19 mayo 2010

Nueva tecnología de refrigeración de chips y energy harvesting

Volvemos a tratar en este artículo la tecnología Energy Harvesting, y en esta ocasión profundizamos más en la nanotecnología describiendo los elementos termoeléctricos que fabrica la compañía alemana micropelt.
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DESCRIPCIÓN DE LA TECNOLOGÍA
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Concepto de doble-oblea
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La tecnología en la que se basan estos elementos termoeléctricos se basa en el concepto de doble capa. En los dispositivos fabricados se utilizan materiales semiconductores tipo n- y tipo p- que se producen de forma separada y se optimizan en dos obleas diferentes. Despues de cortarse, las partes n- y las partes p- se conectan juntas a un único dispositivo.
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Proceso microelectrónico del film delgado
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El proceso de fabricación usa técnicas de micro electrónica. El sustrato utilizado son obleas de silicio/dióxido de silicio. El material termoeléctrico relacionado es el Bi2 Te3 que se denomina mediante un proceso de nebulizado, o más correctamente sputtering. Finalmente, las obleas n- y p- se estructuran mediante un proceso de grabado al ácido, o etching, en seco.
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Las obleas finalmente se ven como una única unión de tipo n- o tipo p-. Soldando entre sí las partes n- y p- se producen los dispositivos Micropelt Peltier cooler y Micropelt thermogenerator.
APLICACIONES
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Enfriamiento, calentamiento, control de la temperatura con rapidez, estabilización de la temperatura y capacidad sensora son algunas de las posibilidades que ofrece esta tecnología. También la generación de energía y energy harvesting para redes de sensores inalámbricos son otras aplicaciones.
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La ventaja de estos dispositivos respecto a los convencionales es que son más pequeños y la conmutación de temperatura más rápida.
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Refrigeración de chips
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Los refrigeradores de esta tecnología proporcionan densidades de alta potencia y tiempo de respuesta rápida en chips cuyo tamaño son milímetros y son convenientes como soluciones de gestión térmica en muchas aplicaciones existentes y nuevas.
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Estos refrigeradores extraen calor de materiales sólidos, líquidos y gases. Pero la ventaja de thinfilm thermoelectric Peltier cooler es que pueden hacer esto con una rapidez extremadamente rápida y en huellas sorprendentemente pequeñas - con una densidad de potencia de hasta diez veces superior a los termogeneradores convencionales.
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Una de las aplicaciones de esta tecnología es la refrigeración rápida y poderosa de dispositivos chips cuyo rendimiento puede quedar limitado por los llamados puntos calientes. Ultra-small thermoelectric coolers (TECs) pueden quitar calor directamente del punto caliente. Esto previene que el chip se sobrecaliente y permita velocidades de reloj más altas, y fiabilidad y tiempo de vida mejorada.
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Refrigeración de fibra óptica
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Los refrigeradores de chips ofrecen nuevas posibilidades para controlar la temperatura en aplicaciones con sensores, fotónica y fibra óptica. Las dimensiones ultrapequeñas y altas impedancias rompen los límites de las soluciones TEC convencionales.
Energy Harvesting
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Thermoelectric (TE) energy harvesting se basa en el flujo de calor a través del elemento termoeléctrico o un termogenerador que comprende una multitud de tales elementos. El flujo de calor es impulsado por la diferencia de temperatura a través del elemento. El voltaje generado es proporcional al número de elementos y la diferencia de temperatura. Micropelt thermogenerators contienen cientos de tales elementos - 10 a 100 veces más que los dispositivos TE convencionales. Estos termogeneradores producen voltajes en el rango de 0,5 - 5 voltios dependiendo de las diferencias de temperatura y en superficies tan pequeñas como 12 mm2 son suficientes para haceer funcionar a un amplio rango de aplicaciones inalámbricas de baja potencia, incluyendo sensores remotos, data loggers y pequeños actuadores.
Palabras clave: Thermoelectric element, two-wafer concept, thermogenerator
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