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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Generator auf einem Chip.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Thermoelemente zur Energieerzeugung bestehen normalerweise aus einem Leiter eines n-Typs, einem Leiter eines p-Typs und Metallverbindungen. Die Betriebsweise dieses Thermoelements basiert auf dem Seebeck-Effekt. Der Seebeck-Effekt wird in 1 dargestellt. Die freien Elektronen in dem n-Typ-Leiter 101 bewegen sich auf der heißen Seite schneller als auf der kalten Seite. Es ist daher wahrscheinlicher, dass sich ein Elektron von der heißen Seite zu der kalten Seite bewegt, als umgekehrt. Dies erzeugt einen Fluss von Elektronen von heiß zu kalt, was allgemein durch die Pfeile 111 angegeben wird. Das gleiche gilt für die freien Löcher in dem p-Typ-Leiter 102: Ein Fluss von Löchern von heiß zu kalt wird allgemein durch die Pfeile 112 angegeben. Zum Beispiel kann Wärme vorgesehen werden, wie schematisch durch die Pfeile 104 dargestellt ist, um die Temperatur einer beheizten Oberfläche 105 zu erhöhen. Wärme kann aus dem System entfernt werden, wie schematisch durch die Pfeile 106 dargestellt wird, um die Temperatur einer kalten Oberfläche 107 zu verringern. Der Leiter 108 kann Elektrizität zwischen dem n-Typ-Leiter 101 und dem p-Typ-Leiter 102 leiten. Der Leiter 109 kann Elektrizität zwischen dem n-Typ-Leiter 101 und einer Last 103 leiten und der Leiter 110 kann Elektrizität zwischen dem p-Typ-Leiter 102 und der Last 103 leiten. Auf diese Weise kann ein elektrischer Strom entlang der Richtung der Pfeile 113 erzeugt werden und/oder eine elektrische Spannung kann erzeugt werden.
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Edwards, H.; Debord, J.; Tran, T.; Freeman, D.; Maggio, K., „Performance metrics for thermoelectric energy harvesting studied using a novel planar 65 nm silicon CMOS-based thermopile," Sensors, 2013 IEEE, vol., no., pp.1,4, 3-6 Nov. 2013, offenbart in Serie geschaltete Thermoelemente, um eine höhere Ausgangsspannung zu erlangen.
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Um die beste Umwandlung von Wärmefluss zu elektrischer Energie zu erlangen, kann das System derart konfiguriert sein, dass der elektrische Widerstand der n-/p- Leiter niedrig ist, aber der thermische Widerstand hoch ist. Die am häufigsten verwendeten thermoelektrischen Materialien sind Legierungen aus Bi2Te3 und Sb2Te3. Die thermische Leitfähigkeit dieser Materialien ist geringer als die von Silizium. Jedoch hat Silizium mehrere Vorteile, wie: günstiger zu verarbeiten, einfacher auf ICs zu integrieren und kleinere Strukturen können erzeugt werden.
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Es wäre vorteilhaft, einen verbesserten thermoelektrischen Generator auf einem Chip vorzusehen.
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Das Dokument
US 2006/0102223 A1 bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zum Kühlen von elektronischen Vorrichtungen, insbesondere von integrierten Halbleiterschaltungschips.
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Das Dokument
US 2009/0056345 A1 bezieht sich auf das Feld der integrierten Schaltungen und insbesondere auf thermoelektrische Vorrichtungen in integrierten Schaltungen.
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Das Dokument
US 2009/0072385 A1 bezieht sich auf das Feld der Elektronik und insbesondere auf ein thermoelektrisches Wärmepumpen für elektronische Anordnungen.
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Das Dokument
DE 102007051312 A1 offenbart eine CMOS-Einrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer CMOS-Einrichtung, bei denen während des Betriebs kein Dunkelstrom erzeugt wird.
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Das Dokument
US 2011/0006388 A1 bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, die aktiv Wärme abführen kann in Antwort auf einen Betrieb.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung ist, einen verbesserten thermoelektrischen Generator auf einem Chip vorzusehen.
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In einem ersten Aspekt sieht die Erfindung einen thermoelektrischen Generator auf einem Chip nach Anspruch 1 vor.
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Die Metallerhebung oder die Kupfersäule ist höchst geeignet zum Liefern von Wärme an einen Teil des Thermoelements, so dass eine Temperaturdifferenz zwischen zwei Teilen des Thermoelements erzielt wird. Diese Temperaturdifferenz veranlasst, dass eine elektrische Spannung und/oder ein Strom durch das Thermoelement erzeugt werden/wird. Die Metallerhebung oder die Kupfersäule kann bei der Herstellung des thermoelektrischen Generators auf einem Chip effizient mit dem Thermoelement verbunden werden.
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Die Metallerhebung oder die Kupfersäule kann elektrisch von dem zumindest einen Thermoelement isoliert sein. Auf diese Weise stört die Metallerhebung oder die Kupfersäule nicht die Elektrizitätserzeugungsfunktion des Thermoelements. Ferner kann die Metallerhebung oder die Kupfersäule eine andere Funktion unter Verwendung ihrer elektrischen Leitfähigkeit übernehmen, zusätzlich zu ihrer Wärmeleitfähigkeitsfunktion. Da die Zahl von Metallerhebungen oder Kupfersäulen auf einem Chip im Allgemeinen begrenzt ist, kann dieses Merkmal dazu beitragen, die Anzahl von erforderlichen Metallerhebungen oder Kupfersäulen zu reduzieren.
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Die Metallerhebung oder die Kupfersäule kann elektrisch von dem zumindest einen Thermoelement isoliert sein und elektrisch mit einer Komponente der integrierten Schaltung verbunden sein, die sich von dem Thermoelement unterscheidet. Auf diese Weise hat die Metallerhebung oder die Kupfersäule zumindest zwei Funktionen, eine Funktion basierend auf ihrer thermischen Leitfähigkeit und eine Funktion basierend auf ihrer elektrischen Leitfähigkeit. Falls gewünscht, können diese zwei Funktionen unabhängig voneinander verwendet werden. Da die Anzahl von Metallerhebungen oder Kupfersäulen auf einem Chip im Allgemeinen begrenzt ist, kann dieses Merkmal dazu beitragen, die Anzahl von erforderlichen Metallerhebungen oder Kupfersäulen zu reduzieren.
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Die Metallerhebung oder die Kupfersäule kann konfiguriert sein zum Übermitteln eines elektrischen Signals an die Komponente, mit der sie elektrisch verbunden ist. Dies ist ein Beispiel für eine Verwendung der elektrischen Leitfähigkeit zusätzlich zu der Verwendung der thermischen Leitfähigkeit.
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Das Thermoelement kann einen ersten n+-Bereich aufweisen, der durch einen zweiten n+-Bereich umschlossen ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Thermoelement einen ersten p+-Bereich aufweisen, der durch einen zweiten p+-Bereich umschlossen ist. Diese Konfiguration ist relativ effizient. Zum Beispiel kann der elektrische Widerstand des Thermoelements relativ niedrig sein und/oder die Menge von elektrischer Energie, die das Thermoelement für eine gegebene Temperaturdifferenz erzeugen kann, kann relativ hoch sein.
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Die Metallerhebung oder die Kupfersäule kann thermisch mit dem ersten n+-Bereich des Thermoelements verbunden sein, zum Beispiel mittels der Metall - Siliziumoxid - Metall-Schnittstelle. Alternativ oder zusätzlich kann die Metallerhebung oder die Kupfersäule thermisch mit dem ersten p+-Bereich des Thermoelements mittels der Metall - Siliziumoxid - Metall-Schnittstelle verbunden sein. Dadurch kann die Wärme an einem relativ kleinen Bereich vorgesehen werden, so dass eine relativ große Temperaturdifferenz erzeugt werden kann.
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In einem Aspekt weist das Thermoelement sowohl den ersten n+-Bereich auf, der durch den zweiten n+-Bereich umschlossen ist, als auch den ersten p+-Bereich, der durch den zweiten p+-Bereich umschlossen ist. Weiter ist der erste n+-Bereich elektrisch mit dem ersten p+-Bereich verbunden. Dies verbessert die thermoelektrischen Eigenschaften des Thermoelements.
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Der thermoelektrische Generator auf einem Chip kann ein Metallobjekt aufweisen, das konfiguriert ist zum elektrischen Verbinden des ersten p+-Bereichs mit dem ersten n+-Bereich und zum thermischen Verbinden des ersten p+-Bereichs und des ersten n+-Bereichs mit der Metallerhebung oder der Kupfersäule. Auf diese Weise leitet das Metallobjekt die Wärme von der Metallerhebung oder der Kupfersäule an die richtigen Teile des Thermoelements, während dasselbe Metallobjekt den ersten p+-Bereich und den ersten n+-Bereich elektrisch verbindet. Zum Beispiel kann das Metallobjekt von der Metallerhebung oder der Kupfersäule elektrisch isoliert sein.
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Der erste n+-Bereich und der zweite n+-Bereich können auf oder in einer n-Wanne gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können der erste p+-Bereich und der zweite p+-Bereich auf oder in einer p-Wanne gebildet sein.
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Die Metallerhebung oder die Kupfersäule kann konfiguriert sein, weiter mit einer Wärmequelle thermisch verbunden zu sein. Auf diese Weise ist die Metallerhebung oder die Kupfersäule konfiguriert zum Liefern von Wärme von der Wärmequelle zu dem Teil des Thermoelements, mit dem die Metallerhebung oder die Kupfersäule thermisch verbunden ist.
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Der thermoelektrische Generator auf einem Chip kann eine Thermosäule aufweisen. Die Thermosäule kann eine Sequenz von Thermoelementen aufweisen. Jedes Thermoelement dieser Thermoelemente kann den ersten n+-Bereich, der durch den zweiten n+-Bereich umschlossen ist, und den ersten p+-Bereich aufweisen, der durch den zweiten p+-Bereich umschlossen ist, wobei der erste n+-Bereich elektrisch mit dem ersten p+-Bereich verbunden ist, und wobei der zweite p+-Bereich eines ersten Thermoelements elektrisch mit dem zweiten n+-Bereich eines zweiten Thermoelements verbunden ist. Zum Beispiel können die Thermoelemente in Serie verbunden sein durch Verbinden des zweiten p+-Bereichs eines bestimmten Thermoelements mit dem zweiten n+-Bereich eines vorherigen Thermoelements und Verbinden des zweiten n+-Bereichs dieses bestimmten Thermoelements mit dem zweiten p+-Bereich eines nächsten Thermoelements. Dies hilft, um eine höhere Spannung zu erzeugen.
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Die integrierte Schaltung kann eine integrierte CMOS-Schaltung aufweisen. Dies ist eine besonders geeignete Art einer Schaltung, um den oben dargelegten thermoelektrischen Generator auf einem Chip zu implementieren.
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Für Fachleute auf dem Gebiet ist offensichtlich, dass die oben beschriebenen Merkmale auf jede als nützlich erachtete Weise kombiniert werden können. Weiter können Modifikationen und Variationen, die in Bezug auf das System beschrieben werden, ebenso auf ein Verfahren angewendet werden.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden Aspekte der Erfindung mittels Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind in Diagrammform und nicht maßstabsgetreu.
- 1 zeigt einen Seebeck-Effekt, der mit einem Halbleiter-Thermoelement gemäß dem Stand der Technik erzielt wird.
- 2 zeigt einen thermoelektrischen Generator auf einem Chip unter Verwendung einer Metallerhebung.
- 3 zeigt ein Detail eines thermoelektrischen Generators auf einem Chip.
- 4 zeigt eine Anzahl von in Serie verbundenen Thermoelementen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Die Menge von elektrischer Energie, die mit einem Silizium-thermoelektrischen Generator (TEG - thermoelectric generator) auf einem Chip erlangt werden kann, ist in der Praxis begrenzt. Jedoch kann ein Energieverbrauch einer Bluetooth-Anwendung mit niedriger Energie während eines Tiefschlafs weniger als ein Mikrowatt sein und eine Verbindung alle paar Sekunden kann durchschnittlich nur wenige Mikrowatt verbrauchen. Die Menge von Energie, die durch einen thermoelektrischen Generator erzeugt wird, kann zum Beispiel für eine derartige Anwendung ausreichend sein.
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Das allgemeine Konzept zum Übertragen einer Temperaturdifferenz außerhalb eines Chips über (eine) Metallerhebung(en) oder (eine) Kupfersäule(n) und eine Metall - Siliziumoxid - Metall-Schnittstelle an eine Anzahl von Silizium-Thermoelementen auf einem Chip ermöglicht eine praktische Lösung zum Erstellen der Temperaturdifferenz, die durch derartige Silizium-Thermoelemente auf einem Chip erforderlich ist.
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Im Folgenden dieser Beschreibung werden weitere Details der Erfindung näher erläutert unter Verwendung insbesondere des Beispiels eines Lötpunkts oder einer Lötkugel. Jedoch sollte angemerkt werden, dass die hier in Bezug auf einen Lötpunkt oder eine Lötkugel beschrieben Merkmale äquivalent für einen Punkt bzw. eine Erhebung oder eine Kugel aus einem anderen Metall gelten können. Ebenso gelten diese Merkmale für eine Metallsäule, wie eine Kupfersäule.
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Der/die Lötpunkt(e) oder die Kupfersäule(n) kann/können auch als ein Signalstift oder Energieversorgungsstift verwendet werden. Dies ermöglicht die Integration auf einem Chip eines thermoelektrischen Generators auf einem Chip ohne Hinzufügen einer zusätzlichen Lötkugel oder Kupfersäule für die Wärmeleitung. Zu diesem Zweck kann die Lötkugel von dem Thermoelement elektrisch isoliert sein und kann elektrisch für eine Funktion verwendet werden, die entweder mit dem Thermoelement in Beziehung steht oder nicht.
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Eine hier beschriebene Thermoelementschaltung kann unter Verwendung eines Substrats als eine Basis gebildet werden. Das heißt, die thermoelektrische Generatorschaltung kann zumindest teilweise in dem Substrat gebildet werden. Zum Beispiel können die n-Wanne und die p-Wanne in dem Substrat gebildet werden. Zusätzlich oder alternativ kann die thermoelektrische Generatorschaltung zumindest teilweise auf dem Substrat gebildet werden. Zum Beispiel können die zentralen und umschließenden n+- und p+-Bereiche auf dem Substrat gebildet werden. Dies ist jedoch keine Einschränkung.
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Ein Thermoelement kann durch eine kreisförmige n+/n-Wanne/n+-Vorrichtung und eine kreisförmige p+/p-Wanne/p+-Vorrichtung gebildet werden, wie in den 3 und 4 dargestellt. Diese Konfiguration hat einen geringeren elektrischen Widerstand. Dies erhöht die Menge von elektrischer Energie, die das Thermoelement für eine gegebene Temperaturdifferenz erzeugen kann. Dieses Merkmal kann auch ohne Lötkugel oder Kupfersäule implementiert werden.
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Das Thermoelement kann durch einen kleinen n+-Bereich gebildet werden oder diesen aufweisen, der durch einen n+-Ring umgeben ist, die beide in derselben n-Wanne sind. Weiter ein kleiner p+-Bereich, umgeben von einem p+-Ring, beide in einer p-Wanne (und diese p-Wanne isoliert von dem p-Substrat, zum Beispiel durch eine tiefe-n-Wanne). Eine derartige Struktur hat einen relativ niedrigen Serienwiderstand, was die Effizienz des Thermoelements erhöht. Dieses Merkmal kann ebenfalls ohne Lötkugel oder Kupfersäule implementiert werden.
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Ein thermoelektrischer Generator auf einem Chip kann viele Thermoelemente aufweisen, die in Serie verbunden sind. Durch Verbinden vieler Thermoelemente in Serie kann eine höhere Spannung erreicht werden. Jedoch sind auch andere Verbindungen möglich: eine Kombination von Serien- und parallelen Verbindungen von Thermoelementen kann verwendet werden. Zum Beispiel können die Thermoelemente alle thermisch gekoppelt sein (zum Beispiel über eine Metall - Siliziumoxid - Metall-Schnittstelle) mit einer einzelnen Lötkugel, aber keine elektrische Verbindung zu dieser Lötkugel haben. Die Lötkugel kann somit elektrisch für eine andere Funktion verwendet werden. Vorteilhafterweise ist während einer Verwendung die Lötkugel thermisch mit einer anderen Temperatur als der Rest des Chips gekoppelt. Das gleiche würde gelten, wenn eine Kupfersäule anstelle einer Lötkugel verwendet wird.
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2 zeigt einen Chip 206, der auf einer Leiterplatte (PCB - printed circuit board) 208 angebracht ist. Der Chip 206 enthält einen thermoelektrischen Generator an der Position 202. Der Chip 206 ist mit der Leiterplatte 208 über eine Anzahl von Lötkugeln 203, 204 verbunden. In dem Beispiel wird eine Lötkugel 203 zum Koppeln eines Thermoelements mit einer Wärmequelle verwendet. Die anderen Lötkugeln 204 werden zum Koppeln des Thermoelements mit einer Wärmesenke verwendet.
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Die Anzahl von Lötkugeln, die an dem Wärmetransport an das Thermoelement und von diesem beteiligt sind, kann auf einer Fall-zu-Fall-Basis konfiguriert werden, abhängig von der Implementierung. Es ist möglich, nur eine Lötkugel für die Wärmeübertragung zu verwenden. Zum Beispiel kann Wärme an das Thermoelement über eine Lötkugel übertragen werden und Wärme kann von dem Thermoelement unter Verwendung eines anderen Mittels als einer Lötkugel oder Kupfersäule entfernt werden. Umgekehrt kann die Lötkugel verwendet werden, um Wärme von dem Thermoelement zu entfernen, während die Wärme für das Thermoelement auf andere Weise vorgesehen werden kann. Auch kann mehr als eine Lötkugel verwendet werden, um Wärme an das Thermoelement zu übertragen. Auch kann mehr als eine Lötkugel verwendet werden, um Wärme von dem Thermoelement zu entfernen.
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Wie in 2 dargestellt, kann die Lötkugel 203 thermisch mit einer wärmeleitenden Oberfläche 201 verbunden sein. Die wärmeleitende Oberfläche 201 kann konfiguriert sein, thermisch mit einem warmen Objekt oder einer warmen Umgebung (zum Beispiel die Haut eines menschlichen Körpers) gekoppelt zu sein.
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Wie in 2 dargestellt, können einige oder alle der Lötkugeln 205 thermisch mit einer wärmeleitenden Oberfläche 207 verbunden sein. Die wärmeleitende Oberfläche 207 kann konfiguriert sein, thermisch mit einem kalten Objekt oder einer kalten Umgebung verbunden zu sein, zum Beispiel Luft im Freien.
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In der obigen Beschreibung bedeutet „warmes Objekt oder warme Umgebung“: wärmer als das Thermoelement. Ebenso bedeutet „kaltes Objekt oder kalte Umgebung“: kälter als das Thermoelement.
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Wie dargestellt, können die wärmeleitenden Oberflächen 201 und 207 mit der Leiterplatte 208 integriert sein.
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Der thermoelektrische Generator 202 des Chips 206 kann eine Vielzahl von Thermoelementen aufweisen, wobei jedes Thermoelement ausgebildet ist, die Wärme von der Lötkugel 203 an einem bestimmten Teil des Thermoelements zu empfangen. Zusätzlich oder alternativ kann jedes Thermoelement ausgebildet sein, Wärme über eine oder mehrere der anderen Lötkugeln 207 abzugeben.
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3 zeigt eine Schnittansicht eines Thermoelements auf einem p-Substrat 8. Das Thermoelement ist thermisch mit einer Erhebung 10 verbunden. Im Allgemeinen ist die Erhebung 10 viel größer als das Thermoelement. Zum Beispiel kann die Erhebung 10 einen Durchmesser in der Größenordnung von zehntel Millimetern aufweisen, zum Beispiel kann die Erhebung ungefähr 0,25 mm im Durchmesser sein, während das Thermoelement eine Größe in der Größenordnung von Mikrometern oder Nanometern haben kann. Daher ist die Zeichnung nicht maßstabsgerecht und wird nur verwendet, um die Prinzipien zu erläutern. Das Thermoelement besteht aus zwei Teilen. Beide Teile können selbst als Thermoelement verwendet werden. Der erste Teil des Thermoelements, unten links in 3 gezeigt, weist einen zentralen n+-Bereich 1 in einer n-Wanne 3 auf. Um den zentralen n+-Bereich 1, in derselben n-Wanne 3, umschließt ein umschließender n+-Bereich 2 einen Bereich, der den zentralen n+-Bereich 1 enthält. Zum Beispiel sind der zentrale n+-Bereich 1 und der umschließende n+-Bereich 2 durch einen Bereich getrennt, der Material der n-Wanne 3 enthält.
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Der zweite Teil des Thermoelements, unten rechts in 3 gezeigt, weist einen zentralen p+-Bereich 4 auf, der sich in einer p-Wanne 6 befindet. Um den zentralen p+-Bereich 4, in derselben p-Wanne 6, umschließt ein umschließender p+-Bereich 5 einen Bereich, der den zentralen p+-Bereich 4 enthält. Zum Beispiel sind der zentrale p+-Bereich 4 und der umschließende p+-Bereich 5 durch einen Bereich getrennt, der Material der p-Wanne 6 enthält. Wie in 3 gezeigt, ist die p-Wanne 6 in einer tiefen n-Wanne 7 eingebettet.
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Es ist offensichtlich, dass, wenn das Substrat ein n-Substrat ist, die tiefe n-Wanne weggelassen werden kann und eine tiefe p-Wanne unter der n-Wanne 3 vorgesehen werden kann. Andere Konfigurationen sind ebenfalls möglich.
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Der zentrale n+-Bereich 1 und der zentrale p+-Bereich 4 sind elektrisch miteinander verbunden. Außerdem sind der zentrale n+-Bereich 1 und der zentrale p+-Bereich 4 thermisch mit einer Lötkugel verbunden. Bei der in der Figur gezeigten Implementierung hat eine Metallverbindung 9 eine doppelte Funktion eines elektrischen Verbindens des zentralen n+-Bereichs 1 und des zentralen p+-Bereichs 4 miteinander und eines thermischen Verbindens des zentralen n+-Bereichs 1 und des zentralen p+-Bereichs 4 mit der Lötkugel 10. Zu diesem Zweck ist ein Teil der Metallverbindung 9 mit einer Oberfläche der Lötkugel 10 ausgerichtet. Die Lötkugel 10 ist von der Metallverbindung 9 mittels einer Isolationsschicht 11 elektrisch isoliert. Diese Isolationsschicht 11 ist ein elektrischer Isolator und ein thermischer Leiter. Die Isolationsschicht 11 besteht aus einem Oxid-Material, nämlich Siliziumoxid.
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Die elektrischen Verbindungen 12 und 13 sind die Elektroden des Thermoelements. Mehrere dieser Thermoelemente können mittels der elektrischen Verbindungen 12 und 13 in Serie verbunden sein.
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Obwohl der umschließende n+-Bereich und der umschließende p+-Bereich in den Figuren mit einer rechteckigen Form dargestellt wurden, sind auch andere Formen möglich, wie kreisförmig, ringförmig, oval oder allgemein runde oder polygonale Formen. Dasselbe gilt für die Form des zentralen n+-Bereichs und des zentralen p+-Bereichs.
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Während des Betriebs, wenn die Erhebung 10 thermisch mit einem Objekt verbunden ist, das eine höhere Temperatur als das Substrat hat, hat der obere Teil des zentralen n+-Bereichs 1 und des zentralen p+-Bereichs 4 eine Temperatur, die verschieden ist von dem Substrat und den n- und p-Wannen aufgrund der thermischen Kopplung mit der Lötkugel unter der Annahme, dass die Lötkugel eine andere Temperatur als das Substrat hat. Wenn die Lötkugel wärmer ist als das Substrat, hat die Verbindung 13 eine positive Spannung relativ zu der Verbindung 12. Um eine Serienverbindung zu implementieren, wird die Verbindung 13 mit der Verbindung 12 des nächsten Thermoelements verbunden, und so weiter. Die erste Verbindung 12 der Sequenz ist der negative Anschluss; die letzte Verbindung 13 der Sequenz ist der positive Anschluss des thermoelektrischen Generators, bestehend aus einer Serie von Thermoelementen. Zum Beispiel können die Verbindung 12 und die Verbindung 13 als Stifte implementiert werden.
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4 zeigt eine Serienverbindung 15 von zwei der Thermoelemente, wie in 3 gezeigt. Elemente, die in 3 und 4 ähnlich sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ein erstes Thermoelement enthält einen zentralen n+-Bereich 1, umschließenden n+-Bereich 2, Metallverbindung 9, zentralen p+-Bereich 4 und umschließenden n+-Bereich 5. Ein zweites Thermoelement enthält einen zentralen n+-Bereich 1', umschließenden n+-Bereich 2', Metallverbindung 9', zentralen p+-Bereich 4' und umschließenden n+-Bereich 5'. Die n-Wannen und p-Wannen und das p-Substrat 8 sind ebenfalls in der Konfiguration von 4 vorhanden, werden aber in der Figur nicht gezeigt. Die Verbindung 13 verbindet die beiden Thermoelemente in Serie. Die Verbindungen 12 und 14 können als Elektroden des thermoelektrischen Generators verwendet werden, oder um weitere Thermoelemente in der Serie zu verbinden. Die Metallverbindungen 9 und 9' können thermisch mit derselben Lötkugel 10 verbunden sein. Da die Thermoelemente und Metallverbindungen wesentlich kleiner sind als die Lötkugel, können viele Metallverbindungen entlang einer Oberfläche der Lötkugel verteilt sein (durch Isolationsmittel 11 getrennt), um die Wärme von einer Lötkugel zu vielen der zentralen n+ und p+-Bereiche zu übertragen.
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In einer beispielhaften Implementierung ist die interne Verbindung 9 zwischen dem kleinen zentralen n+-Bereich 1 und dem zentralen p+-Bereich 4 elektrisch mit nichts anderem verbunden. Nur ein einzelner zentraler n+-Bereich 1 ist mit einem entsprechenden zentralen p+-Bereich 4 verbunden. Jedoch können viele derartige Verbindungen 9 (von verschiedenen Thermoelementen) thermisch mit derselben Erhebung verbunden sein.
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Zum Beispiel kann eine integrierte Schaltung ein Substrat mit zumindest einem Thermoelement aufweisen, wobei das Thermoelement konfiguriert ist zum Umwandeln einer Temperaturdifferenz in eine Spannung. Eine Lötkugel oder eine Kupfersäule können thermisch mit einem Teil des Thermoelements verbunden sein.