利用半导体热电转换性质研制的微型热电制冷器在诸多领域有重要应用,它可以为微电子器件、光电器件和超大规模集成电路等领域急须解决的温度控制问题带来巨人福音。热电制冷器的性能由热电材料的热电优值即ZT值决定。作为一种人工异质热电材料,超品格薄膜为人们剪裁和控制电子和声子输运提供了很大空间。近十年来国内外学者的理论和实验研究均表明超晶格薄膜有可能具有优于常规体态材料的很高的ZT值,它可以用来加工高效率、高制冷功率密度的微型制冷器。为研制高性能超品格微型制冷器,本文围绕超晶格结构和微型制冷器设计及制造展开了全面深入的理论研究和实验研究。 本文首先研究了影响热电性能的超品格结构参数,利用玻尔兹曼方程对超晶格电导率、Seebeck系数等决定热电品质的输运参数进行了计算,最终得到了拥有高热电功率的超晶格最佳设计参数。本文同时围绕微型制冷器设计中的关键问题展开了研究,建立了制冷器的三维模型和一维模型并用数值方法对器件性能进行了计算模拟,找到了影响器件性能的关键参数。本文还研究了微型制冷器的MEMS加工工艺,并结合现有工艺条件设计出一条合理的工艺流程。作者重点研究了微型器件加工中决定其性能的一个关键因素-金属半导体接触电阻并利用TLM模型测试了不同工艺条件下的接触电阻,得到了最佳的工艺条件和降低的接触电阻。本文的另一重要工作是搭建适用于测试薄膜材料和微型制冷器热电性能的实验台。论文作者和实验室合作者改进了瞬态Harman方法,利用先进的信号采集设备和有效的信号过滤方法搭建了测试微型制冷器Seebeck电压的实验台。在三年多的研究工作基础上,作者设计并加工出具有较高ZT值的超晶格热电材料,并成功开发了高效率超晶格微型制冷器。