ISBN 9783843910903

978-3-8439-1090-3, Reihe Elektrotechnik

Andrej Stranz
Untersuchung von einkristallinem Bulk-Silizium und Silizium-Nanosäulen für die thermoelektrische generatorische Energieumwandlung

144 Seiten, Dissertation Technische Universität Braunschweig (2013), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden Untersuchungen von einkristallinem Bulk-Silizium und Silizium-Nanosäulen für den Einsatz in der thermoelektrischen generatorischen Energieumwandlung für Temperaturen bis 500 C vorgestellt. Durch Modellrechnungen und messtechnische Analysen wird ein Ansatz gezeigt, wie einkristallines Silizium als thermoelektrisches Material genutzt werden kann. Silizium wird in der Thermoelektrik hauptsächlich in polykristalliner Form bzw. als Legierungselement bei etablierten thermoelektrischenWerkstoffen wie z.B. SiGe oder FeSi2 verwendet. Obwohl einkristallines Silizium relativ hohen Seebeck-Koeffizienten aufweist und die elektrische Leitfähigkeit über den Zusatz von Dotierstoffen im großen Bereich eingestellt werden kann, hat die hohe thermische Leitfähigkeit von einkristallinem Silizium seinen Einsatz in der Thermoelektrik bislang verhindert. Ein Ansatz die thermische Leitfähigkeit von Silizium zu reduzieren ist die Strukturierung von einkristallinem Bulk-Silizium in Nanodrähte bzw. Nanosäulen. Solche quasieindimensionalen Strukturen mit Nanodrahtdurchmessern von einigen zehn Nanometer bis wenige hundert Nanometer zeigen eine starke Reduktion der thermischen Leitfähigkeit, ohne dabei eine Reduktion des Seebeck-Koeffizienten und der elektrischen Leitfähigkeit zu verursachen. In dieser Arbeit wird die Herstellung von Nanosäulen im einkristallinem Silizium mit ICP-Kryo-Trockenätzen vorgestellt. Messungen der thermoelektrischen Parameter an einzelnen Nanosäulen und Nanosäulen-Arrays werden gezeigt. Für die Einordnung der Messergebnisse an den Silizium-Nanosäulen werden zuvor die thermoelektrischen Eigenschaften von einkristallinem Bulk-Silizium analysiert.