Improving the performance of an all-Si based thermoelectric micro/nanogenerator
Esta tesis presenta el desarrollo de un microgenerador termoeléctrico (μTEG) con el objetivo de alimentar nodos sensores inalámbricos de bajo consumo para aplicaciones en la Internet de las Cosas. El μTEG propuesto se ha fabricado mediante tecnologías de micromecanizado de silicio y haciendo uso de...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2018 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/650830 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/650830 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Micro i nanotecnologies Micro y nonotecnologias Micro and nanotechnologies Termoelectricitat Termoelectricidad Thermoelectricity Nanofils Nanohilos Nanowires Ciències Experimentals 62 |
| Sumario: | Esta tesis presenta el desarrollo de un microgenerador termoeléctrico (μTEG) con el objetivo de alimentar nodos sensores inalámbricos de bajo consumo para aplicaciones en la Internet de las Cosas. El μTEG propuesto se ha fabricado mediante tecnologías de micromecanizado de silicio y haciendo uso de formaciones de nanohilos de silicio (Si) y de silicio/germanio (SiGe) como material termoeléctrico. Se han definido rutas tecnológicas de fabricación adecuadas para aumentar la densidad de potencia del μTEG. En particular, esta tesis se ha centrado en aumentar dicha potencia a partir de i) la optimización térmica y eléctrica de la microplataforma termoeléctrica, y ii) integrando un intercambiador de calor en los μTEGs propuestos. Las prestaciones térmicas del μTEG se han mejorado reduciendo las pérdidas parásitas de calor entre las partes calientes y frías de la microplataforma, lo que ha resultado en una reducción del 34% en la conductancia térmica. Las prestaciones eléctricas, por otro lado, han mejorado aún más importantemente al reducir la resistencia interna del dispositivo entre 7 y 20 veces. Ambos logros se han conseguido mediante el rediseño de la arquitectura y de algunos de los procesos de fabricación del μTEG. Aunque las densidades de potencia obtenidas para los μTEG optimizados se acercan a las necesidades de nodos sensores de bajo consumo (10-100 μW/cm2), se ha intentado mejorar su comportamiento mediante la integración de un intercambiador de calor. Para dicha integración se han ensayado dos rutas diferentes, en función de la dirección del flujo de calor en el dispositivo. En cualquier caso, se ha podido observar un incremento significativo de prestaciones para todos los μTEGs considerados (Si NWs, SiGe NWs y Si microbeams). Los μTEGs con intercambiador de calor integrado han sido capaces de colectar densidades de potencia de 41.2 (Si NWs), 45.2 (SiGe NWs) and 34.5 μW/cm2 (Si microbeams) cuando se han dispuesto sobre placas calientes a 100 ◦C de temperatura. Esto supone un incremento de 50-1000 veces con respecto a dispositivos similares sin el intercambiador de calor en esas mismas condiciones. Los resultados obtenidos en esta tesis están bien posicionados en relación al estado del arte de μTEGs. Además, esta tesis, junto con otra también llevada a cabo en colaboración con el IREC, reportan por primera vez μTEGs basados en nanohilos de SiGe. |
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