技术领域
[0001] 本
发明涉及热电器件的制造领域，具体地，涉及一种平面型薄膜热电器件的制作方法和制作装置。
背景技术
[0002] 热电器件能够实现
热能与
电能的直接转换，具有发电和制冷等两个基本功能，可广泛应用于
电子、
光电子、航天、国防和
生物医学等许多重要领域。热电器件为全固体构造，具有结构紧凑，无可移动部件，无燥音，无污染气体排放等突出优点，越来越引起人们的广泛关注。薄膜热电器件一般可分为平面型（in-plane）和垂直型（cross-plane）两种结构。图1显示了一种平面型薄膜热电器件的示意图，图中每对N型和P型热电臂通过连接
电极构成一个
热电偶单元，若干个热电偶单元
串联在一起构成热电器件，整个器件可以被看做是平躺在衬底表面，当在延衬底表面并且平行于热电臂方向上存在一个
温度梯度的时候，由于Seebeck效应，可以从器件的接线端得到一个
输出电压，这就是热电器件用来发电的基本原理。
[0003] 除了发电，平面型薄膜热电器件还可以用于制冷，在这种情况下，热电臂一般需要排列成一个向心结构来将冷端包围。图2显示了一个这样的例子，其中器件的所有热电臂围绕一个圆心呈放射状排列，每组热电偶单元中N型和P型热电臂之间的夹
角都是θ。为了提高制冷效果，还可以在器件中采用级连结构，如图3显示了一个含有两极结构的平面型薄膜热电器件，与该图3和图2所示结构类似的设计在下述论文中已经有过描述，包括：A.J.格罗斯等人论文，引自〈〈微
机电系统杂志〉〉，20卷（5期），1201页（2011年）（A.J.Gross et al，Journal of Microelectromechanical Systems，20（5），1201（2011））；J.Y.金等人论文，引自〈〈发电与
能源转换应用微纳技术国际讨论会文集〉〉，鲁汶，比利时，19-22页（2010年）（J.Y.Kim，Proceedings of the International Workshops on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications，
Leuven，Belgium，19-22（2010））。
[0004] 上述平面型薄膜热电器件制作方法的核心是热电臂和电极的图形化以及图形之间的相互对准。其中，图形化主要基于以下两种方法：一种是利用紫外
光刻和干（湿）法
刻蚀技术，另外一种是基于镂空掩模板（stencil mask）技术，相对于前者，后一种方法相对简便，所需的图形可以在
物理气相沉积过程中直接形成，避免了紫外光刻和干（湿）法刻蚀等步骤。但对于第二种方法而言，由于在器件制作过程中需要使用多
块镂空掩模板，掩模板和衬底的图案之间存在一个对准和固定问题，这种对准和固定一般需要借助专
门的设备才能完成，同时操作步骤比较繁琐，对准
精度和重复性也都存在问题。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种平面型薄膜热电器件的制作方法和制作装置，以提高平面型薄膜热电器件的制作效率。
[0006] 为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种平面型薄膜热电器件的制作方法，该制作方法包括：步骤一：制作镂空掩模板，该镂空掩模板的镂空图案用于限定所述平面型薄膜热电器件的至少部分图案，并且将衬底固定在衬底托上；步骤二：在所述衬底托和镂空掩模板上分别形成
位置相对的至少一套
定位孔，每套所述定位孔中包括至少三个定位孔，通过在所述定位孔上放置定位滚珠以将所述镂空掩模板间隔地定位安装在所述衬底托上；步骤三：将所述衬底托和镂空掩模板装夹固定，利用物理气相沉积技术并透过所述镂空掩模板在所述衬底上完成该镂空掩模板的镂空图案的沉积制作。
[0007] 优选地，用于形成所述平面型薄膜热电器件的图案的所述镂空掩模板为多块，并且所述制作方法还包括：步骤四：更换所述镂空掩模板并定位，和/或将完成沉积制作的所述镂空掩模板拆卸装夹且移动位置后重新定位，重复步骤三，直至完成所述薄膜热电器件的整个图案的沉积制作。
[0008] 优选地，在步骤二中，所述衬底托或镂空掩模板上形成有多套所述定位孔，每套中包括至少三个尺寸相同的所述定位孔，并且各套所述定位孔的尺寸不同，从而通过相应大小的定位滚珠将所述镂空掩模板定位安装在所述衬底托上以适应不同厚度的所述衬底。定位孔可以是各种类型和形状，例如方孔、圆孔、通孔或
盲孔等等。
[0009] 优选地，所述平面型薄膜热电器件包括形状相同的多个P型热电臂和N型热电臂，该多个P型热电臂和N型热电臂相互平行且等间隔地交替排布，所述制作方法包括：在步骤一中，制作一块热电臂镂空掩模板以限定所述P型热电臂或N型热电臂的图案；另外还可制作一块镂空掩模板以限定连接电极（含接线端）的图案。在步骤二中，在所述衬底托或所述一块热电臂镂空掩模板上形成两套定位孔，该两套定位孔沿所述P型热电臂和N型热电臂的排布方向间隔设置，并且该间隔与相邻的所述P型热电臂和N型热电臂的间隔相同；或者，所述衬底托和所述一块热电臂镂空掩模板上分别形成两套定位孔，当所述衬底托和所述一块热电臂镂空掩模板的其中一者上的两套所述定位孔沿所述P型热电臂和N型热电臂的排布方向间隔设置，并且该间隔与相邻的所述P型热电臂和N型热电臂的间隔相同时，所述衬底托和所述一块热电臂镂空掩模板的其中另一者上的两套所述定位孔沿所述P型热电臂和N型热电臂的排布方向的间隔为零；在步骤三中，将所述热电臂镂空掩模板以所述两套定位孔中的一套定位孔定位安装，并在步骤四中，将所述热电臂镂空掩模板拆卸装夹且移动位置后，以另一套定位孔重新定位。在完成P型热电臂和N型热电臂的制作后，可更换限定连接电极（含接线端）图案的镂空掩模板并定位。
[0010] 优选地，所述平面型薄膜热电器件包括形状相同的多个P型热电臂和N型热电臂，该多个P型热电臂和N型热电臂沿圆周方向交替地等角度间隔设置且沿径向发散，所述制作方法包括：在步骤一中，制作一块热电臂镂空掩模板以限定所述P型热电臂或N型热电臂的图案；在步骤二中，在所述衬底托或所述一块热电臂镂空掩模板上形成两套定位孔，该两套定位孔沿所述圆周方向间隔设置，该间隔角度与相邻的所述P型热电臂和N型热电臂的间隔角度相同；或者，所述衬底托和所述一块热电臂镂空掩模板上分别形成两套定位孔，当所述衬底托和所述一块热电臂镂空掩模板的其中一者上的两套所述定位孔沿所述圆周方向间隔设置，该间隔角度与相邻的所述P型热电臂和N型热电臂的间隔角度相同时，所述衬底托和所述一块热电臂镂空掩模板的其中另一者上的两套所述定位孔沿所述圆周方向的间隔角度为零；在步骤三中，将所述镂空掩模板以所述两套定位孔中的一套定位孔定位安装，并在步骤四中，将所述镂空掩模板拆卸装夹且移动位置后，以另一套定位孔重新定位。在完成P型热电臂和N型热电臂的制作后，更换限定连接电极（含接线端）图案的镂空掩模板并定位。
[0011] 优选地，在所述镂空掩模板的四周加装
固定板。
[0012] 优选地，在步骤三中，将所述衬底托和镂空掩模板通过
紧固件装夹固定在上装
夹板与下装夹板之间，固定有所述衬底的衬底托安放在下装夹板上，所述上装夹板上设有开口以暴露所述衬底。
[0013] 优选地，所述上装夹板和下装夹板上对应设有多个安装孔，该多个安装孔围绕安放在所述下装夹板上的所述衬底设置，所述紧固件穿过所述安装孔以紧固所述上装夹板和下装夹板。
[0014] 优选地，所述衬底和镂空掩模板的材料为金属、绝缘体或
半导体。
[0015] 优选地，所述物理气相沉积技术为分子束
外延沉积技术、溅射沉积技术、
脉冲激光沉积技术、
电子束蒸发沉积技术或热蒸发沉积技术。
[0016] 优选地，该制作方法还包括步骤五：在将完成沉积制作的所述平面型薄膜热电器件在
真空或惰性气氛中进行
退火处理。
[0017] 根据本发明的另一方面，提供了一种平面型薄膜热电器件的制作装置，该制作装置包括衬底、衬底托、多块镂空掩模板和装夹机构，所述衬底固定在所述衬底托上，所述镂空掩模板的镂空图案用于限定所述平面型薄膜热电器件的至少部分图案；其中，所述衬底托和镂空掩模板上分别形成位置相对的至少一套定位孔，每套所述定位孔中包括至少三个定位孔，以通过在所述定位孔上放置定位滚珠将所述镂空掩模板间隔地定位安装在所述衬底托上，所述装夹机构用于装夹固定所述衬底托和镂空掩模板。
[0018] 优选地，所述衬底托和/或所述镂空掩模板上形成有间隔设置的多套定位孔。
[0019] 优选地，所述多套定位孔为两套，该两套定位孔中的各套定位孔的尺寸不同。
[0020] 优选地，所述多套定位孔为两套，该两套定位孔沿圆周方向等角度间隔设置。
[0021] 优选地，所述镂空掩模板的四周加装有固定板。
[0022] 优选地，所述装夹机构包括上装夹板和下装夹板，固定有所述衬底的衬底托安放在下装夹板上，所述上装夹板上设有开口以暴露所述衬底。
[0023] 优选地，所述上装夹板和下装夹板上对应设有多个安装孔，该多个安装孔围绕安放在所述下装夹板上的所述衬底设置，所述紧固件穿过所述安装孔以紧固所述上装夹板和下装夹板。
[0024] 通过上述技术方案，根据本发明的薄膜热电器件的制作方法和制作装置中，热电器件的图形化由镂空掩模板实现，通过与各种物理气相沉积制膜技术配合使用以形成热电器件的图案，并且针对特定形状的图案还可以采用简化的少数几块镂空掩模板来实现，高效且方便。尤其是利用了滚珠定位完成镂空掩模板与衬底之间的对准和定位，使得制作定位对准精确，便于操作，从而极大地提升了热电器件的制作效率。
[0025] 本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0026] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成
说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0027] 图1为一种平面型薄膜热电器件示意图，其中所有热电臂都是平行排列，每组热电偶单元中P型和N型热电臂的位置都相差一个平移量dx，热电臂的宽度和长度分别由W和L表示；
[0028] 图2为另一种平面型薄膜热电器件的示意图，其中热电臂围绕一个圆心、呈放射状排列，其中每组热电偶单元中N型和P型热电臂之间的夹角为θ；
[0029] 图3为另一种热电臂围绕一个圆心、呈放射状排列的、两极结构的平面型薄膜热电器件的示意图；
[0030] 图4为多块镂空掩模板之间以及镂空掩模板与衬底之间对准的示意图；
[0031] 图5图示了在衬底托的定位孔中放置定位
钢珠，衬底托上已经固定了衬底的情形；
[0032] 图6图示了将定义P型热电臂的镂空掩模板置于钢珠上，稍微移动掩模板7，使得钢珠卡入掩模板上相应的定位孔中，完成对准和定位；
[0033] 图7为完成了对准和定位的衬底托与镂空掩模板组合体的侧视图；
[0034] 图8图示了将衬底托和镂空掩模板的组合体用夹具夹住，并用紧固件固定夹具；
[0035] 图9图示了将定义N型热电臂的镂空掩模板置于钢珠上，稍微移动掩模板，使得钢珠卡入掩模板上相应的定位孔中，完成对准和定位；
[0036] 图10图示了将定义连接电极(含接线端)的镂空掩模板置于定位钢珠上，稍微移动掩模板，使得钢珠卡入掩模板对应的定位孔中，完成对准；
[0037] 图11图示了在镂空掩模板和衬底托上制作多套不同尺寸的定位孔，和不同直径的定位钢珠配合使用，可以改变镂空掩模板和衬底托之间的间隙，以容纳不同厚度的衬底；图中分别显示了镂空掩模板和衬底托上的三套定位孔，其中定位孔A、B、C位于衬底托上，定位孔A′、B′、C′位于镂空掩模板上，定位孔A、B、C分别与定位孔A′、B′、C′配合使用；图中的定位孔的尺寸不代表真实尺寸，为清楚起见，本图没有显示掩模板的加固板12；
[0038] 图12a和图12b分别图示了在衬底托和镂空掩模板上相对于第一套定位孔制作第二套定位孔，在衬底托上的两套定位孔分别为第一套定位孔（X=A,B,C）和第二套定位孔（XX=AA，BB，CC），第二套定位孔相对于第一套定位孔有一个位移，这个位移在热电臂平移方向（如图中所示X方向）上的分量为dx；在热电臂镂空掩模板上的两套定位孔为第一套定位孔（X′=A′，B′，C′）和第二套定位孔（XX′=AA′，BB′，CC′），第二套定位孔相对于第一套定位孔的位移在热电臂平移方向（如图中所示X方向）上的分量为零；
[0039] 图13图示了将钢珠放置于衬底托的第一套定位孔（如B组）处，与镂空掩模板上的第一套定位孔的B′组相配合，完成对准，以沉积P型（N型）热电臂；
[0040] 图14图示了将钢珠放置于衬底托的第二套定位孔（如BB组）处，与镂空掩模板上的第二套定位孔的BB′组相配合，完成对准和，以沉积N型（P型）热电臂；为清楚起见，图中没有显示掩模板的固定板；
[0041] 图15a和图15b分别图示了在衬底托上和镂空掩模板上相对于第一套定位孔制作第二套定位孔，在衬底托上的两套定位孔分别为第一套定位孔A和第二套定位孔AA，第二套定位孔AA与圆心O之间连线和第一套定位孔与O之间连线的夹角为θ；在热电臂镂空掩模板上的两套定位孔分别为第一套定位孔A′和第二套定位孔AA′，第二套定位孔AA′与圆心O′之间连线和第一套定位孔与O′之间连线的夹角为零；以及
[0042] 图16为在本发明的优选实施方式中用于与热蒸发配合使用的装夹机构（夹具）的结构示意图。
[0043] 附图标记说明
[0044] 1 衬底 2 P型热电臂
[0045] 3 N型热电臂 4 连接电极
[0046] 5 接线端 6 衬底托
[0047] 7 P型热电臂的掩模板 8 N型热电臂的掩模板
[0048] 9 连接电极(含接线端)的掩模板 10 定位孔
[0049] 11 定位滚珠 12 固定板
[0050] 13 上装夹板 14 下装夹板
[0051] 15 紧固件 16 上安装孔
[0052] 17 下安装孔 dx、dy 平移量
[0053] 18 已沉积P型热电臂的衬底 θ 夹角
[0054] 19 已沉积P型和N型热电臂衬底 O、O′ 圆心
[0055] W 热电臂宽度 L 热电臂长度
[0056] 定位孔-------- A、B、C； A′、B′、C′；
[0057] -------- AA、BB、CC； AA′、BB′、CC′
具体实施方式
[0058] 以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0059] 在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重
力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
[0060] 如图4至图8所示，本发明提供了一种平面型薄膜热电器件的制作装置，该制作装置包括衬底1、衬底托6、多块镂空掩模板7、8、9和装夹机构，衬底1固定在衬底托6上，镂空掩模板7、8、9的镂空图案用于限定薄膜热电器件的至少部分图案。其中，衬底托6和镂空掩模板7、8、9上分别形成位置相对的至少一套定位孔10，每套定位孔中包括至少三个定位孔10，以通过在定位孔10上放置定位滚珠11将镂空掩模板7、8、9间隔地定位安装在衬底托6上，装夹机构用于装夹固定衬底托6和镂空掩模板7、8、9。本发明旨在通过镂空掩模板并结合物理气相沉积制膜技术以配合形成平面型薄膜热电器件的图案，从而提高制作效率。因此，制作装置中相应设计了多块镂空掩模板和衬底托，以及用于将二者装夹固定以便于结合物理气相沉积制膜技术进行器件制作。其中的镂空掩模板7、8、9可以全部或部分地限定整个热电器件的图案，例如一块热电臂镂空掩模板仅限定其中的N型热电臂，而另一块热电臂镂空掩模板限定其中的P型热电臂等，组合使用以形成整个图案。
[0061] 本发明的制作装置中优选地采用滚珠定位方式。即如图4和图5所示的，在衬底托6和镂空掩模板7、8、9上分别形成有间隔设置的多套定位孔10，定位孔中放置相应大小的滚珠后，可使得衬底托与镂空掩模板间隔地定位安装，如图7所示。其中，多套定位孔10可以是两套，该两套定位孔中的各套定位孔10的尺寸不同，从而在衬底厚度不同时，采用不同大小的滚珠定位，以适应该衬底厚度。针对图1所示图案的热电器件，设置两套定位孔还可用于在用同一块热电臂镂空掩模板制作完N型热电臂后，利用另一套定位孔定位来制作P型热电臂。对于图2所示图案的热电器件，两套定位孔可沿圆周方向等角度间隔设置，同样方便地通过两套定位孔的定位以实现利用一块热电臂镂空掩模板制作完成整个热电器件的热电臂。以下将针对性地进行详细阐述。
[0062] 此外，如图6所示，镂空掩模板7、8、9的四周可加装有固定板12。固定板12用于加固镂空掩模板且方便装配定位。另外，图8示例性地列举了一种上述的装夹机构，其包括上装夹板13和下装夹板14，固定有衬底1的衬底托6安放在下装夹板14上，上装夹板13上设有开口以暴露衬底1。其中，上装夹板13和下装夹板14上对应设有多个安装孔16、17，该多个安装孔16、17围绕安放在下装夹板14上的衬底1设置，紧固件15穿过安装孔16、17以紧固上装夹板13和下装夹板14。待镂空掩模板与衬底对齐并装夹固定后，则可利用物理气相沉积制膜技术进行器件制作。
[0063] 在上述的薄膜热电器件的制作装置的设计
基础上，以下结合附图以详细介绍根据本发明的薄膜热电器件的制作方法。
[0064] 1）首先设计衬底托6和多块镂空掩模板，如图4所示，即衬底托6、P型热电臂掩模板7、N型热电臂掩模板8和连接电极（含接线端）掩模板9，衬底托6用来固定衬底1，每块镂空掩模板上设计一组镂空图形，分别用来定义P型热电臂，N型热电臂和连接电极（含接线端）的形状，同时在衬底托6和各块镂空掩模板上制作有定位孔10。当定位孔10的位置对准后，各镂空掩模板上的图形也就相互对准了，同时，同时各块镂空掩模板的图形相对于衬底的位置也就确定了。
[0065] 2）在衬底托的一套相同尺寸的定位孔10中放入一套相同直径的滚珠（例如钢珠），如图5所示。再将定义P型热电臂的镂空掩模板7置于钢珠上，镂空掩模板的周边固定如图6所示的加固板12，稍微移动掩模板7，使得钢珠卡入掩模板上相应的定位孔10中，完成对准和定位，图7显示的是镂空掩模板完成对准定位后的侧视图。
[0066] 3）将完成了对准定位的衬底托-镂空掩模板组合体用上装夹板13和下装夹板14固定，上装夹板13和下装夹板14上分别设置上安装孔16和下安装孔17，使二者对齐并用紧固件15拧紧，如图8所示。
[0067] 4）利用物理气相沉积技术在衬底上先沉积P型热电臂。
[0068] 5)完成P型热电臂的沉积后，移去上装夹板13和下装夹板14，以及定义P型热电臂的镂空掩模板7，在不改变衬底（即已沉积P型热电臂的衬底18）的位置的情况下，如图9所示，将定义N型热电臂的镂空掩模板8置于钢珠上，稍微移动掩模板8，使得钢珠卡入该掩模板上相应的定位孔中，完成对准。
[0069] 6）将完成了对准的衬底托-镂空掩模板组合体再次用夹具固定，并拧紧螺丝等紧固件。
[0070] 7)利用物理气相沉积技术在衬底上沉积N型热电臂。
[0071] 8）完成N型热电臂的沉积后，移去夹具，以及定义N型热电臂的镂空掩模板8，在不改变衬底（即已沉积P型和N型热电臂的衬底19）的位置的情况下，将定义连接电极（含接线端）的镂空掩模板9置于对准钢珠上（图10），稍微移动掩模板，使得钢珠卡入掩模板对应的定位孔中，完成对准。
[0072] 9)将完成了对准的衬底托-镂空掩模板组合体用夹具固定，并拧紧螺丝等紧固件。
[0073] 10）利用物理气相沉积技术沉积阻挡层和金属连接电极（含接线端）。阻挡层用来阻止构成电极的金属
原子扩散入热电臂，从而造成薄膜热电性能的降低。
[0074] 11）对器件进行退火处理。
[0075] 其中，上述所使用的定位钢珠的数目优选为三个或三个以上，以完成定位和固定，更优选为四个。
[0076] 优选地，参见图7，在衬底托和镂空掩模板上制作一套以上不同尺寸的定位孔10，以与不同直径的对准钢珠组合使用，来改变镂空掩模板7和衬底托6之间的间隙，以容纳不同厚度的衬底1。图11中分别显示了镂空掩模板和衬底托上的三套定位孔，每套定位孔包括四个相同大小的定位孔，其中定位孔A、B、C位于衬底托上，定位孔A′、B′、C′位于镂空掩模板上，定位孔A、B、C分别与定位孔A′、B′、C′配合使用。其中，镂空掩模板和衬底托可以采用金属（如
不锈钢）、绝缘材料或半导体材料（如单晶
硅片）制作。镂空掩模板的四周可以用加固板加固，以增加镂空掩模板的强度。
[0077] 当衬底托和镂空掩模板完成对准和定位后，可用机械夹具将衬底托-镂空掩模板的组合体固定。
[0078] 优选地，器件的制作过程依次包括P型热电臂的沉积，N型热电臂沉积，阻挡层的沉积和连接电极（含接线端）的沉积。也可以依次包括如下过程：连接电极（含接线端）的沉积，阻挡层的沉积，P型热电臂的沉积，N型热电臂沉积。沉积制作后，器件需要在真空或者惰性气氛中退火处理。
[0079] 如图1所示的，当器件的所有热电臂都平行、并且每组热电偶单元中P型和N型热电臂的位置都相差一个平移量dx时，可以将定义P型和N型热电臂的两块镂空掩模板合并成一块热电臂镂空掩模板，此时需要在衬底托和镂空掩模板上制作两套定位孔。图12a和图12b显示了这样的两套定位孔，作为示例，每套定位孔又都由三套不同尺寸的定位孔构成，其中，衬底托上的两套定位孔分别为第一套定位孔（X=A,B,C）和第二套定位孔（XX=AA，BB，CC），第二套定位孔相对于第一套定位孔有一个位移，这个位移在热电臂平移方向（如图12a和图12b中X方向）上的分量为dx，在垂直于该方向（如图12a和图12b中Y方向）上的分量为dy；在热电臂镂空掩模板上也相应制作两套定位孔，包括第一套定位孔（X′=A′，B′，C′）和第二套定位孔（XX′=AA′，BB′，CC′），第二套定位孔相对于第一套定位孔的位移在热电臂平移方向（如图12a和图12b中X方向）上的分量为零，在垂直于该方向（如图12a和图12b中Y方向）上的分量为dy。
[0080] 当用于沉积P型和N型热电臂时，需要配合使用定位孔X，X′、XX和XX′，例如为了沉积P型热电臂，先将钢珠放置于衬底托的B套定位孔处，将热电臂镂空掩模板置于钢珠上，使得钢珠卡入掩模板上的B′套定位孔中，完成对准。（见图13）等到完成P型热电臂的沉积后，将对准钢珠放置于衬底托的BB′套定位孔处，将热电臂镂空掩模板置于钢珠上,使得钢珠卡入掩模板上的BB′套定位孔中，完成对准，然后进行N型热电臂的沉积。（见图14）[0081] 当如图2所示的器件的所有的热电臂都围绕着一个圆心O呈径向分布、并且每组热电偶单元中P型和N型热电臂之间的夹角都为θ的时候，可以将定义P型和N型热电臂的镂空掩模板合并成一块掩模板，此时需要在衬底托和镂空掩模板上分别以圆心O和O′为中心制作两套定位孔，如图15a和图15b所示，在衬底托上的两套定位孔分别为第一套定位孔A和第二套定位孔AA，第二套定位孔AA与O之间连线和第一套定位孔A与O之间连线的夹角为θ，第二套定位孔AA与O之间的距离和第一套定位孔A与O之间距离之差为dR；在热电臂镂空掩模板上也制作两套定位孔，包括第一套定位孔A′和第二套定位孔AA′，第二套定位孔AA′与O′之间连线和第一套定位孔A′与O′之间连线的夹角为零,第二套定位孔AA′与O′之间的距离和第一套定位孔A′与O之间距离之差为dR。
[0082] 当沉积P型热电臂时，假设将钢珠放置于衬底托的A套定位孔处，将热电臂镂空掩模板置于钢珠上,使得钢珠卡入掩模板上的A′套定位孔中，完成对准。等到完成P型热电臂的沉积后，将对准钢珠放置于衬底托的AA套定位孔处，将热电臂镂空掩模板置于钢珠上,使得钢珠卡入掩模板上的AA′套定位孔中，完成对准，然后进行N型热电臂的沉积。
[0083] 以下详细介绍根据本发明的一种薄膜热电器件的制作方法的优选实施方式，以采用上述的自对准镂空掩模板技术，磁控溅设技术和金属热蒸发技术，在玻璃衬底上制作一个平面型薄膜热电器件。
[0084] 该热电器件的结构如图1所示，它由20对P型和N型热电臂组成，N型臂和P型臂分别由
磁控溅射方法沉积，所使用的设备为日本ULVAC公司的ACS-4000-C4磁控溅射仪，其中P型半导体靶材的配比为Bi0.5Sb1.5Te3外加约4wt%的Te，N型半导体靶材的配比为Bi2Te2.7Se0.3。
[0085] 1）首先制作衬底托和两块镂空掩模板，它们采用不锈钢材料加工制作，镂空掩模板的周边通过
点焊固定有固定板12。其中，衬底托和热电臂掩模板上分别制作有第一套和第二套定位孔，每套定位孔中又含有三套不同直径的定位孔（直径分别为0.97mm，0.99mm和0.95mm），这样可以用一块掩模板沉积P型和N型热电臂，该模板用来定义热电臂的开孔的宽度为100μm；另有一块如图10所示的掩模板，用来沉积连接电极（含接线端），与热电臂掩模板相比，它上面只制作有第一套定位孔（X=A′，B′，C′）。
[0086] 2）将22mm×35mm×0.16mm尺寸的空白玻璃片衬底粘贴固定到衬底托上，根据衬底的厚度选择钢珠和定位孔的直径，尽量缩小镂空掩模板和衬底表面的距离，以减少沉积过程中图形的宽化，但以掩模板和衬底不碰到一起为限，以避免损伤衬底上将要沉积的图形。将选择好的四个钢珠放置在衬底托上所确定的某套（如B套）第一套定位孔处（图13），再将定义热电臂的镂空掩模板置于钢珠上，稍微移动掩模板，使得钢珠卡入掩模板上相应的第一套定位孔（如B′套）中，完成对准和定位（图13）。
[0087] 3）将完成了对准的衬底托-镂空掩模板组合体用图8所示的夹具固定，并拧紧螺丝等紧固件。
[0088] 4）利用磁控溅射方法在衬底上先沉积N型热电臂。沉积前腔体背景压强为1.0×10-4Pa，沉积时
基板不加热，高纯氩气流量为25sccm,所采用射频（RF）电源的功率为40W，沉积时间为3600s，溅射时腔体背景压强为1.8×10-1Pa。
[0089] 5)完成N型热电臂的沉积后，移去夹具，以及热电臂镂空掩模板，将钢珠放置在衬底托上相应的第二套定位孔上（如在步骤2中使用B套，现在则使用BB套定位孔，其它类推），再将热电臂镂空掩模板置于钢珠上，稍微移动掩模板，使得钢珠卡入掩模板上相应的第二套定位孔（如BB′套），完成对准和定位（图14）。。
[0090] 6）将完成了对准的衬底托-镂空掩模板组合体用夹具固定，并拧紧螺丝等紧固件。
[0091] 7)利用磁控溅射方法在衬底上沉积P型热电臂。沉积前腔体背景压强为1.9×10-4Pa，沉积时基板不加热，高纯氩气流量为25sccm，所采用射频（RF）电源的功率为50W，沉积时间为4800s，溅射时腔体背景压强为1.8×10-1Pa。
[0092] 8）完成P型热电臂的沉积后，移去夹具，以及热电臂镂空掩模板，将对准钢珠重新放置在衬底托上的第一套定位孔（如B套）上，再将定义连接电极（含接线端）的镂空掩模板置于钢珠上，稍微移动掩模板，使得钢珠卡入掩模板上相应的定位孔（如B′套）上，完成对准。
[0093] 9)将完成了对准的衬底托-镂空掩模板组合体用图16所示的夹具固定，并拧紧螺丝等紧固件。
[0094] 10）利用金属热蒸发手段沉积铬层和金层，以制作连接电极和接线端，所使用设备为北京中科科仪的SBC-2型金属
镀膜机。
[0095] 11）在200℃条件下，使用还原性气体（含有10%的氢气和90%的氩气）对器件进行1个小时的退火处理。
[0096] 以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0097] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0098] 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
