得州研究人员演示高效硅基热电发生器 成本低

据外媒报道，得克萨斯大学达拉斯分校的一位物理学家与得克萨斯仪器公司合作，展示了一种由纳米硅热电堆制成的热电发生器，该热电堆是在工业硅互补金属氧化物半导体生产线上制造的。在接近室温的环境中，这些热电发电机表现出较高的比发电能力，达到29？μW？厘米2.K2.研究人员表示，CMOS工艺可以提供高面积密度和低填充率的热电偶，以及控制电阻和热阻抗，从而产生高功率。同时，研究人员发现，随着热电偶宽度的减小，TEG功率也显著增加，为进一步研究提供了新的途径。据报道，TEG硅集成电路的边际成本非常低，可以无缝集成到大规模硅CMOS微电子电路中。这项研究将极大地影响电子电路的冷却方法，并为物联网传感器提供电源。研究人员Mark Lee说：“通常，废热无处不在，比如汽车发动机产生的热量。然而，这些热量通常是自然散发的。如果能够形成稳定的温差，即使是很小的温差也可以将部分热量转化为电能，用于运行电子设备。”十字路口下方的传感器就是热电能的例子。Lee教授说：“轮胎摩擦和阳光产生的热量可以收集，因为道路下的材料更冷。因此，没有必要把它们挖出来更换电池。”促进热电收集的主要障碍是效率和成本。热电发电非常昂贵。所使用的材料要么稀有，要么有，而且不容易与基本的半导体技术兼容。许多技术都依赖于硅，硅是地壳中含量第二丰富的元素。自20世纪50年代以来，硅一直被认为是一种性能较差的热电材料，具有过大的晶体形状。2008年，新的研究表明硅纳米线表现更好。纳米线可以定义为一维结构，其水平限制为小于100纳米，纸张厚度约为100000纳米。然而，人们还没有成功地制造出有用的硅热电发电机。一个问题是纳米线太小，无法与芯片制造工艺兼容。Lee和他的团队依靠“纳米刀片”来克服这一障碍，这种刀片只有80纳米厚，但宽度是厚度的8倍多。尽管仍然比纸薄，但它与芯片制造工艺兼容。得克萨斯仪器公司的研究员Hal Edwards负责设计和监督这些原型设备的制造。他与德克萨斯大学达拉斯分校的Lee合作，进一步研究了这些设备的功能。李解释说，与纳米线相比，纳米叶片失去了一些热电财产。然而，它的边际成本已经降低了100倍。该团队的电路设计方案结合了纳米物理学和工程原理。研究人员发现，以前的尝试失败是因为使用了太多的材料。Lee说：“当使用过多的硅时，温差会减小。过多的废热会被消耗掉，随着冷热比的降低，产生的热量和电力会减少。我们使用纳米刀片，更容易找到最佳点。硅的形状改变了游戏规则。”。Lee表示，使用德州仪器先进的硅加工技术可以以低成本高效地大规模生产设备。他表示，这是一项创新工作，因为他们使用自动化工业生产线来制造硅集成电路热电发电机。我们希望将这项技术与微处理器、同一芯片上的传感器、放大器或radi集成操作系统

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