Thermoelektrische Strukturen für wärmeoptimierte Dünnschicht- Thermogeneratoren und zur Temperaturmessung

Abstract:
Der Seebeck-Effekt wird zur Temperaturmessung und zur direkten Umwandlung eines Temperaturgradienten in eine elektrische Spannung in thermoelektrischen (TE) Generatoren genutzt. Unter Ausnutzung von Fertigungsmöglichkeiten der Mikrosystemtechnik können hoch integrierte Geräte hergestellt werden, die bei kleinen Temperaturdifferenzen beträchtliche Ausgangsspannungen liefern, bzw. die Temperaturen örtlich hochaufgelöst messen. Dieser Beitrag stellt eine vielseitig einsetzbare Fertigungsplattform vor, bei der die TE-Strukturen auf einem Siliziumwafer liegend („in-plane“-Konfiguration) hergestellt werden. Für die Energiewandlung fließt die Wärme senkrecht zur Oberfläche durch den Chip („cross-plane“). Dazu hat eine Kontaktreihe der Thermoelemente thermischen Umgebungskontakt über elektrochemisch abgeschiedene Metallstreifen, die andere Kontaktreihe hat thermischen Kontakt über das strukturierte Substrat. Eine kompakte Temperaturmessung mit hoher örtlicher Auflösung ist sehr wichtig zur Untersuchung der Wärmeübertragung in Mikrokanälen. Die entwickelten thermoelektrischen Strukturen sind auf der Rückseite eines Silizium-Chips mit fluidischen Kanälen aufgebracht. Neben der Wärmeübertragung können auch chemische Reaktionen und deren Wärmeentwicklung untersucht werden.