DE10038891B4

DE10038891B4 - Thermoelement, elektronisches Gerät mit Thermoelement und Verfahren zum Herstellen eines Thermoelements

Info

Publication number: DE10038891B4
Application number: DE10038891A
Authority: DE
Inventors: Christl Lauterbach; Volker Dr. Lehmann
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2020-08-10
Also published as: DE10038891A1

Abstract

Thermoelement (100),
• mit einem Substrat (101) aus Silizium,
• mit durch das Substrat (101) gebildeten, nebeneinander angeordneten Löchern (1031,
• bei dem mindestens ein erstes Loch (103) mit einem ersten Material gefüllt ist,
• bei dem mindestens ein zweites Loch (103) mit einem zweiten Material gefüllt ist,
• bei dem in den Löchern (103) zwischen dem Substrat (101) und dem ersten Material und zwischen dem Substrat (101) und dem zweiten Material eine Isolatorschicht (106) eingebracht ist, welche elektrisch isolierend wirkt,
• bei dem das erste Material und das zweite Material durch die Isolatorschicht (106) im Bereich des Substrats (101) elektrisch voneinander isoliert sind,
• bei dem das erste Material und das zweite Material Material enthalten, dass sie ein Thermopaar bilden, und
• bei dem das erste Material und das zweite Material derart außerhalb des Substrats (101) gekoppelt ist, dass sie ein...

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermoelement, ein elektronisches Gerät mit Thermoelement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Thermoelements.
Ein solches Thermoelement sowie ein solches Verfahren zum Herstellen eines Thermoelements sind aus der US 5,734,122 bekannt.
Das aus der US 5,734,122 bekannte Thermoelement weist ein Paar langgestreckter zylindrischer metallischer Leiter auf, die an ihren Enden miteinander thermisch gekoppelt sind, so dass sie einen geschlossenen elektrischen Pfad bilden. Das in der US 5,734,122 beschriebene Thermoelement kann sowohl als Thermogenerator, d.h. zur Umwandlung von Wärme in elektrische Energie als auch als Kühlelement verwendet werden. Das in der US 5,734,122 beschriebene Thermoelement ist jedoch relativ groß und weist einen relativ geringen Wirkungsgrad auf.
Weiterhin ist es aus Nasar S.A.: "Electric energy conversion and transmission", ISBN 0-02-385960-1, S. 28 – 31, 1995 bekannt, unter Ausnutzen des sogenannten Peltiereffekts ein Thermoelement als Kühlelement auszugestalten.
Unter einem Thermopaar ist im weiteren ein Paar zweier Materialien zu verstehen, die zueinander eine unterschiedliche Elektronegativität aufweisen, so dass bei mechanischer Kontaktierung der beiden Materialien bei einer unterschiedlichen Temperatur der beiden Materialien eine elektrische Spannungsdifferenz zwischen den beiden Materialien auftritt.
Aus Lehmann V.: "The physics of macropore formation in low doped n-type silicon", Journal of Electrochemical Society, 1990, Volume 140, S. 2836 – 2843 ist es bekannt, in einem Substrat aus Silizium Löcher in der Form von Makroporen mit einem Durchmesser von 1 μm bis 50 μm zu bilden, mit einer Tiefe von einigen Mikrometern bis zu einigen Millimetern, wobei die Löcher in einem Abstand voneinander zwischen 1 mm und 50 mm angeordnet sind.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Hochleistungsthermoelektrischen Moduls mit einer Vielzahl von thermoelektrischen Paaren ist aus der WO 99/65086 A1 bekannt.
Das thermoelektrische Modul basiert auf geeigneten thermoelektrischen Kompositionen aus thermoelektrischen Pasten oder aus mindestens einem Materialpulver mit niedrigem Schmelzpunkt, optional einem Materialpulver mit hohem Schmelzpunkt und optional einem Bindersystem.
In der EP 0 930 658 A1 werden ein thermoelektrisches Element sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren offenbart. Dieses thermoelektrische Element weist eine Mehrzahl an kammartigen n-Elementen und eine Mehrzahl an kammartigen p-Elementen auf, wobei die n-Elemente aus einem thermoelektrischen Halbleiter des n-Typs und die p-Elemente aus einem thermoelektrischen Halbleiter des p-Typs bestehen. Die n-Elemente und die p-Elemente weisen durch eine Isolationsschicht einen regelmäßigen Abstand auf bzw. sind durch diese fixiert.
Aus der DE 90 15 019 U1 ist ein Thermogenerator bekannt, welcher mindestens ein Leiterpaar als Thermoelement aufweist, bei dem in den thermoelektrisch positiven Leiter des Leiterpaars ein p-dotierter Halbleiter und in den thermoelektrisch negativen Leiter ein n-dotierter Halbleiter zwischengeschaltet ist. Das Leiterpaar wird von einem Trägerelement gehalten, welches aus einem elektrisch isolierenden Material oder aus einem Metall besteht. Wenn das Trägerelement aus Metall gefertigt ist, ist das Leiterpaar in isolierende Durchführungen eingebettet.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Thermoelement mit verbessertem Wirkungsgrad bei reduzierter Dimensionierung, d.h. einem kleineren Thermoelement, anzugeben.

Das Problem wird durch ein Thermoelement sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines Thermoelements sowie durch ein elektronisches Gerät mit einem solchen Thermoelement mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1, 28 und 32 gelöst.

Ein Thermoelement weist ein Substrat aus Silizium auf, welches nebeneinander angeordnete Löcher aufweist. Mindestens ein erstes Loch, allgemein eine beliebige Anzahl erster Löcher, ist/sind mit einem ersten Material gefüllt. Mindestens ein zweites Loch, allgemein eine beliebige Anzahl zweiter Löcher, ist/sind mit einem zweiten Material gefüllt. In den Löchern ist zwischen dem Substrat und dem ersten Material und zwischen dem Substrat und dem zweiten Material eine Isolatorschicht eingebracht, welche elektrisch isolierend wirkt. Das erste Material und das zweite Material, d.h. die ersten Löcher und die zweiten Löcher, sind im Bereich des Substrats jeweils mittels der Isolatorschicht voneinander elektrisch isoliert. Das erste Material und das zweite Material werden derart ausgewählt, dass sie gemeinsam ein Thermopaar bilden, d.h. anschaulich weisen das erste Material und das zweite Material eine unterschiedliche Elektronegativität auf.

Außerhalb des Substrats, d.h. über bzw. unter dem Substrat sind das erste Material und das zweite Material derart miteinander gekoppelt, dass sie ein Thermopaar ausbilden können.

Grundsätzlich können somit eine Vielzahl von ersten Löchern und zweiten Löchern vorgesehen sein, wobei jeweils jedes erste Loch mit dem ersten Material gefüllt ist und das jeweilige zweite Loch mit dem zweiten Material und wobei jeweils das erste Material mit dem zweiten Material miteinander elektrisch gekoppelt ist.

Durch die Erfindung wird es möglich, insbesondere bei sehr dünnen und langen Löchern innerhalb des Substrats ein Thermoelement mit einem sehr vorteilhaften Wirkungsgrad, d.h. mit einer sehr guten Effizienz, herzustellen.

Ein solches Thermoelement kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass durch ein Substrat hindurch nebeneinander angeordnete Löcher gebildet werden, beispielsweise mittels Bohrens oder mittels Ätzens.

Mindestens ein erstes. Loch, allgemein eine beliebige Anzahl erster Löcher werden jeweils mit einem ersten Material gefüllt und mindestens ein zweites Loch, allgemein eine beliebige Anzahl zweiter Löcher werden jeweils mit einem zweiten Material gefüllt.

Erfindungsgemäß ist in die Löcher entlang der gesamten Oberfläche der Löcher eine Isolatorschicht aufgebracht, die vorzugsweise Silizium-Dioxid oder Silizium-Nitrid enthält.

Das Silizium-Dioxid kann beispielsweise mittels thermischer Oxidation und das Silizium-Nitrid mittels eines Abscheideverfahrens aus der Gasphase (Chemical Vapour Deposition, CVD) erzeugt werden.

Auf der Isolatorschicht ist dann entsprechend das jeweilige Material eingebracht, so dass die Isolatorschicht die elektrische Isolierung zwischen dem jeweiligen Material und dem Substrat und somit auch zwischen dem jeweiligen ersten Material und dem zweiten Material im Bereich des Substrates gewährleistet.

Das erste Material und das zweite Material enthalten Material, wodurch gewährleistet ist, dass bei mechanischem Kontakt des ersten Materials und des zweiten Materials jeweils ein Thermopaar gebildet wird.

In einem weiteren Schritt werden das erste Material und das zweite Material derart gekoppelt, dass sie gemeinsam ein Thermopaar bilden.

Die Löcher sind in dem Substrat vorzugsweise matrixförmig in Zeilen und Spalten derart angeordnet, dass die ersten Löcher und die zweiten Löcher jeweils in Zeilen angeordnet sind.

Durch diese regelmäßige Anordnung wird die Herstellung und die Kopplung der einzelnen Löcher und somit die Herstellung des Thermoelements stark vereinfacht, weshalb das Thermoelement gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung sehr kostengünstig herstellbar ist.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist jeweils ein erstes Material in einem ersten Loch und ein zweites Material in einem zweiten Loch in Serie geschaltet, wobei jeweils mehrere erste Löcher parallel geschaltet sein können und jeweils mehrere zweite Löcher ebenfalls parallel geschaltet sein können.

Gemäß dieser Ausgestaltung wird der Wirkungsgrad des gebildeten Thermoelements weiter erhöht.

Somit können bei einer matrixförmigen Anordnung der ersten Löcher und der zweiten Löcher das erste Material und das zweite Material einer Zeile parallel geschaltet sein und das erste Material und das zweite Material zwei benachbarter, vorzugsweise unmittelbar benachbarter Zeilen jeweils in Serie geschaltet sein.

Durch die beschriebene regelmäßige Anordnung der einzelnen Löcher wird der Herstellungsprozess sowie die elektrische Kontaktierung der einzelnen Materialien stark vereinfacht, wodurch die Herstellungskosten des Thermoelements weiter reduziert werden.

Vorzugsweise werden die Löcher vollständig durch das Substrat hindurch gebildet und außerhalb des Substrats miteinander elektrisch gekoppelt. Zwischen der elektrischen Kopplung zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material und dem Substrat selbst kann eine elektrisch isolierende Schicht, vorzugsweise ebenfalls aus Silizium-Dioxid oder Silizium-Nitrid, vorgesehen sein.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass auf der einen Seite des Thermoelements, d.h. auf einer ersten Oberfläche des Substrats, das Substrat und das erste Material bzw. das zweite Material mit einem Kühlkörper gekoppelt ist. Auf der anderen Seite, d.h. an der zweiten Oberfläche des Substrats sind das Substrat, das erste Material sowie das zweite Material thermisch mit einer Wärmequelle gekoppelt.

Die Effizienz des Thermoelements wird weiter dadurch reduziert, dass die Löcher lediglich einen Durchmesser von einigen Mikrometern, beispielsweise in einem Bereich von 1 μm bis 50 μm, vorzugsweise einen Durchmesser in einem Bereich von 5 μm bis 50 μm, besonders bevorzugt von ungefähr 10 μm aufweisen.

Die Löcher können in einem Abstand von einigen Mikrometern, vorzugsweise in einem Abstand zwischen 1 μm und 50 μm, vorzugsweise in einem Abstand zwischen 10 μm und 30 μm, besonders bevorzugt in einem Abstand von 20 μm voneinander angeordnet sein.

Die Löcher können eine Tiefe durch das Substrat in einem Bereich einiger Mikrometer bis zu einigen Millimetern aufweisen, vorzugsweise von einigen hundert Mikrometern, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 200 μm bis zu 800 μm, beispielsweise 500 μm aufweisen.

Sind die Löcher derart ausgestaltet, dass sie sich jeweils durch das gesamte Substrat hindurch erstrecken, so weist das Substrat eine entsprechende Dicke auf, die der Tiefe der Löcher entspricht.

Als Thermopaar eignet sich insbesondere eine der folgenden Materialkombinationen die einzeln oder in Kombination miteinander in dem Thermoelement verwendet werden können:

• Kupfer als erstes Material und Kupfer-Nickel als zweites Material, und/oder
• Nickel als erstes Material und Nickel-Chrom als zweites Material, und/oder
• Platin-Rhodium als erstes Material und Platin als zweites Material.

Wird zumindest einer der oben beschriebenen Materialkombinationen gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung eingesetzt, so wird eine sehr gute Effizienz für das Thermoelement gewährleistet, da diese Materialkombinationen Thermopaare mit einer sehr großen Spannungsdifferenz gewährleisten.

Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass aufgrund der geringen Oxidationsneigung der entsprechenden Materialien eine sehr gute Robustheit des Thermoelements gewährleistet ist.

Durch Einsatz der Materialkombination Nickel-Chrom/Nickel als erstes Material bzw. zweites Material wird bei einer sehr vorteilhaften nur geringen Wärmeleitfähigkeit auch bei hohen Temperaturen ein sehr linearer Verlauf der Thermospannungen erreicht.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, Polymere mit jeweils unterschiedlicher Elektronegativität als erstes Material bzw. zweites Material zu verwenden.

Der Wirkungsgrad des gebildeten Thermoelements kann weiter dadurch verbessert werden, dass die Kopplung zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material oberhalb bzw. unterhalb des Substrats von dem Material gebildet wird, das jeweils den geringeren elektrischen Widerstand aufweist.

Auf diese Weise werden die elektrischen Verluste an den Kopplungen weiter reduziert.

Das Thermoelement kann sowohl als Kühlelement als auch als Thermogeneratoreinheit ausgestaltet sein zum Umwandeln der Energie in elektrischen Strom.

Aufgrund seines wie im weiteren noch erläuterten sehr hohen Wirkungsgrades eignet sich das Thermoelement bei Ausgestaltung als Thermogeneratoreinheit sehr gut als Spannungsquelle in einem elektronischen Gerät, beispielsweise für eine Uhr, vorzugsweise eine Armbanduhr, für ein Hörgerät oder allgemein für einen elektronischen Sensor.

Das Material kann gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung mittels eines Druckgussverfahrens oder alternativ mittels eines galvanischen Verfahrens, beispielsweise wie in der WO 99/65086 A1 beschrieben, in die jeweiligen Löcher gefüllt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im weiteren näher erläutert.
Es zeigen
1 einen Querschnitt durch das Thermoelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 einen weiteren Querschnitt durch das Thermoelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 einen weiteren Querschnitt durch ein Thermoelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Wärmequelle und einem Kühlkörper.
1 zeigt ein Thermoelement 100 mit einem Substrat 101 aus Silizium, wobei das Substrat 101 eine Dicke 102 von ungefähr 500 μm aufweist.
In das Substrat 101 ist mittels des in der WO 99/65086 A1 beschriebenen Verfahrens eine Vielzahl von Löchern 103 mit einem Durchmesser von ungefähr 10 μm geätzt, die sich durch das gesamte Substrat 101 hindurch erstrecken, wobei die Löcher 103 matrixförmig entlang einer Vielzahl von Zeilen 104 und Spalten 105 angeordnet sind.
Die Löcher 103 werden vollständig mit einer elektrisch isolierenden Schicht 106 aus Silizium-Dioxid oder Silizium-Nitrid überzogen.
Die isolierende Schicht 106 wird beispielsweise mittels eines geeigneten CVD-Verfahrens auf der Oberfläche der Löcher 103 in dem Substrat 101 aufgebracht.
Anschließend wird in einem weiteren Schritt in die Löcher 103 mittels eines Druckgussverfahrens oder eines galvanischen Verfahrens, wie in der WO 99/65086 A1 beschrieben, erstes Material in erste Löcher eingebracht.
Als erstes Material wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel Kupfer, Nickel oder Platin-Rhodium verwendet, um die ersten Löcher vollständig zu füllen.
In einem weiteren Schritt werden zweite Löcher, die noch nicht mit dem ersten Material gefüllt sind, mit zweitem Material gefüllt.
Wird Kupfer als erstes Material verwendet, so wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel als zweites Material Kupfer-Nickel verwendet.
Wird Nickel als erstes Material verwendet, so wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel als zweites Material Nickel-Chrom verwendet.
Wird Platin-Rhodium als erstes Material verwendet, so wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel Platin als zweites Material eingesetzt.
Allgemein werden Materialkombinationen verwendet, die, wenn sie miteinander in mechanischen Kontakt gebracht werden, eine Thermospannung bilden, d.h. es werden Materialkombinationen verwendet, mit denen ein Thermopaar gebildet werden kann.
Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung sind erste Löcher und zweite Löcher jeweils entlang einer Zeile 104 angeordnet.
Die ersten Löcher in einer Zeile sind jeweils miteinander elektrisch gekoppelt, beispielsweise mittels einer Kopplung aus dem ersten Material, so dass anschaulich eine Parallelschaltung des ersten Materials, d.h. der in den ersten Löchern sich befindenden ersten Material in der jeweiligen Zeile gebildet wird.
Entsprechend wird eine Parallelschaltung von jeweils zweiten Löchern in einer Zeile gebildet, indem die zweiten Materialien in den zweiten Löchern mittels weiterer Kopplungen aus zweitem Material miteinander verbunden werden.
Wie in 2 dargestellt ist, wird das erste Material mit dem zweiten Material derart gekoppelt, dass eine Thermospannung zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material erzeugt wird.
Bei der matrixförmigen Anordnung der Löcher besteht diese Kopplung beispielsweise darin, dass zwischen jeweils zwei unmittelbar benachbarten Zeilen das erste Material einer ersten Zeile mit einem zweiten Material einer zweiten Zeile mittels einer Kopplung 201 gekoppelt ist, wobei die Kopplung 201 vorzugsweise aus dem Material gebildet wird, welches den geringeren elektrischen Widerstand aufweist.
Bei Verwenden der Materialkombination Kupfer/Kupfer-Nickel wird vorzugsweise Kupfer für die Kopplung 201 verwendet.
Bei der Materialkombination Nickel-Chrom/Nickel wird vorzugsweise Nickel für die Kopplung 201 verwendet.
Bei der Materialkombination Platin-Rhodium/Platin wird vorzugsweise Platin für die Kopplung 201 verwendet.
Die Kopplungen 201 sind oberhalb bzw. unterhalb des Substrats 101 aufgebracht, gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung auf einer Schicht Silizium-Dioxid oder Silizium-Nitrid, die eine elektrische Isolation der Kopplung 201 zu dem Substrat 102 hin gewährleistet.
Es hat sich herausgestellt, dass bei Verwenden von Silizium als Substrat 101 und der Materialkombination Nickel/Nickel-Chrom bei einer Temperaturdifferenz von 10 °C zwischen den Oberflächen 202, 203 des Substrats 101 eine elektrische Spannung von 1 V erzeugt werden kann bei Vorsehen von nur 2500 Thermopaaren.
Dies bedeutet unter der Annahme, dass jedes Loch 103 einen Flächenbedarf von 16 μm aufweist, sich für eine Spannungsquelle von 1 V in diesem Fall ein Gesamtbedarf an Fläche ergibt von 50 × 16 μm × 50 × 16 μm = 800 μm × 800 μm = 0,64 mm².
3 zeigt das Thermoelement 100 für den Fall, dass es als Thermogeneratoreinheit ausgestaltet ist.
In diesem Fall ist eine Wärmesenke, d.h. ein Kühlkörper 301 auf der ersten Seite, d.h. auf der ersten Oberfläche 202, insbesondere auf der Kopplung 201, die auf der ersten Oberfläche 202 aufgebracht ist, thermisch gekoppelt aufgebracht.
Auf der anderen Seite, d.h. auf den elektrischen Kopplungen 201, die auf der zweiten Oberfläche 203 aufgebracht sind, ist eine Wärmequelle, beispielsweise ein Heizelement 302 thermisch gekoppelt aufgebracht.
Auf diese Weise kann das Thermoelement 100 als Spannungsquelle verwendet werden.
Wird jedoch Strom über eine Stromquelle 303 der Kopplung 201 und somit dem ersten Material und dem zweiten Material zugeführt, dass sich ein geschlossener Stromkreis bildet, so wird unter Ausnutzen des Peltiereffekts das Thermoelement als Kühlelement ausgestaltet.

100: Thermoelement
101: Substrat
102: Dicke Substrat
103: Loch
104: Zeile
105: Spalte
106: Isolatorschicht
201: Kopplung
202: Erstes Oberflächensubstrat
203: Zweites Oberflächensubstrat
301: Kühlkörper
302: Wärmequelle
303: Spannungsquelle

Claims

Thermoelement (100), • mit einem Substrat (101) aus Silizium, • mit durch das Substrat (101) gebildeten, nebeneinander angeordneten Löchern (1031, • bei dem mindestens ein erstes Loch (103) mit einem ersten Material gefüllt ist, • bei dem mindestens ein zweites Loch (103) mit einem zweiten Material gefüllt ist, • bei dem in den Löchern (103) zwischen dem Substrat (101) und dem ersten Material und zwischen dem Substrat (101) und dem zweiten Material eine Isolatorschicht (106) eingebracht ist, welche elektrisch isolierend wirkt, • bei dem das erste Material und das zweite Material durch die Isolatorschicht (106) im Bereich des Substrats (101) elektrisch voneinander isoliert sind, • bei dem das erste Material und das zweite Material Material enthalten, dass sie ein Thermopaar bilden, und • bei dem das erste Material und das zweite Material derart außerhalb des Substrats (101) gekoppelt ist, dass sie ein Thermopaar bilden.
Thermoelement (100) nach Anspruch 1, • mit einer Vielzahl von ersten Löchern (103) und zweiten Löchern (103), • bei dem jedes erste Loch (103) mit dem ersten Material gefüllt ist, • beidem jedes zweite Loch (103) mit dem zweiten Material gefüllt ist, und • bei dem jeweils erstes Material und zweites Material außerhalb des Substrats (101) miteinander elektrisch gekoppelt ist.
Thermoelement (100) nach Anspruch 2, bei dem jeweils erstes Material und zweites Material in Serie geschaltet ist.
Thermoelement (100) nach Anspruch 2 oder 3, • bei dem erstes Material in mehreren ersten Löchern (103) parallel geschaltet ist, und • bei dem zweites Material in mehreren zweiten Löchern (103) parallel geschaltet ist.
Thermoelement (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Löcher (103) matrixförmig in Zeilen (104) und Spalten (105) angeordnet sind.
Thermoelement (100) nach Anspruch 5, bei dem in jeder Zeile (104) entweder erste Löcher (103) oder zweite Löcher (103) angeordnet sind.
Thermoelement (100) nach Anspruch 6, • bei dem das erste Material einer Zeile (104) parallel geschaltet ist, • bei dem das zweite Material einer Zeile (104) parallel geschaltet ist, und • bei dem das erste Material und das zweite Material zweier Zeilen (104) jeweils in Serie geschaltet sind.
Thermoelement (100) nach Anspruch 7, bei dem das erste Material und das zweite Material zweier benachbarter Zeilen (104) jeweils in Serie geschaltet sind.
Thermoelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Isolatorschicht (106) Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid enthält.
Thermoelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Löcher (103) vollständig durch das Substrat (101) hindurch gebildet sind.
Thermoelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem zwischen der Kopplung des ersten Materials mit dem zweiten Material außerhalb des Substrats (101) und dem Substrat (101) eine elektrisch isolierende Schicht vorgesehen ist.
Thermoelement (100) nach Anspruch 11, bei dem die elektrisch isolierende Schicht Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid enthält.
Thermoelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, • bei dem eine erste Oberfläche des Substrats (101) thermisch mit einem Kühlkörper gekoppelt ist, und • bei dem eine zweite Oberfläche des Substrats (101) thermisch mit einer Wärmequelle gekoppelt ist.
Thermoelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Löcher (103) einen Durchmesser von einigen Mikrometern aufweisen.
Thermoelement (100) nach Anspruch 14, bei dem die Löcher (103) einen Durchmesser in einem Bereich von 1 Mikrometer bis 50 Mikrometern aufweisen.
Thermoelement (100) nach Anspruch 15, bei dem die Löcher (103) einen Durchmesser in einem Bereich von 5 Mikrometern bis 15 Mikrometern aufweisen.
Thermoelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem die Löcher (103) in einem Abstand von einigen Mikrometern voneinander angeordnet sind.
Thermoelement (100) nach Anspruch 17, bei dem die Löcher (103) in einem Abstand zwischen 1 Mikrometer und 50 Mikrometern voneinander angeordnet sind.
Thermoelement (100) nach Anspruch 18, bei dem die Löcher (103) in einem Abstand zwischen 10 Mikrometern und 30 Mikrometern voneinander angeordnet sind.
Thermoelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem die Löcher (103) eine Tiefe durch das Substrat (101) in einem Bereich von einigen Mikrometern bis zu einigen Millimetern aufweisen.
Thermoelement (100) nach Anspruch 20, bei dem die Löcher (103) eine Tiefe durch das Substrat (101) von einigen Hundert Mikrometern aufweisen.
Thermoelement (100) nach Anspruch 20, bei dem die Löcher (103) eine Tiefe durch das Substrat (101) in einem Bereich zwischen 200 Mikrometern bis zu 800 Mikrometern aufweisen.
Thermoelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, bei dem als Thermopaar zumindest eine der folgenden Materialkombinationen verwendet wird: • Kupfer als erstes Material und Kupfer-Nickel als zweites Material, und/oder • Nickel als erstes Material und Nickel-Chrom als zweites Material, und/oder • Platin-Rhodium als erstes Material und Platin als zweites Material.
Thermoelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, bei dem als Thermopaar Polymere mit jeweils unterschiedlicher Elektronegativität verwendet wird.
Thermoelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, bei dem die Kopplung des ersten Materials und des zweiten Materials von dem Material mit dem geringeren elektrischen Widerstand gebildet wird.
Thermoelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, bei dem das Thermoelement (100) als Kühlelement ausgestaltet ist.
Thermoelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, bei dem das Thermoelement (100) als Thermogeneratoreinheit ausgestaltet ist zum Umwandeln der Wärme in elektrischen Strom.
Elektronisches Gerät mit einem Thermoelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 27.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 28, bei dem das elektronische Gerät eine Uhr ist.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 28, bei dem das elektronische Gerät ein Hörgerät ist.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 28, bei dem das elektronische Gerät ein Sensor ist.
Verfahren zum Herstellen eines Thermoelements (100), • bei dem durch ein Substrat (101) aus Silizium nebeneinander angeordnete Löcher (103) gebildet werden, • bei dem mindestens ein erstes Loch (103) mit einem ersten Material gefüllt wird, • bei dem mindestens ein zweites Loch (103) mit einem zweiten Material gefüllt wird, • bei dem in den Löchern (103) zwischen dem Substrat (101) und dem ersten Material und zwischen dem Substrat (101) und dem zweiten Material eine Isolatorschicht (106) eingebracht wird, welche elektrisch isolierend wirkt, • wobei das erste Material und das zweite Material durch die Isolatorschicht (106) im Bereich des Substrats (101) elektrisch voneinander isoliert sind, • bei dem das erste Material und das zweite Material Material enthalten, dass sie ein Thermopaar bilden, und • bei dem das erste Material und das zweite Material außerhalb des Substrats (101) derart gekoppelt werden, dass sie ein Thermopaar bilden.
Verfahren nach Anspruch 32, bei dem das erste Material und/oder das zweite Material mittels eines Druckgussverfahrens in die Löcher (103) gefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, bei dem das erste Material und/oder das zweite Material mittels eines galvanischen Verfahrens in die Löcher (103) gefüllt wird.