于意谓包含和利用单一种类的掺杂(N型或P型材料)热电材料的热电器件。
[0039]图2表示本发明的最基本的电学和物理构件块。热量垂直流过器件，而电流水平流动。图2是热电器件200的极大简化的分解透视图，热电器件200包括分别具有部分206和208，212和214的元件202和204，热电元件203，及区域210和216。如图2中所示，部分208和212导电导热，并支承热电元件203，充当热电元件203的热能收集器/扩散器。
[0040]通常，元件202和204物理上相似；不过，取决于具体应用，元件202和204可彼此实质不同，以及在部分206、208、212、214及区域210和216内，具有可变性。区域210和216用于电互连部分206、208和212、214，同时使所述部分之间的热流降至最小。此外，应明白元件202和204具有电特性和热特性，其中部分206、208、212和214既导热又导电，其中区域210和216绝热但导电。
[0041]通常，如图2中所示，部分206、208、212和214被成形成立方体，其中该立方体具有超过热电元件203的长度227和宽度225 (Imm?几厘米)的长度252和宽度250，和几乎无电阻损耗地导电的厚度248。不过，应明白可以使部分206、208、212和214成为具有任何适当尺寸的任何适当的3D几何结构，比如椭圆体、圆柱体等。应明白长度252和长度299之和与线条246相同。
[0042]部分206 和 208 分别具有表面 218、220、222、224、226、228、230 和表面 275、232、234、236、238、240、242，通常，表面218和275大体平行，并在相同平面中，如用线条246所示。表面228和232可大体平行，但在与表面218和275不同的平面中，和图2中所示的线条246 —样。不过，在一些设计应用中，可在非平行平面中构成表面228和232。表面224、230,220和240、242、236可大体相互平行，表面226、222和238、234也可大体平行。可成任何适当角度277地形成表面224,230,220和240、242、236，及表面226,222和238、234。应明白可类似于元件202地处理元件204。应明白可以独立地选择任意角度277和/或角度293，或者几个表面可被连接在一起，以致使角度277和/或293与几个表面连接在一起。
[0043]部分212 和 214 分别具有表面 254、256、258、260、262、264、266 和表面 268、270、272、274、276、278、280。通常，表面254和268大体平行，并在相同平面中，但是被隔开。表面255和270大体平行，但是与表面254和268不同的平面中。表面260、264、266和276、278,280大体相互平行，表面262、258和274、272大体相互平行，表面262和274在一个平面中，而表面258和272在另一个平面中。应明白可以成任意角度279和/或293，设定表面 254、256、258、260、262、264、266 和表面 268、270、272、274、276、278、280 地构成所述表面。此外，可以单独地设定表面的角度279和/或293，或者几个表面可被连接在一起，以致使角度277和/或293与几个表面连接在一起。
[0044]如图2中所示，区域210和216通常被成形成立方体；不过，应明白区域210和216可被成形成任何适当的所需3D形状，比如(但不限于)圆柱体、椭球体等。如图2中所示，区域210和216分别具有宽度296和285，厚度298和295，及长度299和297。区域210和216分别包括置于部分206和208之间，及部分212和214之间的表面291、282、284、286和表面288、290、292、294，其中按照实现机电连接的方式，表面291和286相互平行，表面284和282也彼此平行。不过，应明白尽管在部分206和208之间，及在部分212和214之间实现良好的导电，不过通过区域210和216的导热被禁止。仅仅作为例子，如图2中所示，区域210和216分别在表面230/220被结合到部分206，在表面240/242被结合到部分208 ；在表面266/264被结合到部分212，在表面278/280被结合到部分214。
[0045]元件202和204可由任何适当的导电材料，比如(但不限于)金属、金属合金、分层金属结构、半导体材料、它们的任意组合构成，可以使用任何材料，比如(但不限于)铜(Cu)、销(Al)、铁(Fe)、银(Ag)、镲(Ni)、锡(Sn)、银(Ag)、金(Au)、钢、不锈钢、黄铜、Cu/Al、青铜、铜/铝、镍/铜、碳材料等，也可使用材料合金，比如(但不限于)钢、黄铜、铜/铝、青铜等。一般，元件202和204的材料选择是特定于应用的，可随应用而显著变化。通常，可以利用任何适当的方式或技术，和/或技术或方法的任何适当组合，比如(但不限于)模压、冲压、磨削、微细加工、减材和增材工艺等，形成或加工上面列举的材料，以获得元件204和206的所需形状、尺寸和构形。
[0046]通常，元件202和204的部分206、208、212和214，及区域210和216可由上面关于元件202和204说明的任何适当材料或材料的组合构成。不过，应明白部分206、208、212和214既导热又导电，而区域210和216绝热但导电。另外，应明白可合理地匹配部分206、208,212和214，及区域210和216的膨胀系数，以便保护材料及由其构成的热电器件的完整性。在本发明中，利用器件设计、材料和工艺来构成部分206、208、212和214，及区域210和216，以便满足制造热电器件200的材料要求。
[0047]另外，应明白可作为分离元件地单独产生区域210和216，以及部分206、208、212和214，随后进行装配，从而形成元件202和204。一般，利用任何适当的工艺或技术，比如(但不限于)软钎焊、导电胶、焊接、硬钎焊等，实现部分206、208、212和214，及区域210和216的装配。另外，应明白可作为元件202和204地形成区域210和216，以及部分206、208、212和214，其中可利用物理或化学方法和/或工艺使区域210和216，以及部分206、208、212和214改性，以致所述部分和区域具有恰当的材料特性。
[0048]为了获得区域210和216的所需电特性和热特性，可以使用任何适当的方法、技术、或者方法或技术的组合，比如(但不限于)上面说明的方法、技术、或者方法和/或技术的组合。一般，从区域210和216较大地除去区域210和216的材料的质量或体积。这可通过减小区域210和/或216的任意一个维度或所有维度来实现，包括长度299和297、宽度296和285、及厚度298和295。通过充分除去区域210和216的材料的质量，可允许足够的导电性，同时还提供足够的绝热性，以禁止部分206和208之间，以及部分212和214之间的热传导。
[0049]仅仅作为例子，在区域210和216由金属材料构成的情况下，厚度298和295可为
0.05毫米?5.0毫米；宽度296和288可为0.5毫米?5.0毫米，长度299和297可为0.5毫米?5.0毫米。此外，应明白区域210和216不需要共有相同的尺寸，即，长度299、297，宽度296、285和厚度298、295可变化，取决于具体的应用，和特定金属的选择和/或其材料特性。
[0050]在元件202和204由任何适当的金属材料或材料的组合构成的情况下，可以进行区域210和216的选择性氧化，其中区域210和216的金属被转化成金属氧化物。从而，使区域210和216能够在部分206和208，以及212和214之间，提供足够的导电性，以及在部分206和208，以及212和214之间，提供足够的绝热性。本领域的普通技术人员应明白通过向区域210和216设置绝热组件，用方框259指示的热量通过部分212被引导和聚集到用方框261指示的冷侧，随后通过热电元件203，在热电元件203中，产生自由电子，随后热量和自由电子通过部分208。从而，由于通过热电元件203更高效，并且寄生损失更小地引导热量，因此产生热寄生损失非常小的更高效的热电元件203。
[0051]元件202和204的区域210和216的选择性氧化可利用任何适当的方法、技术或它们的组合来实现，比如(但不限于)利用诸如过氧化物之类的氧化剂，蒸汽，热量，压力，离子注入等。简要地，例如，部分206和208被覆盖保护涂层或保护层，比如(但不限于)氮化物层、氧化物层、光阻层等，同时区域210和216被暴露。随后利用任何适当的氧化方法或技术，比如(但不限于)暴露在高温，压力和氧化环境下；离子注入等，使区域210和216氧化，所述氧化方法或技术把暴露的金属转化成其氧化物形式，而受保护的金属免于氧化。
[0052]在另一个例子中，在元件202的部分206和208由硅材料或金属材料等构成的情况下，部分206和208被涂覆掩蔽材料，比如阻光材料，氧化物材料等。从而，部分206和208受掩蔽材料保护，而使元件202的区域210被暴露。随后使受保护部分206和208，以及未受保护的区域210经历利用氧离子的离子注入。一般，在1keV?5MeV的能量下(但不限于此)，注入这些氧离子，标称能量为10keV?4MeV。一旦区域210被注入氧离子，就按任何适当的方式清洁元件202，以便除去保护性的掩蔽材料。一般，这可利用湿式化学处理、干式化学处理、或者湿式和干式化学处理两者的结合来完成。一般，随后在任何适当的气氛，比如(但不限于)氮、合成气体中，对元件202进行退火，在一些情况下，可以使用暴露在蒸汽和压力之下。应明白暴露在不同的气体和/或化学物质，温度和时间之下会改变区域210的化学组成，从而把区域210的导电性和导热性改变到期望的水平。
[0053]在元件202和204由碳材料和/或碳材料衍生物任意之一构成的情况下，可以使用任何适当的工艺或方法，比如(但不限于)稳定的碳氧化物，碳纤维，石墨等。应明白每种不同的碳材料可具有可使用的极大不同的工艺。例如，碳纤维可被模压，从而成形成元件202和204。另外，通过对碳纤维注入金属粒子或金属离子，层叠，模压，与陶瓷材料分层等，可以改变导电性和导热性。
[0054]通常，部分206、208、212和214的尺寸相似；不过，应明白具体的尺寸是特定于应用的。从而，一个部分，例如部分206的尺寸可非常不同于任意其它部分，例如部分208的尺寸，或者例如部分206和部分208的尺寸可以相同。一般，必须使厚度248的大小适合于电阻损耗极小地传导电力和热能；确定部分206和208的宽度250和长度252的大小，以致充裕地分别超过热电元件203的长度227和宽度225，热电元件为1.0平方毫米?几个平方厘米的任何适当尺寸。
[0055]如前所述，可以利用任何适当的材料，材料的组合，材料的转化或者材料的尺寸调整构成区域210和216，以致材料充分导电，并使导热性降至最小。如图2中所示，区域210被置于部分206和208之间，或者在部分206和208之间构成区域210。另外，元件204的表面256被置于元件202的表面275之上，其中热电元件203被置于表面275和表面256之间，以致元件202和204的表面275和256分别热耦接和电耦接到表面205和207。通常，区域210和216具有类似的几何形状和尺寸；不过，应明白可以单独或者组合地使用任何适当的几何形状(参见图3)。另外，应明白尽管将讨论区域210的尺寸，不过所述讨论同样适用于区域216。仅仅作为例子，如图2中所示，区域210和