接于上述第一电极与上述第二电极之间。每一上述第一材料耦接于所对应的上述第一电极的第一端以及所对应的上述第二电极的第一端之间，以及每一上述第二材料耦接于所对应的上述第一电极的第二端以及所对应的上述第二电极的第二端之间。

在一些实施例中，当上述第一材料为掺杂有n型掺杂物的热电材料时，上述第二材料为掺杂有p型掺杂物的热电材料，以及当上述第一材料为掺杂有p型掺杂物的热电材料时，上述第二材料为掺杂有n型掺杂物的热电材料。

在一些实施例中，当上述第一材料为掺杂有n型掺杂物的热电材料时，上述第二材料为不具有掺杂物的导电材料。

在一些实施例中，当上述第一材料为掺杂有p型掺杂物的热电材料时，上述第二材料为不具有掺杂物的导电材料。

在一些实施例中，上述热电结构与上述桥式整流器是设置在一芯片内，其中上述第一金属层是上述芯片的较低金属层，而上述第二金属层为上述芯片的顶部金属层。

在一些实施例中，上述第一材料包括铋、碲化铋、硒化铋或是碲化铅的热电材料。

在一些实施例中，提供了另一种热电产生器。上述热电产生器包括多热电结构。每一上述热电结构包括一半导体基底、设置在上述半导体基底上的一第一金属层、设置在上述第一金属层的一介电层、设置在上述介电层上的一第二金属层、设置在上述介电层内的多第一材料，以及设置在上述介电层内的多第二材料。上述第一金属层包括以一第一方向平行排列的多第一电极，以及以一第二方向平行排列的多第二电极，其中上述第二方向是垂直于上述第一方向。上述第二金属层包括以上述第一方向平行排列的多第三电极。每一上述第一材料耦接于个别的上述第一或第二电极的第一端以及个别的上述第三电极的第一端之间。每一上述第二材料耦接于个别的上述第一或第二电极的第二端以及个别的上述第三电极的第二端之间。上述第一材料或上述第二材料是一热电材料。每一上述热电结构根据上述热电结构的上述第一金属层与上述第二金属层之间的一温度差而提供一电能。

在一些实施例中，上述热电产生器还包括耦接于上述热电结构的一桥式整流器，根据来自上述热电结构的上述电能而提供一输出电压。

在一些实施例中，上述热电产生器还包括：一第四电极，耦接于每一上述热电结构的上述多第一电极的一第一特定电极；以及一第五电极，耦接于每一上述热电结构的上述多第一电极的一第二特定电极。上述热电结构是并联耦接于上述第四电极以及上述第五电极之间。

在一些实施例中，上述热电产生器还包括：一桥式整流器，经由上述第四电极以及上述第五电极而耦接于上述热电结构，根据来自上述热电结构且经由上述第四电极以及上述第五电极的上述电能，而提供一输出电压。

在一些实施例中，在每一上述热电结构中，当上述第一材料为掺杂有n型掺杂物的热电材料时，上述第二材料为掺杂有p型掺杂物的热电材料，以及当上述第一材料为掺杂有p型掺杂物的热电材料时，上述第二材料为掺杂有n型掺杂物的热电材料。

在一些实施例中，上述第一材料与上述第二材料之一者为掺杂有n型掺杂物或p型掺杂物的热电材料，而上述第一材料与上述第二材料之另一者为不具有掺杂物的导电材料。

在一些实施例中，上述第一或第二材料包括铋、碲化铋、硒化铋或是碲化铅的热电材料。

在一些实施例中，提供了另一种热电产生器。上述热电产生器包括多热电结构。每一上述热电结构包括一半导体基底、设置在上述半导体基底上的一第一金属层、设置在上述第一金属层上的一介电层、设置在上述介电层上的一第二金属层、设置在上述介电层内的多第一材料，以及设置在上述介电层内的多第二材料。上述第一金属层包括一第一电极与一第二电极。上述第二金属层包括一第三电极。上述第一材料并联于上述第一电极以及上述第三电极之间。上述第二材料并联于上述第二电极以及上述第三电极之间。上述热电产生器还包括一第四电极，耦接于上述多热电结构的一第一热电结构的上述第一电极，以及一第五电极，耦接于上述多热电结构的一第二热电结构的上述第二电极。上述第一材料或是上述第二材料为一热电材料。每一上述热电结构根据上述热电结构的上述第一金属层与上述第二金属层之间的一温度差而提供一电能。

在一些实施例中，上述热电结构是通过将上述热电结构之一者的上述第一电极以串连方式连接至相邻于上述热电结构之该者的上述热电结构的上述第二电极。

在一些实施例中，上述热电产生器还包括：一桥式整流器，经由上述第四电极与上述第五电极而耦接于上述热电结构，用以根据来自上述热电结构的上述电能而提供一输出电压。

虽然本公开已以实施例公开如上，然其并非用以限定本公开，任何所属技术领域中包括通常知识者，在不脱离本公开的精神和范围内，当可作些许的变动与润饰，因此本公开的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。