¡Hola! Como proveedor de obleas de silicio de 12 pulgadas, a menudo me preguntan sobre sus propiedades termoeléctricas. Entonces, profundicemos y exploremos qué hace que estas obleas sean tan especiales en términos de termoelectricidad.
En primer lugar, ¿qué es exactamente la termoelectricidad? Bueno, se trata de la relación entre las diferencias de temperatura y el voltaje eléctrico. Cuando hay un gradiente de temperatura a través de un material, puede generar un voltaje eléctrico y viceversa. Esta propiedad es muy útil en muchas aplicaciones, como generadores termoeléctricos que convierten el calor en electricidad y refrigeradores Peltier que usan electricidad para crear una diferencia de temperatura.
Ahora, hablemos del silicio. El silicio es un semiconductor y sus propiedades termoeléctricas están influenciadas por algunos factores clave. Uno de los más importantes es su estructura cristalina. Las obleas de silicio de 12 pulgadas suelen estar hechas de silicio monocristalino, que tiene una disposición atómica muy ordenada. Esta estructura ordenada afecta la forma en que el calor y los electrones se mueven a través del material.
En el silicio monocristalino, el calor se transfiere principalmente a través de vibraciones de la red, conocidas como fonones. La disposición atómica regular en la red cristalina permite que los fonones viajen con relativa libertad. Sin embargo, los electrones también desempeñan un papel en la transferencia de calor. En el silicio, los electrones pueden transportar tanto calor como electricidad. El movimiento de los electrones se ve afectado por las bandas de energía del semiconductor. El silicio tiene una banda prohibida, que es la diferencia de energía entre la banda de valencia (donde los electrones están unidos a los átomos) y la banda de conducción (donde los electrones pueden moverse libremente).
El rendimiento termoeléctrico de un material a menudo se mide mediante una cifra de mérito, denominada valor ZT. ZT se calcula como ZT = (S²σT)/κ, donde S es el coeficiente de Seebeck, σ es la conductividad eléctrica, T es la temperatura absoluta y κ es la conductividad térmica.
El coeficiente de Seebeck (S) es una medida de cuánto voltaje se genera por unidad de diferencia de temperatura. En el silicio, el coeficiente de Seebeck depende del nivel de dopaje. El dopaje es el proceso de agregar impurezas al silicio para cambiar sus propiedades eléctricas. Por ejemplo, agregar fósforo (una impureza donante) crea un silicio tipo n con electrones adicionales, mientras que agregar boro (una impureza aceptora) crea un silicio tipo ap con agujeros (electrones faltantes). El coeficiente de Seebeck puede ser positivo o negativo, dependiendo de si el material es tipo p o tipo n.
La conductividad eléctrica (σ) está relacionada con la facilidad con la que los electrones o los huecos pueden moverse a través del material. En el silicio, el dopaje puede aumentar significativamente la conductividad eléctrica. Los niveles más altos de dopaje significan más portadores de carga (electrones o huecos), lo que conduce a una mayor conductividad. Pero hay una compensación. Aumentar el nivel de dopaje también puede aumentar la conductividad térmica porque los portadores de carga también pueden transportar calor.
La conductividad térmica (κ) es una medida de qué tan bien un material conduce el calor. En el silicio, la conductividad térmica es relativamente alta en comparación con otros materiales termoeléctricos. Esto se debe al eficiente transporte de fonones en la red monocristalina. Sin embargo, para aplicaciones termoeléctricas, a menudo se desea una conductividad térmica más baja porque ayuda a mantener un gradiente de temperatura en todo el material, que es necesario para generar electricidad.
Para mejorar el rendimiento termoeléctrico de las obleas de silicio de 12 pulgadas, los investigadores y fabricantes buscan constantemente formas de optimizar el valor ZT. Un enfoque es reducir la conductividad térmica sin sacrificar demasiada conductividad eléctrica. Esto se puede hacer introduciendo nanoestructuras o defectos en el silicio. Las nanoestructuras pueden dispersar fonones, reduciendo su capacidad para transportar calor, al tiempo que tienen un efecto relativamente pequeño sobre el movimiento de los electrones.
Otra forma es utilizar una combinación de diferentes niveles y materiales de dopaje. Por ejemplo, la creación de una estructura multicapa con capas de silicio de tipo p y tipo n alternadas puede mejorar el rendimiento termoeléctrico. Estas capas se pueden diseñar para optimizar el flujo de electrones y calor, mejorando el valor general de ZT.
Ahora, comparemos obleas de silicio de 12 pulgadas con otros tamaños. También ofrecemosOblea de silicona de 3 pulgadas (76,2 mm)yOblea de silicona de 6 pulgadas (150 mm). El tamaño de la oblea puede afectar hasta cierto punto sus propiedades termoeléctricas. Las obleas más pequeñas pueden tener diferentes relaciones superficie-volumen, lo que puede influir en la transferencia de calor en la superficie. Sin embargo, las propiedades termoeléctricas fundamentales del silicio, como el coeficiente de Seebeck y la conductividad eléctrica, están determinadas principalmente por las propiedades intrínsecas del material más que por el tamaño de la oblea.
NuestroOblea de silicona de 12 pulgadas (300 mm)Se utiliza ampliamente en la industria de semiconductores para una variedad de aplicaciones. En aplicaciones termoeléctricas, el gran tamaño permite la fabricación de dispositivos termoeléctricos de mayor escala. Esto puede resultar beneficioso para aplicaciones en las que se requiere una alta potencia de salida, como en sistemas de recuperación de calor residual en procesos industriales.
Además de las propiedades termoeléctricas, las obleas de silicio de 12 pulgadas tienen otras ventajas. Ofrecen una gran superficie para la fabricación de dispositivos, lo que puede aumentar la eficiencia de la producción. La estructura monocristalina de alta calidad garantiza un rendimiento constante en toda la oblea, lo cual es crucial para la producción en masa de dispositivos termoeléctricos confiables.
Si está buscando obleas de silicio de 12 pulgadas de alta calidad para sus aplicaciones termoeléctricas, nos encantaría hablar con usted. Si usted es un investigador que busca desarrollar nuevos materiales termoeléctricos o un fabricante que produce dispositivos termoeléctricos, nuestras obleas pueden satisfacer sus necesidades. Contáctenos para iniciar una discusión sobre sus requisitos específicos y cómo podemos ayudarlo a alcanzar sus objetivos.
Referencias:
- Rowe, DM (Ed.). (2006). Manual CRC de termoeléctricas. Prensa CRC.
- Dresselhaus, MS, Chen, G., Tang, MY, Yang, RG, Lee, H., Wang, DZ y Ren, ZF (2007). Nuevas direcciones para materiales termoeléctricos de bajas dimensiones. Materiales avanzados, 19(19), 2437 - 2469.