片上能量收集，带来新突破！

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片上能量收集，带来新突破！

4月前

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来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自elektroniknet，谢谢。

著名科学杂志 ACS Applied Energy Materials 的封面，研究人员在其中报告了他们在片上能量收集方面的突破。

新型热电材料不仅可以在芯片上进行“能量收集”，而且可以显着减少对外部冷却和电力的需求，从而提高电子设备的效率。

突破在于，来自德国、意大利和英国的研究人员成功找到了一种适合片上能量收集的新型热电材料。它是锗和锡的合金。由于这两种元素都来自元素周期表的第四主族，因此新型半导体合金可以轻松集成到标准 CMOS 工艺中。研究结果登上了著名科学杂志ACS Applied Energy Materials的封面。

电子设备在生活各个领域的使用不断增加，正在推高能源消耗。大部分能量以热量的形式释放到环境中。在欧洲，IT 基础设施和数据中心以及智能设备等设备每年损失约 1.2 艾焦耳。这大致相当于奥地利或罗马尼亚的一次能源消耗。由于热力学效率差和技术限制，这种低于 80°C 的热量历来难以利用。

一个里程碑

因此，理想的做法是再次返回低温热量。但能够将热量转化为电能的材料很少，而且它们都不与半导体制造设施中的现有技术兼容。然而，于利希研究中心与德国IHP-莱布尼茨创新微电子研究所以及比萨大学、意大利博洛尼亚大学和英国利兹大学的合作现已达到发展的里程碑这种材料适合在芯片上产生能量，并且与芯片生产的CMOS工艺兼容。

“在锗中添加锡可显着降低热导率，同时保持电性能——这是热电应用的理想组合，”博士解释道。Dan Buca，于利希研究中心研究组组长。实验证实晶格的低导热率凸显了GeSn合金作为热电材料的巨大潜力。

将光子学、电子学和热电学集成于一颗芯片上

元素周期表中的第四族元素（也称为硅族）构成了每个电子设备的基础。通过将它们组合成合金，应用领域扩展到热电学、光子学和自旋电子学。从长远来看，利用硅基技术将光子学、电子学和热电学集成在同一芯片上是可以实现的。这不仅可以提高设备的性能，还可以支持更可持续技术的开发。

»通过本出版物，我们迈出了非常重要的一步。我们通过对不同合金成分和厚度的样品应用一系列不同的实验技术，评估了热电材料最关键的参数之一——导热率。”IHP 项目负责人 Giovanni Capellini 教授解释道。»我们的联合研究可以对“绿色 IT”基础设施领域产生重大影响。

于利希研究中心和 IHP 的研究小组正在继续成功合作，进一步开发这种材料。目的是将合金的成分扩展到硅-锗-锡（SiGeSn），以及添加碳的最终IV族合金（CSiGeSn），从而生产出能够实现能源生产潜力的功能性热电装置可以演示 IV 族合金。该活动得到了新授予的 DFG 拨款“用于室温下能源生产的 SiGeSn 合金”的财政支持。此外，该工作得到了合作博士项目“大数据应用的CMOS能量生成”的支持。

热电元件如何工作？

热电元件将温差直接转化为电能。现有的温度梯度刺激电荷载流子的流动，从而产生电流。该过程可用于利用电子设备中的废热，将其转化为可用能源并减少总体能源消耗。

低热导率对于热电材料来说是理想的，因为它允许更大的温度梯度，这反过来对于高效的能量转换至关重要。由于导热系数低，GeSn 合金似乎特别适合产生这样的温度梯度，这反过来又有利于它们的热电效率。

著名科学杂志 ACS Applied Energy Materials 的封面，研究人员在其中报告了他们在片上能量收集方面的突破。

参考链接

https://www.elektroniknet.de/halbleiter/verlustwaerme-gleich-auf-dem-chip-zurueckgewinnen.218771.html

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