Monolithic integration of VLS silicon nanowires into planar thermoelectric microgenerators

• Autores: Diana Dávila Pineda
• Directores de la Tesis: Luis Antonio Fonseca Chácharo (dir. tes.), Eduard Figueras Costa (dir. tes.), Alberto Tarancón Rubio (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2011
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Javier Rodríguez Viejo (presid.), Francesc Pérez Murano (secret.), Hartmut Leipner (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Electrónica
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
      • Dispositivos termoeléctricos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  DDD  TESEO 
• Resumen

  • La creciente demanda de energía portátil requerida por sistemas miniaturizados está impulsando el desarrollo de nuevas tecnologías y materiales para lograr una eficiente generación de energía a una microescala. Los microgeneradores termoeléctricos ofrecen una oportunidad para recolectar el calor residual de dispositivos electrónicos y convertirlo en energía, eliminando a la vez dicho calor. La baja eficiencia de conversión termoeléctrica de los materiales semiconductores utilizados actualmente en microelectrónica ha limitado su aplicación para fines de aprovechamiento energético. Sin embargo, recientemente se ha constatado una mejora de varios órdenes de magnitud en las propiedades termoeléctricas del silicio cuando se presenta en forma de nanohilos, abriéndose de esta manera la oportunidad para la integración de generadores termoeléctricos en microtecnología de silicio. En esta tesis se han integrado monolíticamente matrices densas y ordenadas de nanohilos de silicio (Si NWs) en un dispositivo micromecanizado también en silicio. La técnica VLS-CVD ha sido utilizada para el crecimiento lateral controlado de los nanohilos. La microestructura ha sido apropiadamente diseñada para adaptar el crecimiento tridimensional de las matrices de nanohilos de silicio en una arquitectura plana y para asegurar el acceso eléctrico a los nanohilos. Adicionalmente, el dispositivo permite el establecimiento de un gradiente de temperatura interno plano cuando se pone en contacto con una fuente de calor, lo que da lugar a un microgenerador termoeléctrico completo en el que los nanohilos de silicio actúan como el material termoeléctrico nanoestructurado. Esta tesis tiene por objeto presentar los primeros desarrollos de integración de materiales termoeléctricos, técnicas de caracterización y tecnologías de fabricación realizados en el IMB-CNM (CSIC), sentando las bases para el desarrollo de futuras generaciones de microgeneradores termoeléctricos. Esta tesis se compone de cuatro capítulos. En el primer capítulo se presenta una breve introducción al mundo de la termoelectricidad, revisando el estado del arte de materiales y dispositivos termoeléctricos. El segundo capítulo está enfocado en las técnicas experimentales y tecnológicas empleadas a lo largo del estudio. El capítulo tres describe el proceso seguido para el diseño, simulación y fabricación de un microgenerador termoeléctrico plano basado en una sola matriz de nanohilos de silicio. Finalmente, el capítulo cuatro estudia el aumento en el rendimiento de los microgeneradoes termoeléctricos mediante matrices de nanohilos de silicio conectadas transversalmente, adaptando y explotando aún más el crecimiento lateral 3D de nanohilos de silicio VLS.