可以包括第二杂质。例如，第一阱区205和第一半导体纳米线230可以包括相同类型(例如，N型)的杂质。半导体基底201和第二半导体纳米线240可以包括相同类型(例如，P型)的杂质。
[0080]在一些示例性实施例中，第一半导体纳米线230的掺杂浓度可以高于第一阱区205的掺杂浓度。第二半导体纳米线240的掺杂浓度可以高于半导体基底201的掺杂浓度。例如，第一阱区205可以是N型区，第一半导体纳米线230可以是(N+)型区。半导体基底201可以是P型区，第二半导体纳米线240可以是(P+)型区。
[0081]第一绝缘层280可以形成在半导体基底201上。
[0082]根据示例性实施例的热电元件200可以执行参照图3A和图3B描述的水平热分布操作和能量产生操作中的一种操作。
[0083]例如，为了执行水平热分布操作，可以通过第二电极260和第三电极270向热电元件200施加第一电压。第一电流可以由第一电压感生并可以流过热电元件200。第一电流可以造成热电效应。例如，可以在第一电极250附近的区域(例如，第一区域)处产生热，热电元件200可以使热朝第二电极260和第三电极270附近的区域(例如，第二区域)水平地分布。
[0084]为了执行能量产生操作，可以在热电元件200的第二电极260和第三电极270之间连接第一负载。在第一电极E11附近的区域(例如，第一区域)中产生的热可以造成热电效应，热能可以转换成电能，从而第二电流可以流过热电元件200。第二电流可以感生第二电压，并可以由热收集电力。可以基于第二电压来确定被收集的电力的量级。
[0085]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期间向第一阱区205施加反向偏压(例如，负电压)。可以基于第一阱区205和反向偏压来形成半导体基底201与第二半导体纳米线240之间的电绝缘，无需额外的绝缘层。
[0086]图6A和图6B是示出根据示例性实施例的制造热电元件的方法的剖视图。
[0087]参照图6A，在包括第二杂质的半导体基底201内形成包括第一杂质的第一阱区205。例如，可以使用离子注入工艺在半导体基底201中形成导电类型与半导体基底201 (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205。如将在下面参照图6B描述的，可以将第一阱区205形成为围绕第二半导体纳米线240。
[0088]参照图6B，在半导体基底201内形成包括第一杂质(例如，N型杂质)的第一半导体纳米线230，在半导体基底201内(例如，在第一阱区205内)形成包括第二杂质(例如，P型杂质)的第二半导体纳米线240。第一半导体纳米线230和第二半导体纳米线240均沿第一方向D1延伸。多条第一半导体纳米线230和多条第二半导体纳米线240可以布置在第二方向D2上。例如，可以在半导体基底201内形成导电类型与半导体基底201 (例如，P型半导体基底)的导电类型相反的区(例如，(N+)型区)以形成第一半导体纳米线230。可以在第一阱区205内形成导电类型与第一阱区205(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240。
[0089]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的宽度均可以基本等于或小于大约lOOnm。例如，第一半导体纳米线230和第二半导体纳米线240均可以具有大约50nm至大约lOOnm的宽度。
[0090]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230和第二半导体纳米线240。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230和第二半导体纳米线240。
[0091]返回参照图5B，在半导体基底201上(例如，在第一半导体纳米线230和第二半导体纳米线240上)形成第一绝缘层280。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)、硅酸铪(HfSix)或硅酸锆(ZrSix)的高k介电材料中的至少一种形成第一绝缘层280。
[0092]返回参照图5A，在第一绝缘层280上形成第一电极250、第二电极260和第三电极270。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。例如，第一电极250、第二电极260和第三电极270可以包括铜、妈、钛和铝中的至少一种。
[0093]图7是示出根据示例实施例的热电元件的平面图。
[0094]参照图5B和图7，热电元件200a包括半导体基底201 (SSUB2)、多条第一半导体纳米线230a (N22)、多条第二半导体纳米线240a (P22)、第一电极250 (E21)、第二电极260 (E22)以及第三电极270 (E23)。热电元件200a还可以包括第一阱区205 (WELL2)和第一绝缘层 280 (ILA)。
[0095]除了图7中的半导体纳米线的形状与图5A中的半导体纳米线的形状不同之外，图7的热电元件200a可以与图5A的热电元件200基本相同。沿着图7的线11-11’截取的热电元件200a的剖视图可以与图5B基本相同。
[0096]多条第一半导体纳米线230a形成在半导体基底201内并包括第一杂质。每条第一半导体纳米线230a沿第一方向D1延伸。多条第二半导体纳米线240a形成在半导体基底201内，与多条第一半导体纳米线230a分开并且包括与第一杂质不同的第二杂质。每条第二半导体纳米线240a沿第一方向D1延伸。
[0097]在一些示例性实施例中，第一半导体纳米线230a和第二半导体纳米线240a均可以以之字形形状沿第一方向D1延伸。
[0098]第一电极250连接到第一半导体纳米线230a的第一端和第二半导体纳米线240a的第一端。第二电极260连接到第一半导体纳米线230a的第二端。第三电极270连接到第二半导体纳米线240a的第二端。
[0099]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240a。第一绝缘层280可以形成在半导体基底201上。
[0100]根据示例性实施例的热电元件可以包括半导体纳米线。例如，半导体纳米线可以像图1A、图1B和图4的示例中那样形成在三维(3D)半导体结构(例如，半导体鳍结构)上，或者半导体纳米线可以像图5A、图5B和图7的示例中那样使用二维(2D)半导体结构的有源层形成。因此，可以以各种结构制造能够集成在半导体装置内的片内(on-die)热电元件。
[0101]图8A和图8B是示出根据示例性实施例的半导体装置的图。图8A是半导体装置的平面图。图8B是沿着图8A的线II1-1II’截取的半导体装置的剖视图。
[0102]参照图8A和图8B，半导体装置300包括第一半导体裸片310和第二半导体裸片320。
[0103]第一半导体裸片310包括形成在第一半导体基底311上的第一热电元件TE11。第一半导体裸片310还可以包括包含第二热电元件TE12的多个热电元件。
[0104]第一热电元件TE11可以是图1A和图1B的热电元件100、图4的热电元件100a、图5A和图5B的热电元件200以及图7的热电元件200a中的一种。例如，如将参照图12至图14描述的，第一热电元件TE11包括多条第一半导体纳米线NA、多条第二半导体纳米线PA、第一电极EA、第二电极EB以及第三电极EC。多条第一半导体纳米线ΝΑ形成在第一半导体基底311内或第一半导体基底311上。每条第一半导体纳米线ΝΑ沿第一方向D1延伸并包括第一杂质。多条第二半导体纳米线ΡΑ形成在第一半导体基底311内或第一半导体基底311上，并与多条第一半导体纳米线ΝΑ分开。每条第二半导体纳米线ΡΑ沿第一方向D1延伸并包括与第一杂质不同的第二杂质。第一电极ΕΑ连接到第一半导体纳米线ΝΑ的第一端和第二半导体纳米线ΡΑ的第一端。第二电极ΕΒ连接到第一半导体纳米线ΝΑ的第二端。第三电极EC连接到第二半导体纳米线PA的第二端。
[0105]在一些示例性实施例中，当第一半导体纳米线NA和第二半导体纳米线PA形成在第一半导体基底311上时，第一热电元件TE11还可以包括多个第一半导体鳍结构、多个第二半导体鳍结构和第一阱区。如上面参照图1A、图1B和图4所述，多个第一半导体鳍结构和多个第二半导体鳍结构均可以被形成为从第一半导体基底311突出并可以沿第一方向D1延伸。第一阱区可以在第一半导体基底311内形成在第二半导体鳍结构下面。第一半导体纳米线NA可以形成在第一半导体鳍结构上，第二半导体纳米线PA可以形成在第二半导体鳍结构上。
[0106]在其他示例性实施例中，当第一半导体纳米线NA和第二半导体纳米线PA形成在第一半导体基底311内时，第一热电元件TE11还可以包括第一阱区。如上面参照图5A、图5B和图7所述，第一阱区可以形成在第一半导体基底311内并可以围绕第二半导体纳米线
PAo
[0107]包括第二热电元件TE12的多个热电元件均可以具有与第一热电元件TE11的结构基本相同的结构。例如，如将参照图12至图14所述，第二热电元件TE12可以包括多条第三半导体纳米线MX多条第四半导体纳米线PD、第四电极ED、第五电极EE以及第六电极EFo多条第三半导体纳米线ND可以形成在第一半导体基底311内或第一半导体基底311上。每条第三半导体纳米线ND可以沿第一方向D1延伸并可以包括第一杂质。多条第四半导体纳米线可以形成在第一半导体基底311内或第一半导体基底311上，并可以与多条第三半导体纳米线ND分开。每条第四半导体纳米线ro可以沿第一方向D1延伸并可以包括第二杂质。第四电极可以连接到第三半导体纳米线ND的第一端和第四半导体纳米线
的第一端。第五电极EE可以连接到第三半导体纳米线ND的第二端。第六电极EF可以连接到第四半导体纳米线ro的第二端。
[0108]如上面参照图3A和图3B所述，包括第一热电元件TE11和第二热电元件TE12的多个热电元件均可以执行水平热分布操作和能量产生操作中的一种操作。在一些示例性实施例中，多个热电元件可以彼此电连接或者可以彼此不电连接。将参照图12、图13和图14描述多个热电元件的详细电连接。
[0109]第二半导体裸片320形成在第一半导体裸片310上并包括第一区域A1和第二区域A2。例如，第二区域A2可以在第二半导体裸片320内距第一区域A1最远。
[0110]第二半导体裸片320可以包括第一电路CKT1和第二电路CKT2。第一电路CKT1可以设置在第二半导体基底321中并可以设置在第一区域A1中。第二电路CKT2可以设置在第二半导体基底321中并可以设置在第二区域A2中。第一电路CKT1和第二电路CKT2均可以包括多个有源元件和/或多个无源元件。
[0111]第一区域A1可以包括热点(hot spot)，所述热点是半导体装置300内局部产生最大量热的区域。在半导体装置300运行的时间段期间，第一区域A1的温度可以高于第二区域A2的温度。例如，第一区域A1中的第一电路CKT1可以包括中央处理单元(CPU)、应用处理器(AP)等，第二区域A2中的第二电路CKT2可以包括外围电路等。再例如，第一电路CKT1中的有源元件和/或无源元件的数量可以多于第二电路CKT2中的有源元件和/或无源元件的数量。
[0112]多个热电元件可以形成在第一区域A1和第二区域A2之间并可以与第一区域A1和第二区域A2部分地叠置。
[0113]在一些示例性实施例中，半导体装置300还可以包括至少一个硅通孔(TSV)315。第一半导体裸片310和第二半导体裸片320可以使用至少一个TSV 315彼此电连接。例如，电压可以通过至少一个TSV 315从第二半导体裸片320施加到多个热电元件。由多个热电元件获取的电力可以通过至少一个TSV 315提供到第二半导体裸片320。
[0114]在一些示例性实施例中，半导体装置300还可以包括将参照图10描述的控制器350。
[0115]图9A和图9B是用于示出图8A和图8B的半导体装置的操作的图。图9A和图9B是由于水平热分布操作引起的半导体装置的温度上的变化的平面图。在图9A和图9B中，〃DR〃代表深红色，〃R〃代表红色，〃0〃代表橙色，〃Y〃代表黄色，〃G〃代表绿色，〃B〃代表蓝色以及〃DB〃代表深蓝色。红色区域可以具有相对高的温度，蓝色区域可以具有相对低的温度。颜色接近红色的区域可以具有比颜色接近蓝色的区域的温度高的温度。
[0116]参照图8A、图8B