LU100175B1 - Thermoelectric device - Google Patents
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Claims (15)
1. Thermoelektrische Vorrichtung (1) mit einem Kanalabschnitt (50), der mindestens eine Kanalschicht (10) aus einem topologischen Isoliermaterial aufweist und eine obéré Oberfläche (11 ) mit mindestens einer Rille (12) hat, wobei jede Seitenfläche (12.1) jeder Rille (12) eine leitfähige Zone (14) mit einem Paar von topologisch geschützten eindimensionalen Elektronenkanälen (15) aufweist, wobei jede Kanalschicht (10) mindestens einen n-Bereich (10.3), der zur elektronenartigen Leitung konfiguriert ist, und mindestens einen p-Bereich (10.4) aufweist, der zur behartigen Leitung konfiguriert ist, wobei die n-Bereiche (10.3) und die p-Bereiche (10.4) abwechselnd angeordnet sind und sich von einem ersten Ende (10.1) zu einem zweiten Ende (10.2) der Kanalschicht (10) erstrecken, wobei jeder n-Bereich (10.3) mindestens eine n-Rille (12.3) aufweist, die von einer ersten Elektrode (16, 17, 18) am ersten Ende (10.1) zu einer zweiten Elektrode (19) am zweiten Ende (10.2) verläuft, und wobei jeder p-Bereich (10.4) mindestens eine p-Rille (12.5) aufweist, die von einer zweiten Elektrode (19) zu einer ersten Elektrode (17,18,19) verläuft, wobei die erste (16, 17, 18) und die zweite (19) Elektrode abwechselnd angeordnet sind, urn die p-Rillen (12.5) und die n-Rillen (12.3) von benachbarten Bereichen (10.3, 10.4) zu verbinden, wobei alle p-Rillen (12.5) und n-Rillen (13.3) in Reihe verbunden sind.
2. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das topologische Isoliermaterial ein schwaches topologisches Isoliermaterial ist und die obéré Oberfläche (11) und eine untere Oberfläche (12.2) einer jeden Rille (12) isolierend sind.
3. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle ersten Elektroden (16, 17, 18) thermisch mit einem ersten wärmeleitenden Element (40) verbunden sind und alle zweiten Elektroden (19) thermisch mit einem zweiten wärmeleitenden Element (41) verbunden sind.
4. Thermoelektrische Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Bereiche (10.3, 10.4) mehrere beabstandete Rillen (12.3,12.4,12.5) aufweisen.
5. Thermoelektrische Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine mäandernde Rille (12) aufweist, die mindestens eine p-Rille (12.5) aufweist, die durch eine gewendete Rille (12.4) mit einer n-Rille (12.3) verbunden ist, wobei sich jede gewendete Rille (12.4) von einem n-Bereich (10.3) zu einem p-Bereich (10.4) erstreckt.
6. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine von den ersten (16, 17, 18) und den zweiten (19) Elektroden auf einer gewendeten Rille (12.4) angeordnet ist.
7. Thermoelektrische Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kanalschicht (10) auf einer isolierenden Schicht (20) angeordnet ist, die ein Isoliermaterial aufweist, das sich von dem topologischen Isoliermaterial unterscheidet, wobei eine negative Elektrode (21) in der isolierenden Schicht (20) unter jedem n-Bereich (10.3) und eine positive Elektrode (22) in der isolierenden Schicht (20) unter jedem p-Bereich (10.4) angeordnet ist.
8. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliermaterial eine relative Permittivität von weniger als 10, vorzugsweise weniger als 5 aufweist.
9. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 7 Oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle positiven Elektroden (22) elektrisch verbunden sind und/oder alle negativen Elektroden (21) elektrisch verbunden sind.
10. Thermoelektrische Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalabschnitt (50) mehrere Kanalschichten (10) aufweist, die stapelweise angeordnet sind.
11. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Elektroden (16, 17, 18) aller Kanalschichten (10) mit einem einzelnen ersten wärmeleitenden Element (40) verbunden sind und/oder die zweiten Elektroden (19) aller Kanalschichten (10) mit einem einzelnen zweiten wärmeleitenden Element (41 ) verbunden sind.
12. Thermoelektrische Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere aufeinanderfolgende Kanalabschnitte (50) aufweist, wobei ein warmeleitende Element (41, 42, 43) zwischen zwei Kanalabschnitten (50) angeordnet ist, so dass die zweiten Elektroden (19) eines Kanalabschnitts (50) und die ersten Elektroden (16, 17, 18) eines benachbarten Kanalabschnitts (50) thermisch mit demselben wärmeleitenden Element (41,42, 43) verbunden sind.
13. Thermoelektrische Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (16, 17, 18) und die zweiten (19) Elektroden einer jeden Kanalschicht (10) eine erste Anschlusselektrode (17) und eine zweite Anschlusselektrode (19) zum Anschluss an eine Spannungsversorgung (100) aufweisen.
14. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass erste Anschlusselektroden (17) aller Kanalschichten (10) verbunden sind und/oder die zweiten Anschlusselektroden (19) aller Kanalschichten (10) verbunden sind.
15. Integrierte Schaltung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine thermoelektrische Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist.
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| CHRISTIAN PAULY ET AL: "Sub-nm wide electron channels protected by topology", 23 January 2015 (2015-01-23), XP055393940, Retrieved from the Internet <URL:https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1501/1501.05919.pdf> [retrieved on 20170726], DOI: 10.1038/nphys3264 * |
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