施例的热电元件的方法的剖视图。
[0046]参照图2A，在包括第二杂质的半导体基底101内形成包括第一杂质的第一阱区105。例如，可以利用离子注入工艺在半导体基底101中形成导电类型与半导体基底101 (例如，P型半导体基底)的导电类型相反的区(例如，N型区)以形成第一阱区105。如将在下面参照图2B描述的，可以在半导体基底101内在第二半导体鳍结构120下面形成第一阱区 105。
[0047]参照图2B，将第一半导体鳍结构110和第二半导体鳍结构120形成为从半导体基底101突出。第一半导体鳍结构110和第二半导体鳍结构120均沿第一方向D1延伸。可以在第二方向D2上布置多个第一半导体鳍结构110和多个第二半导体鳍结构120。例如，可以通过利用干蚀刻工艺和/或湿蚀刻工艺将半导体基底101和第一阱区105的某些上部蚀刻至预定或给定的深度来形成第一半导体鳍结构110和第二半导体鳍结构120。第一半导体鳍结构110可以包括与半导体基底101的杂质基本相同的杂质(例如，P型杂质)。第二半导体鳍结构120可以包括与第一阱区105的杂质基本相同的杂质(例如，N型杂质)。
[0048]在一些示例实施例中，第一半导体鳍结构110和第二半导体鳍结构120中的每个的宽度可以基本等于或小于大约lOOnm。例如，第一半导体鳍结构110和第二半导体鳍结构120均可以具有大约50nm至大约lOOnm的宽度。
[0049]在一些示例性实施例中，可以基本同步或同时形成第一半导体鳍结构110和第二半导体鳍结构120。在其他示例性实施例中，可以顺序地形成第一半导体鳍结构110和第二半导体鳍结构120。例如，可以在形成了第一半导体鳍结构110之后形成第二半导体鳍结构120。
[0050]虽然图2B示出半导体鳍结构的上部和下部具有基本相同的宽度，但是半导体鳍结构的上部和下部可以具有不同的宽度。例如，半导体鳍结构的上部的宽度可以小于半导体鳍结构的下部的宽度或者可以向下减小。
[0051]参照图2C，在半导体基底101上第一半导体鳍结构110和第二半导体鳍结构120之间形成第一绝缘层180。例如，可以由氧化硅(S1x)、氮氧化硅(S1xNy)、氮化硅(SiNx)、氮氧化锗(GeOxNy)、氧化硅锗(GeSix0y)以及包括氧化铪(HfOx)、氧化锆(ZrOx)、氧化铝(A10x)、氧化钽(TaOx)、娃酸給(HfSix)或娃酸错(ZrSix)的高k介电材料中的至少一种形成第一绝缘层180。
[0052]参照图2D，在第一半导体鳍结构110上形成包括第一杂质(例如，N型杂质)的第一半导体纳米线130，在第二半导体鳍结构120上形成包括第二杂质(例如，P型杂质)的第二半导体纳米线140。第一半导体纳米线130和第二半导体纳米线140均沿第一方向D1延伸。多条第一半导体纳米线130和多条第二半导体纳米线140可以布置在第二方向D2上。例如，可以在第一半导体鳍结构110上形成导电类型与第一半导体鳍结构110 (例如，P型区)的导电类型相反的区(例如，(N+)型区)以形成第一半导体纳米线130。可以在第二半导体鳍结构120上形成导电类型与第二半导体鳍结构120 (例如，N型区)的导电类型相反的区(例如，(P+)型区)以形成第二半导体纳米线140。
[0053]在一些示例性实施例中，类似于第一半导体鳍结构110和第二半导体鳍结构120，第一半导体纳米线130和第二半导体纳米线140中的每个的宽度可以基本等于或小于大约100纳米(nm)。例如，第一半导体纳米线130和第二半导体纳米线140均可以具有大约50nm至大约lOOnm的宽度。
[0054]在一些示例性实施例中，可以基本同步或同时形成第一半导体纳米线130和第二半导体纳米线140。在其他示例性实施例中，可以顺序地形成第一半导体纳米线130和第二半导体纳米线140。
[0055]返回参照图1B，在第一绝缘层180上第一半导体纳米线130和第二半导体纳米线140之间形成第二绝缘层190。例如，可以由与第一绝缘层180的材料基本相同的材料形成第二绝缘层190。
[0056]返回参照图1A，在第二绝缘层190上形成第一电极150、第二电极160和第三电极170。第一电极150连接到第一半导体纳米线130的第一端和第二半导体纳米线140的第一端。第二电极160连接到第一半导体纳米线130的第二端。第三电极170连接到第二半导体纳米线140的第二端。例如，第一电极150、第二电极160和第三电极170可以包括铜、妈、钛和铝中的至少一种。
[0057]虽然上面描述的示例性实施例示出了阱区105、半导体鳍结构110和120、绝缘层180、半导体纳米线130和140、绝缘层190以及电极150、160和170的制造顺序，但是制造顺序不需要局限于此。
[0058]图3A和图3B是用于示出根据示例性实施例的图1A和图1B的热电元件的操作的图。
[0059]参照图3A和图3B，根据示例性实施例的热电元件100可以执行水平热分布操作和能量产生操作中的一种操作。在水平热分布操作中，在其中设置有第一电极E11的第一区域处产生的热可以朝着其中设置有第二电极E12和第三电极E13的第二区域水平地分布。在能量产生操作中，可以基于由第一区域产生的热来产生电力。
[0060]如图3A中所示，为了执行水平热分布操作，可以向热电元件100施加第一电压VI。例如，可以向第二电极E12和第三电极E13提供电势。在执行水平热分布操作期间，第一电压VI可以对应于第二电极E12与第三电极E13之间的电势差。第一电压VI可以感生第一电流II。例如，在第一半导体纳米线Nil中，第一电压VI使得电子-空穴对中的电子可以沿着从第一电极E11至第二电极E12的方向移动。在第二半导体纳米线P11中，第一电压VI使得电子-空穴对中的空穴可以沿着从第一电极E11至第三电极E13的方向移动。电子和空穴的移动使得第一电流11可以流过热电元件100。第一电流11可以造成热电效应，可以通过将电能转换成热能而水平地分布热。例如，从第一电极E11附近的区域(例如，第一区域)产生的热可以被热电元件100吸收，并且热可以在第二电极E12和第三电极E13附近的区域(例如，第二区域)处发散。从第一区域产生的热与第一电压VI的量级成比例。
[0061]如图3B中所示，为了执行能量产生操作，可以将第一负载LD1连接到热电元件100。例如，第一负载LD1可以连接在第二电极E12和第三电极E13之间。在第一电极E11附近的区域(例如，第一区域)中产生的热可以在第二电极E12与第三电极E13之间造成电压差。热能可以转换成电能。例如，在第一半导体纳米线Nil中，电子可以基于第一电极E11附近的区域与第二电极E12附近的区域(例如，第二区域)之间的温度差从第一电极E11移动至第二电极E12。在第二半导体纳米线P11中，空穴可以基于第一电极E11附近的区域与第三电极E13附近的区域(例如，第二区域)之间的温度差从第一电极E11移动至第三电极E13。因此，电子和空穴的移动使得第二电流12可以流过热电元件100。第二电流12可以感生第二电压V2。在能量产生操作中，第二电压V2可以对应于第二电极E12与第三电极E13之间的电势差。可以通过第一电极E11与第二电极E12/第三电极E13之间的热差异来收集电力。可以基于第二电压V2确定被收集的电力。如稍后将描述的，被收集的电力可以用于操作有源元件和/或无源元件，或者用于给外部电池再充电。
[0062]在一些示例性实施例中，可以在水平热分布操作或能量产生操作中向第一阱区105施加反向偏压(例如，负电压)。可以基于第一阱区105和反向偏压形成半导体基底101与第二半导体纳米线140之间的电绝缘，而无需额外的绝缘层。
[0063]图4是示出根据示例性实施例的热电元件的平面图。
[0064]参照图1B和图4，热电元件100a包括半导体基底101 (SSUB1)、多个第一半导体鳍结构110、多个第二半导体鳍结构120、多条第一半导体纳米线130a (N12)、多条第二半导体纳米线140a (P12)、第一电极150 (E11)、第二电极160 (E12)以及第三电极170 (E13)。热电元件100a还可以包括第一阱区105(WELL1)、第一绝缘层180 (IL1)和第二绝缘层190 (IL2)。
[0065]除了图4的半导体鳍结构和半导体纳米线的形状与图1A的半导体鳍结构和半导体纳米线的形状不同之外，图4的热电元件100a可以与图1A的热电元件100基本相同。沿着图4的线1-1’截取的热电元件100a的剖视图可以与图1B基本相同。
[0066]多个第一半导体鳍结构110和多个第二半导体鳍结构120均被形成为从半导体基底101突出并沿第一方向D1延伸。多条第一半导体纳米线130a形成在多个第一半导体鳍结构110上并包括第一杂质。多条第二半导体纳米线140a形成在多个第二半导体鳍结构120上并包括与第一杂质不同的第二杂质。
[0067]在一些示例性实施例中，第一半导体鳍结构110和第二半导体鳍结构120均可以以之字形形状沿第一方向D1延伸，从而第一半导体纳米线130a和第二半导体纳米线140a也均可以以之字形形状沿第一方向D1延伸。在这种情况下，半导体鳍结构110和120的之字形形状可以给予自身机械支撑，从而防止第一半导体鳍结构110和第二半导体鳍结构120朝着半导体基底101倾斜。例如，半导体鳍结构的高度与宽度的比率会使半导体鳍结构在制造过程中朝着半导体基底101倾斜。在这种情况下，半导体鳍结构的之字形形状可以防止半导体鳍结构朝着半导体基底101倾斜。
[0068]第一电极150连接到第一半导体纳米线130a的第一端和第二半导体纳米线140a的第一端。第二电极160连接到第一半导体纳米线130a的第二端。第三电极170连接到第二半导体纳米线140a的第二端。
[0069]第一讲区105可以在半导体基底101内形成在第二半导体鳍结构120下面。第一绝缘层180可以形成在位于半导体基底101上的第一半导体鳍结构110和第二半导体鳍结构120之间。第二绝缘层190可以形成在位于第一绝缘层180上的第一半导体纳米线130a和第二半导体纳米线140a之间。
[0070]图5A和图5B是示出根据示例性实施例的热电元件的图。图5A是热电元件的平面图。图5B是沿着图5A的线11-11’截取的热电元件的剖视图。
[0071]参照图5A和图5B，热电元件200包括半导体基底201 (SSUB2)、多条第一半导体纳米线230 (N21)、多条第二半导体纳米线240 (P21)、第一电极250 (E21)、第二电极260 (E22)以及第三电极270(E23)。热电元件200还可以包括第一阱区205 (WELL2)和第一绝缘层280 (ILA)ο
[0072]多条第一半导体纳米线230形成在半导体基底201内。每条第一半导体纳米线230沿第一方向D1延伸。多条第一半导体纳米线230可以布置在与第一方向D1交叉(例如，基本垂直)的第二方向D2上。第一半导体纳米线230包括第一杂质。例如，第一杂质可以是N型杂质。
[0073]多条第二半导体纳米线240形成在半导体基底201内并与多条第一半导体纳米线230分开。每条第二半导体纳米线240沿第一方向D1延伸。多条第二半导体纳米线240可以布置在第二方向D2上。第二半导体纳米线240包括与第一杂质不同的第二杂质。例如，第二杂质可以是P型杂质。
[0074]在一些示例性实施例中，第一半导体纳米线230和第二半导体纳米线240均可以以直线形状沿第一方向D1延伸。
[0075]如图5A中所示，第一半导体纳米线230的第一端可以彼此连接，第一半导体纳米线230的第二端可以彼此连接。类似地，第二半导体纳米线240的第一端可以彼此连接，第二半导体纳米线240的第二端可以彼此连接。
[0076]第一电极250连接到第一半导体纳米线230的第一端和第二半导体纳米线240的第一端。第二电极260连接到第一半导体纳米线230的第二端。第三电极270连接到第二半导体纳米线240的第二端。第一电极250、第二电极260和第三电极270可以形成在第一绝缘层280上。
[0077]在一些示例性实施例中，半导体基底201可以包括第一区域和与第一区域分开的第二区域。第一电极250可以设置在半导体基底201的第一区域中，第二电极260和第三电极270可以设置在半导体基底201的第二区域中。例如，第二区域可以在半导体基底201内距第一区域最远。
[0078]第一阱区205可以形成在半导体基底201内并可以围绕第二半导体纳米线240。
[0079]在一些示例性实施例中，第一阱区205可以包括第一杂质。半导体基底201