Ei! Como fornecedor de wafers de silício de 12 polegadas, muitas vezes sou questionado sobre suas propriedades termoelétricas. Então, vamos mergulhar e explorar o que torna esses wafers tão especiais em termos de termoeletricidade.
Em primeiro lugar, o que é exatamente a termoeletricidade? Bem, é tudo uma questão de relação entre diferenças de temperatura e tensão elétrica. Quando há um gradiente de temperatura em um material, ele pode gerar uma voltagem elétrica e vice-versa. Essa propriedade é muito útil em diversas aplicações, como geradores termoelétricos que transformam calor em eletricidade e resfriadores Peltier que usam eletricidade para criar uma diferença de temperatura.
Agora, vamos falar sobre silício. O silício é um semicondutor e suas propriedades termoelétricas são influenciadas por alguns fatores importantes. Um dos mais importantes é a sua estrutura cristalina. Os wafers de silício de 12 polegadas são geralmente feitos de silício de cristal único, que possui um arranjo atômico altamente ordenado. Essa estrutura ordenada afeta a forma como o calor e os elétrons se movem através do material.
No silício monocristalino, o calor é transferido principalmente por meio de vibrações de rede, conhecidas como fônons. O arranjo atômico regular na rede cristalina permite que os fônons viajem com relativa liberdade. No entanto, os elétrons também desempenham um papel na transferência de calor. No silício, os elétrons podem transportar calor e também eletricidade. O movimento dos elétrons é afetado pelas bandas de energia no semicondutor. O silício tem um bandgap, que é a diferença de energia entre a banda de valência (onde os elétrons estão ligados aos átomos) e a banda de condução (onde os elétrons podem se mover livremente).
O desempenho termoelétrico de um material é frequentemente medido por uma figura de mérito, chamada valor ZT. ZT é calculado como ZT = (S²σT)/κ, onde S é o coeficiente de Seebeck, σ é a condutividade elétrica, T é a temperatura absoluta e κ é a condutividade térmica.
O coeficiente Seebeck (S) é uma medida de quanta tensão é gerada por unidade de diferença de temperatura. No silício, o coeficiente de Seebeck depende do nível de dopagem. Dopagem é o processo de adição de impurezas ao silício para alterar suas propriedades elétricas. Por exemplo, a adição de fósforo (uma impureza doadora) cria um silício tipo n com elétrons extras, enquanto a adição de boro (uma impureza aceitadora) cria um silício tipo ap com lacunas (elétrons ausentes). O coeficiente de Seebeck pode ser positivo ou negativo, dependendo se o material é do tipo p ou do tipo n.
A condutividade elétrica (σ) está relacionada à facilidade com que elétrons ou buracos podem se mover através do material. No silício, a dopagem pode aumentar significativamente a condutividade elétrica. Níveis mais altos de dopagem significam mais portadores de carga (elétrons ou lacunas), o que leva a maior condutividade. Mas há uma troca. Aumentar o nível de dopagem também pode aumentar a condutividade térmica porque os portadores de carga também podem transportar calor.
A condutividade térmica (κ) é uma medida de quão bem um material conduz calor. No silício, a condutividade térmica é relativamente alta em comparação com alguns outros materiais termoelétricos. Isso se deve ao transporte eficiente de fônons na rede monocristalina. No entanto, para aplicações termoelétricas, muitas vezes é desejada uma condutividade térmica mais baixa porque ajuda a manter um gradiente de temperatura através do material, o que é necessário para gerar eletricidade.
Para melhorar o desempenho termoelétrico dos wafers de silício de 12 polegadas, pesquisadores e fabricantes estão constantemente procurando maneiras de otimizar o valor ZT. Uma abordagem é reduzir a condutividade térmica sem sacrificar muita condutividade elétrica. Isto pode ser feito através da introdução de nanoestruturas ou defeitos no silício. As nanoestruturas podem espalhar fônons, reduzindo sua capacidade de transportar calor, ao mesmo tempo que têm um efeito relativamente pequeno no movimento dos elétrons.
Outra forma é usar uma combinação de diferentes níveis e materiais de dopagem. Por exemplo, a criação de uma estrutura multicamadas com camadas alternadas de silício tipo p e tipo n pode melhorar o desempenho termoelétrico. Estas camadas podem ser projetadas para otimizar o fluxo de elétrons e calor, melhorando o valor geral de ZT.
Agora, vamos comparar wafers de silício de 12 polegadas com outros tamanhos. Nós também oferecemosBolacha de silício de 3 polegadas (76,2 mm)eWafer de silício de 6 polegadas (150 mm). O tamanho do wafer pode afetar até certo ponto suas propriedades termoelétricas. Wafers menores podem ter diferentes proporções de superfície para volume, o que pode influenciar a transferência de calor na superfície. No entanto, as propriedades termoelétricas fundamentais do silício, como o coeficiente de Seebeck e a condutividade elétrica, são determinadas principalmente pelas propriedades intrínsecas do material e não pelo tamanho do wafer.
NossoBolacha de silício de 12 polegadas (300 mm)é amplamente utilizado na indústria de semicondutores para uma variedade de aplicações. Em aplicações termelétricas, o grande tamanho permite a fabricação de dispositivos termoelétricos de maior escala. Isto pode ser benéfico para aplicações onde é necessária alta potência, como em sistemas de recuperação de calor residual em processos industriais.
Além das propriedades termoelétricas, os wafers de silício de 12 polegadas apresentam outras vantagens. Eles oferecem uma grande área de superfície para fabricação de dispositivos, o que pode aumentar a eficiência da produção. A estrutura de cristal único de alta qualidade garante desempenho consistente em todo o wafer, o que é crucial para a produção em massa de dispositivos termoelétricos confiáveis.
Se você está procurando wafers de silício de 12 polegadas de alta qualidade para suas aplicações termoelétricas, adoraríamos falar com você. Quer você seja um pesquisador buscando desenvolver novos materiais termoelétricos ou um fabricante que produz dispositivos termoelétricos, nossos wafers podem atender às suas necessidades. Entre em contato conosco para iniciar uma discussão sobre suas necessidades específicas e como podemos ajudá-lo a atingir seus objetivos.
Referências:
- Rowe, DM (Ed.). (2006). Manual CRC de termelétricas. Imprensa CRC.
- Dresselhaus, MS, Chen, G., Tang, MY, Yang, RG, Lee, H., Wang, DZ e Ren, ZF (2007). Novos rumos para materiais termoelétricos de baixa dimensão. Materiais Avançados, 19(19), 2437 - 2469.