Messung der thermoelektrischen Eigenschaften von Silizium-Nanosäulen

Inhalt:
Eine deutliche Verbesserung der thermoelektrischen Eigenschaften, bei den in der Thermoelektrik (TE) verwendeten Materialien, bietet die Nanostrukturierung an. Silicium kann als effizientes TE-Material für die thermoelektrische Energieumwandlung genutzt werden, wenn es gelingt seine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit zu verringern. Die Reduzierung der thermischen Leitfähigkeit kann durch die Strukturierung von Silicium in 1-D-Strukturen oder Nanodrähte (ND) erreicht werden. Durch die Nanostrukturierung wird die Phononenstreuung an der Oberfläche solcher Drähte drastisch erhöht. Dadurch kann die Wärmeleitfähigkeit um einen Faktor 100 verglichen mit Bulk-Silicium reduziert werden. Die Herstellung von senkrecht orientierten Silicium-NDs mittels ICP-Kryo-Trockenätzen (Inductive Coupled Plasma) wird beschrieben. Die einheitliche Höhe der NDs ermöglicht die gleichmäßige Kontaktierung aller NDs eines Arrays. Die realisierten NDs haben Durchmesser bis zu 180 nm und variieren in der Höhe zwischen 1 und 10 Mikrometern. Die Messung des elektrischen Widerstandes der einzelnen Silicium-NDs wird vorgestellt. Die Messungen wurden in einem Rasterelektronenmikroskop (REM) mit eingebauten Nanomanipulatoren durchgeführt. Darüber hinaus werden Messungen der Wärmeleitfähigkeit an einzelnen Drähten mit verschiedenen Durchmessern mittels der 3 ω Methode, sowie Messungen der thermischen Leitfähigkeit und des Seebeck-Koeffizient von ND-Arrays dargestellt.