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微小的矽奈米線發電機收成電路所產生的熱

2011/12/27 | | 標籤:

電子裝置通常會產生「熱點」,使得裝置效能表現下降。已有許多研究聚焦在開發出為系統降溫,或甚至更棒的,利用熱電效應(thermoelectric effect,在此,溫度梯度引發電荷載體移動)將過量的熱轉換成電力的方法。然而,先前要建立晶片級發電機的嘗試卻失敗了,因為共用材料與用來建構 IC(例如 CMOS) 的技術並不相容。

Navab Singh 與 A*STAR 微電子研究所以及國立新加坡大學的共同研究者現在利用矽奈米線陣列創造出一種奈米級的熱電發電機(TEG)。矽與 CMOS 中的基材相容,先前因為其在大體積形態下的發電表現不良而停止了研究,但經證明,其在奈米尺度下的效率遠超過大體積時的效率。

“矽奈米線的熱電特性比親代材料好很多,因為它們有很低的熱傳導率," Singh 解釋。"此外,也有先進的設備能夠處理矽。因此,熱電冷卻器以及能源收成器若以矽奈米線組成,那麼它們將會是低成本、可縮放、高產量的裝置。"

研究者們以 n-type 矽奈米線(在其中過量的電子帶有電荷)與 p-type 奈米線(在其中電荷載體是因為失去電子而產生的「電洞」)交替捆紮(alternating bunches)而製成的垂直線腳連接二種不同的金屬片。根據 Singh 表示,最大的挑戰在於將奈米線連結到金屬板以允許低電阻率接點,並提供最佳化的熱電效能表現。為了辦到這些,他們採用來自 CMOS 已確立的技術。"然而,奈米線頂端(wire tops)的高接觸電阻依然是個問題,而且我們的設計需要進一步改善," Singh 表示。

身為一種發電機,TEG 應能用來「自供電」一段電路。"此外,它們應能用在絕大部份的高熱通量(heat flux)系統中(例如汽車、半導體雷射與光偵測器)以產生電力並為電池充電," Singh 建議。為了移除「熱點」,它們亦能成為一種有效、低成本的冷卻系統。

Singh 相信奈米級 TEGs 也能用於醫療科學中,供電給人體內的植入物:"奈米線熱電發電機完全符合所需。它們能被擴大到適當的尺寸,而且因為它們缺乏可移動的部件,所以它們相當可靠且病患可終身使用。能量可利用身體與環境之間的溫度梯度獲取。"

資料來源:PHYSORG:Tiny silicon nanowire generator harnesses energy from heat produced in electronic circuits[November 29, 2011]

轉載自only-perception

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