DE10038891A1 - Thermoelement, elektronisches Gerät und Verfahren zum Herstellen eines Thermoelements - Google Patents
Thermoelement, elektronisches Gerät und Verfahren zum Herstellen eines ThermoelementsInfo
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Abstract
Das Thermoelement weist ein Substrat und eine Vielzahl durch das Substrat sich erstreckende Löcher auf, wobei ein erstes Loch mit einem ersten Material und ein zweites Loch mit einem zweiten Material gefüllt ist, wobei das erste Material und das zweite Material miteinander derart gekoppelt sind, dass ein Thermopaar gebildet wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Thermoelement sowie ein Verfahren
zum Herstellen eines Thermoelements.
Ein solches Thermoelement sowie ein solches Verfahren zum
Herstellen eines Thermoelements sind aus [1] bekannt.
Das aus [1] bekannte Thermoelement weist ein Paar
langgestreckter zylindrischer metallischer Leiter auf, die an
ihren Enden miteinander thermisch gekoppelt sind, so dass sie
einen geschlossenen elektrischen Pfad bilden. Das in [1]
beschriebene Thermoelement kann sowohl als Thermogenerator,
d. h. zur Umwandlung von Wärme in elektrische Energie als auch
als Kühlelement verwendet werden. Das in [1] beschriebene
Thermoelement ist jedoch relativ groß und weist einen relativ
geringen Wirkungsgrad auf.
Weiterhin ist es aus [2] bekannt, unter Ausnutzen des
sogenannten Peltiereffekts ein Thermoelement als Kühlelement
auszugestalten.
Weiterhin ist aus [3] eine Übersicht über unterschiedliche
Thermopaare und den Thermopaaren zugeordneten
Thermospannungen bekannt.
Unter einem Thermopaar ist im weiteren ein Paar zweier
Materialien zu verstehen, die zueinander eine
unterschiedliche Elektronegativität aufweisen, so dass bei
mechanischer Kontaktierung der beiden Materialien bei einer
unterschiedlichen Temperatur der beiden Materialien eine
elektrische Spannungsdifferenz zwischen den beiden
Materialien auftritt.
Aus [4] ist es bekannt, in einem Substrat Löcher mit einem
Durchmesser von 1 µm bis 50 µm zu bilden, mit einer Tiefe von
einigen Mikrometern bis zu einigen Millimetern, wobei die
Löcher in einem Abstand voneinander zwischen 1 mm und 50 mm
angeordnet sind.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Thermoelement
mit verbessertem Wirkungsgrad bei reduzierter
Dimensionierung, d. h. einem kleineren Thermoelement
anzugeben.
Das Problem wird durch ein Thermoelement sowie durch ein
Verfahren zum Herstellen eines Thermoelements sowie durch ein
elektronisches Gerät mit einem solchen Thermoelement mit den
Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Ein Thermoelement weist ein Substrat auf, welches
nebeneinander angeordnete Löcher aufweist. Mindestens ein
erstes Loch, allgemein eine beliebige Anzahl erster Löcher
sind mit einem ersten Material gefüllt. Mindestens ein
zweites Loch, allgemein eine beliebige Anzahl zweiter Löcher,
sind mit einem zweiten Material gefüllt. Das erste Material
und das zweite Material, d. h. die ersten Löcher und die
zweiten Löcher sind jeweils beispielsweise mittels des
Substrats voneinander elektrisch isoliert. Das erste Material
und das zweite Material werden derart ausgewählt, dass sie
gemeinsam ein Thermopaar bilden, d. h. anschaulich weisen das
erste Material und das zweite Material eine unterschiedliche
Elektronegativität auf.
Außerhalb des Substrats, d. h. über bzw. unter dem Substrat
sind das erste Material und das zweite Material derart
miteinander gekoppelt, dass sie ein Thermopaar ausbilden
können.
Grundsätzlich können somit eine Vielzahl von ersten Löchern
und zweiten Löchern vorgesehen sein, wobei jeweils jedes
erste Loch mit dem ersten Material gefüllt ist und das
jeweilige zweite Loch mit dem zweiten Material und wobei
jeweils das erste Material mit dem zweiten Material
miteinander elektrisch gekoppelt ist.
Durch die Erfindung wird es möglich, insbesondere bei sehr
dünnen und langen Löchern innerhalb des Substrats ein
Thermoelement mit einem sehr vorteilhaften Wirkungsgrad, d. h.
mit einer sehr guten Effizienz, herzustellen.
Ein solches Thermoelement kann beispielsweise dadurch
hergestellt werden, dass durch ein Substrat hindurch
nebeneinander angeordnete Löcher gebildet werden,
beispielsweise mittels Bohrens oder mittels Ätzens.
Mindestens ein erstes Loch, allgemein eine beliebige Anzahl
erster Löcher werden mit jeweils einem ersten Material
gefüllt und mindestens ein zweites Loch, allgemein eine
beliebige Anzahl zweiter Löcher, wird mit einem zweiten
Material gefüllt. Das erste Material und das zweite Material
sind durch das Substrat elektrisch voneinander isoliert.
Das erste Material und das zweite Material enthalten
Material, wodurch gewährleistet ist, dass bei mechanischem
Kontakt des ersten Materials und des zweiten Materials
jeweils ein Thermopaar gebildet wird.
In einem weiteren Schritt werden das erste Material und das
zweite Material derart gekoppelt, dass sie gemeinsam ein
Thermopaar bilden.
Die Löcher sind in dem Substrat vorzugsweise matrixförmig in
Zeilen und Spalten derart angeordnet, dass die ersten Löcher
und die zweiten Löcher jeweils in Zeilen angeordnet sind.
Durch diese regelmäßige Anordnung wird die Herstellung und
die Kopplung der einzelnen Löcher und somit die Herstellung
des Thermoelements stark vereinfacht, weshalb das
Thermoelement gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung sehr
kostengünstig herstellbar ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist jeweils ein
erstes Material in einem ersten Loch und ein zweites Material
in einem zweiten Loch in Serie geschaltet, wobei jeweils
mehrere erste Löcher parallel geschaltet sein können und
jeweils mehrere zweite Löcher ebenfalls parallel geschaltet
sein können.
Gemäß dieser Ausgestaltung wird der Wirkungsgrad des
gebildeten Thermoelements weiter erhöht.
Somit können bei einer matrixförmigen Anordnung der ersten
Löcher und der zweiten Löcher das erste Material und das
zweite Material einer Zeile parallel geschaltet sein und das
erste Material und das zweite Material zwei benachbarter,
vorzugsweise unmittelbar benachbarter Zeilen jeweils in Serie
geschaltet sein.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Substrat
selbst elektrisch isolierend, beispielsweise wenn das
Substrat Silizium-Dioxid oder Silizium-Nitrid enthält.
Ist das Substrat selbst jedoch gemäß eine weiteren
Ausgestaltung der Erfindung nicht elektrisch isolierend, d. h.
kann das Substrat selbst keine elektrische Isolierung
zwischen den einzelnen Löchern, d. h. zwischen dem ersten
Material und dem zweiten Material, gewährleisten, so ist in
die Löcher vorzugsweise entlang der gesamten Oberfläche der
Löcher eine Isolatorschicht, vorzugsweise ebenfalls aus
Silizium-Dioxid oder Silizium-Nitrid aufgebracht.
Das Silizium-Dioxid kann beispielsweise mittels thermischer
Oxidation und das Silizium-Nitrid mittels eines
Abscheideverfahrens aus der Gasphase (Chemical Vapour
Deposition, CVD) erzeugt werden.
Auf der Isolatorschicht ist dann entsprechend das jeweilige
Material eingebracht, so dass die Isolatorschicht für die
elektrische Isolierung zwischen dem jeweiligen Material und
dem Substrat und somit auch zwischen dem jeweiligen ersten
Material und dem zweiten Material gewährleistet ist.
Durch die oben beschriebene regelmäßige Anordnung der
einzelnen Löcher wird der Herstellungsprozess sowie die
elektrische Kontaktierung der einzelnen Materialien stark
vereinfacht, wodurch die Herstellungskosten des
Thermoelements weiter reduziert werden.
Vorzugsweise werden die Löcher vollständig durch das Substrat
hindurch gebildet und außerhalb des Substrats miteinander
elektrisch gekoppelt. Zwischen der elektrischen Kopplung
zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material und dem
Substrat selbst kann eine elektrisch isolierende Schicht,
vorzugsweise ebenfalls aus Silizium-Dioxid oder Silizium-
Nitrid, vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es
vorgesehen, dass auf der einen Seite des Thermoelements, d. h.
auf einer ersten Oberfläche des Substrats, das Substrat und
das erste Material bzw. das zweite Material mit einem
Kühlkörper gekoppelt ist. Auf der anderen Seite, d. h. an der
zweiten Oberfläche des Substrats sind das Substrat, das erste
Material sowie das zweite Material thermisch mit einer
Wärmequelle gekoppelt.
Die Effizienz des Thermoelements wird weiter dadurch
reduziert, dass die Löcher lediglich einen Durchmesser von
einigen Mikrometern, beispielsweise in einem Bereich von 1 µm
bis 50 µm, vorzugsweise einen Durchmesser in einem Bereich
von 5 µm bis 50 µm, besonders bevorzugt von ungefähr 10 µm
aufweisen.
Die Löcher können in einem Abstand von einigen Mikrometern,
vorzugsweise in einem Abstand zwischen 1 µm und 50 µm,
vorzugsweise in einem Abstand zwischen 10 µm und 30 µm,
besonders bevorzugt in einem Abstand von 20 µm voneinander
angeordnet sein.
Die Löcher können eine Tiefe durch das Substrat in einem
Bereich einiger Mikrometer bis zu einigen Millimetern
aufweisen, vorzugsweise von einigen hundert Mikrometern,
besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 200 µm bis zu
800 µm, beispielsweise 500 µm aufweisen.
Sind die Löcher derart ausgestaltet, dass sie sich jeweils
durch das gesamte Substrat hindurch erstrecken, so weist das
Substrat eine entsprechende Dicke auf, die der Tiefe der
Löcher entspricht.
Als Thermopaar eignet sich insbesondere eine der folgenden
Materialkombinationen die einzeln oder in Kombination
miteinander in dem Thermoelement verwendet werden können:
- - Kupfer als erstes Material und Kupfer-Nickel als zweites Material, und/oder
- - Nickel als erstes Material und Nickel-Chrom als zweites Material, und/oder
- - Platin-Rhodium als erstes Material und Platin als zweites Material.
Wird zumindest einer der oben beschriebenen
Materialkombinationen gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
eingesetzt, so wird eine sehr gute Effizienz für das
Thermoelement gewährleistet, da diese Materialkombinationen
Thermopaare mit einer sehr großen Spannungsdifferenz
gewährleisten.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung ist darin zu sehen,
dass aufgrund der geringen Oxidationsneigung der
entsprechenden Materialien eine sehr gute Robustheit des
Thermoelements gewährleistet ist.
Durch Einsatz der Materialkombination Nickel-Chrom/Nickel als
erstes Material bzw. zweites Material wird bei einer sehr
vorteilhaften nur geringen Wärmeleitfähigkeit auch bei hohen
Temperaturen ein sehr linearer Verlauf der Thermospannungen
erreicht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es
vorgesehen, Polymere mit jeweils unterschiedlicher
Elektronegativität als erstes Material bzw. zweites Material
zu verwenden.
Der Wirkungsgrad des gebildeten Thermoelements kann weiter
dadurch verbessert werden, dass die Kopplung zwischen dem
ersten Material und dem zweiten Material oberhalb bzw.
unterhalb des Substrats von dem Material gebildet wird, das
jeweils den geringeren elektrischen Widerstand aufweist.
Auf diese Weise werden die elektrischen Verluste an den
Kopplungen weiter reduziert.
Das Thermoelement kann sowohl als Kühlelement als auch als
Thermogeneratoreinheit ausgestaltet sein zum Umwandeln der
Energie in elektrischen Strom.
Aufgrund seines wie im weiteren noch erläuterten sehr hohen
Wirkungsgrades eignet sich das Thermoelement bei
Ausgestaltung als Thermogeneratoreinheit sehr gut als
Spannungsquelle in einem elektronischen Gerät, beispielsweise
für eine Uhr, vorzugsweise eine Armbanduhr, für ein Hörgerät
oder allgemein für einen elektronischen Sensor.
Das Material kann gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
mittels eines Druckgussverfahrens oder alternativ mittels
eines galvanischen Verfahrens, beispielsweise wie in [4]
beschrieben, in die jeweiligen Löcher gefüllt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren
dargestellt und werden im weiteren näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 einen Querschnitt durch das Thermoelement gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 einen weiteren Querschnitt durch das Thermoelement
gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 einen weiteren Querschnitt durch ein Thermoelement
gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit
einer Wärmequelle und einem Kühlkörper.
Fig. 1 zeigt ein Thermoelement 100 mit einem Substrat 101 aus
Silizium, wobei das Substrat 101 eine Dicke 102 von ungefähr
500 µm aufweist.
In das Substrat 101 ist mittels des in [4] beschriebenen
Verfahrens eine Vielzahl von Löchern 103 mit einem
Durchmesser von ungefähr 10 µm geätzt, die sich durch das
gesamte Substrat 101 hindurch erstrecken, wobei die Löcher
103 matrixförmig entlang einer Vielzahl von Zeilen 104 und
Spalten 105 angeordnet sind.
Die Löcher 103 werden vollständig mit einer elektrisch
isolierenden Schicht 106 aus Silizium-Dioxid oder Silizium-
Nitrid überzogen.
Die isolierende Schicht 106 wird beispielsweise mittels eines
geeigneten CVD-Verfahrens auf der Oberfläche der Löcher 103
in dem Substrat 101 aufgebracht.
Anschließend wird in einem weiteren Schritt in die Löcher 103
mittels eines Druckgussverfahrens oder eines galvanischen
Verfahrens, wie in [4] beschrieben, erstes Material in erste
Löcher eingebracht.
Als erstes Material wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel
Kupfer, Nickel oder Platin-Rhodium verwendet, um die ersten
Löcher vollständig zu füllen.
In einem weiteren Schritt werden zweite Löcher, die noch
nicht mit dem ersten Material gefüllt sind, mit zweitem
Material gefüllt.
Wird Kupfer als erstes Material verwendet, so wird gemäß
diesem Ausführungsbeispiel als zweites Material Kupfer-Nickel
verwendet.
Wird Nickel als erstes Material verwendet, so wird gemäß
diesem Ausführungsbeispiel als zweites Material Nickel-Chrom
verwendet.
Wird Platin-Rhodium als erstes Material verwendet, so wird
gemäß diesem Ausführungsbeispiel Platin als zweites Material
eingesetzt.
Allgemein werden Materialkombinationen verwendet, die, wenn
sie miteinander in mechanischen Kontakt gebracht werden, eine
Thermospannung bilden, d. h. es werden Materialkombinationen
verwendet, mit denen ein Thermopaar gebildet werden kann.
Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung sind erste Löcher
und zweite Löcher jeweils entlang einer Zeile 104 angeordnet.
Die ersten Löcher in einer Zeile sind jeweils miteinander
elektrisch gekoppelt, beispielsweise mittels einer Kopplung
aus dem ersten Material, so dass anschaulich eine
Parallelschaltung des ersten Materials, d. h. der in den
ersten Löchern sich befindenden ersten Material in der
jeweiligen Zeile gebildet wird.
Entsprechend wird eine Parallelschaltung von jeweils zweiten
Löchern in einer Zeile gebildet, indem die zweiten
Materialien in den zweiten Löchern mittels weiterer
Kopplungen aus zweitem Material miteinander verbunden werden.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, wird das erste Material mit dem
zweiten Material thermisch gekoppelt, so dass eine
Thermospannung zwischen dem ersten Material und dem zweiten
Material erzeugt wird.
Bei der matrixförmigen Anordnung der Löcher besteht diese
Kopplung beispielsweise darin, dass zwischen jeweils zwei
unmittelbar benachbarten Zeilen das erste Material einer
ersten Zeile mit einem zweiten Material einer zweiten Zeile
mittels einer Kopplung 201 gekoppelt ist, wobei die Kopplung
201 vorzugsweise aus dem Material gebildet wird, welches den
geringeren elektrischen Widerstand aufweist.
Bei Verwenden der Materialkombination Kupfer/Kupfer-Nickel
wird vorzugsweise Kupfer für die Kopplung 201 verwendet.
Bei der Materialkombination Nickel-Chrom/Nickel wird
vorzugsweise Nickel für die Kopplung 201 verwendet.
Bei der Materialkombination Platin-Rhodium/Platin wird
vorzugsweise Platin für die Kopplung 201 verwendet.
Die Kopplungen 201 sind oberhalb bzw. unterhalb des Substrats
101 aufgebracht, gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung auf
einer Schicht Silizium-Dioxid oder Silizium-Nitrid, die eine
elektrische Isolation der Kopplung 201 zu dem Substrat 102
hin gewährleistet.
Es hat sich herausgestellt, dass bei Verwenden von Silizium
als Substrat 101 und der Materialkombination Nickel/Nickel-
Chrom bei einer Temperaturdifferenz von 10°C zwischen den
Oberflächen 202, 203 des Substrats 101 eine elektrische
Spannung von 1 V erzeugt werden kann bei Vorsehen von nur
2500 Thermopaaren.
Dies bedeutet unter der Annahme, dass jedes Loch 103 einen
Flächenbedarf von 16 µm aufweist, sich für eine
Spannungsquelle von 1 V in diesem Fall ein Gesamtbedarf an
Fläche ergibt von 50 × 16 µm × 50 × 16 µm = 800 µm × 800 µm =
0,64 mm2.
Fig. 3 zeigt das Thermoelement 100 für den Fall, dass es als
Thermogeneratoreinheit ausgestaltet ist.
In diesem Fall ist eine Wärmesenke, d. h. ein Kühlkörper 301
auf der ersten Seite, d. h. auf der ersten Oberfläche 202,
insbesondere auf der Kopplung 201, die auf der ersten
Oberfläche 202 aufgebracht ist, thermisch gekoppelt
aufgebracht.
Auf der anderen Seite, d. h. auf den elektrischen Kopplungen
201, die auf der zweiten Oberfläche 203 aufgebracht sind, ist
eine Wärmequelle, beispielsweise ein Heizelement 302
thermisch gekoppelt aufgebracht.
Auf diese Weise kann das Thermoelement 100 als
Spannungsquelle verwendet werden.
Wird jedoch Strom über eine Stromquelle 303 der Kopplung 201
und somit dem ersten Material und dem zweiten Material
zugeführt, dass sich ein geschlossener Stromkreis bildet, so
wird unter Ausnutzen des Peltiereffekts das Thermoelement als
Kühlelement ausgestaltet.
In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:
[1] US 5,34,122
[2] S. A. Nasar, Electric energy conversion and transmission, ISBN 0-02-385960-1, S. 28-31, 1995
[3] V. Lehmann, The physics of macropore formation in low doped n-type silicon, Journal of Electrochemical Society, Volume 140, S. 2836-2843, 1990
[1] US 5,34,122
[2] S. A. Nasar, Electric energy conversion and transmission, ISBN 0-02-385960-1, S. 28-31, 1995
[3] V. Lehmann, The physics of macropore formation in low doped n-type silicon, Journal of Electrochemical Society, Volume 140, S. 2836-2843, 1990
100
Thermoelement
101
Substrat
102
Dicke Substrat
103
Loch
104
Zeile
105
Spalte
106
Isolatorschicht
201
Kopplung
202
Erstes Oberflächensubstrat
203
Zweites Oberflächensubstrat
301
Kühlkörper
302
Wärmequelle
303
Spannungsquelle
Claims (37)
1. Thermoelement,
mit einem Substrat,
mit durch das Substrat gebildeten, nebeneinander angeordneten Löchern,
bei dem mindestens ein erstes Loch mit einem ersten Material gefüllt ist,
bei dem mindestens ein zweites Loch mit einem zweiten Material gefüllt ist,
bei dem das erste Material und das zweite Material durch das Substrat elektrisch voneinander isoliert sind,
bei dem das erste Material und das zweite Material Material enthalten, dass sie ein Thermopaar bilden, und
bei dem das erste Material und das zweite Material derart gekoppelt ist, dass sie ein Thermopaar bilden.
mit einem Substrat,
mit durch das Substrat gebildeten, nebeneinander angeordneten Löchern,
bei dem mindestens ein erstes Loch mit einem ersten Material gefüllt ist,
bei dem mindestens ein zweites Loch mit einem zweiten Material gefüllt ist,
bei dem das erste Material und das zweite Material durch das Substrat elektrisch voneinander isoliert sind,
bei dem das erste Material und das zweite Material Material enthalten, dass sie ein Thermopaar bilden, und
bei dem das erste Material und das zweite Material derart gekoppelt ist, dass sie ein Thermopaar bilden.
2. Thermoelement nach Anspruch 1,
mit einer Vielzahl von ersten Löchern und zweiten Löchern,
bei dem jedes erste Loch mit dem ersten Material gefüllt ist,
bei dem jedes zweite Loch mit dem zweiten Material gefüllt ist, und
bei dem jeweils erstes Material und zweites Material miteinander elektrisch gekoppelt ist.
mit einer Vielzahl von ersten Löchern und zweiten Löchern,
bei dem jedes erste Loch mit dem ersten Material gefüllt ist,
bei dem jedes zweite Loch mit dem zweiten Material gefüllt ist, und
bei dem jeweils erstes Material und zweites Material miteinander elektrisch gekoppelt ist.
3. Thermoelement nach Anspruch 2,
bei dem jeweils erstes Material und zweites Material in Serie
geschaltet ist.
4. Thermoelement nach Anspruch 2 oder 3,
bei dem erstes Material in mehreren ersten Löchern parallel geschaltet ist, und
bei dem zweites Material in mehreren zweiten Löchern parallel geschaltet ist.
bei dem erstes Material in mehreren ersten Löchern parallel geschaltet ist, und
bei dem zweites Material in mehreren zweiten Löchern parallel geschaltet ist.
5. Thermoelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
bei dem die Löcher matrixförmig in Zeilen und Spalten
angeordnet sind.
6. Thermoelement nach Anspruch 5,
bei dem die ersten Löcher und die zweiten Löcher jeweils in
Zeilen angeordnet sind.
7. Thermoelement nach Anspruch 6,
bei dem das erste Material und das zweite Material einer Zeile jeweils parallel geschaltet sind, und
bei dem das erste Material und das zweite Material zweier Zeilen jeweils in Serie geschaltet sind.
bei dem das erste Material und das zweite Material einer Zeile jeweils parallel geschaltet sind, und
bei dem das erste Material und das zweite Material zweier Zeilen jeweils in Serie geschaltet sind.
8. Thermoelement nach Anspruch 7,
bei dem das erste Material und das zweite Material zweier
benachbarter Zeilen jeweils in Serie geschaltet sind.
9. Thermoelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
bei dem das Substrat elektrisch isolierendes Material
enthält.
10. Thermoelement nach Anspruch 9,
bei dem das Substrat Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid
enthält.
11. Thermoelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
bei dem in den Löchern zwischen dem Substrat und dem ersten
Material bzw. dem zweiten Material eine Isolatorschicht
eingebracht ist, welche elektrisch isolierend wirkt.
12. Thermoelement nach Anspruch 11,
bei dem das Substrat Silizium enthält,
bei dem die Isolatorschicht Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid enthält.
bei dem das Substrat Silizium enthält,
bei dem die Isolatorschicht Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid enthält.
13. Thermoelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
bei dem die Löcher vollständig durch das Substrat hindurch
gebildet sind.
14. Thermoelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
bei dem zwischen einer Kopplung des ersten Materials mit dem
zweiten Material und dem Substrat eine elektrisch isolierende
Schicht vorgesehen ist.
15. Thermoelement nach Anspruch 14,
bei dem die elektrisch isolierende Schicht Siliziumdioxid
oder Siliziumnitrid enthält.
16. Thermoelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
bei dem eine erste Oberfläche des Substrats thermisch mit einem Kühlkörper gekoppelt ist, und
bei dem eine zweite Oberfläche des Substrats thermisch mit einer Wärmequelle gekoppelt ist.
bei dem eine erste Oberfläche des Substrats thermisch mit einem Kühlkörper gekoppelt ist, und
bei dem eine zweite Oberfläche des Substrats thermisch mit einer Wärmequelle gekoppelt ist.
17. Thermoelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
bei dem die Löcher einen Durchmesser von einigen Mikrometern
aufweisen.
18. Thermoelement nach Anspruch 17,
bei dem die Löcher einen Durchmesser in einem Bereich von 1
Mikrometer bis 50 Mikrometern aufweisen.
19. Thermoelement nach Anspruch 17,
bei dem die Löcher einen Durchmesser in einem Bereich von 5
Mikrometern bis 15 Mikrometern aufweisen.
20. Thermoelement nach einem der Ansprüche 1 bis 19,
bei dem die Löcher in einem Abstand von einigen Mikrometern
voneinander angeordnet sind.
21. Thermoelement nach Anspruch 20,
bei dem die Löcher in einem Abstand zwischen 1 Mikrometer und
50 Mikrometern voneinander angeordnet sind.
22. Thermoelement nach Anspruch 21,
bei dem die Löcher in einem Abstand zwischen 10 Mikrometern
und 30 Mikrometern voneinander angeordnet sind.
23. Thermoelement nach einem der Ansprüche 1 bis 22,
bei dem die Löcher eine Tiefe durch das Substrat in einem
Bereich von einigen Mikrometern bis zu einigen Millimetern
aufweisen.
24. Thermoelement nach Anspruch 23,
bei dem die Löcher eine Tiefe durch das Substrat von einigen
Hundert Mikrometern aufweisen.
25. Thermoelement nach Anspruch 23,
bei dem die Löcher eine Tiefe durch das Substrat in einem
Bereich zwischen 200 Mikrometern bis zu 800 Mikrometern
aufweisen.
26. Thermoelement nach einem der Ansprüche 1 bis 25,
bei dem als Thermopaar zumindest eine der folgenden
Materialkombinationen verwendet wird:
Kupfer als erstes Material und Kupfer-Nickel als zweites Material, und/oder
Nickel als erstes Material und Nickel-Chrom als zweites Material, und/oder
Platin-Rhodium als erstes Material und Platin als zweites Material.
Kupfer als erstes Material und Kupfer-Nickel als zweites Material, und/oder
Nickel als erstes Material und Nickel-Chrom als zweites Material, und/oder
Platin-Rhodium als erstes Material und Platin als zweites Material.
27. Thermoelement nach einem der Ansprüche 1 bis 26,
bei dem als Thermopaar Polymere mit jeweils unterschiedlicher
Elektronegativität verwendet wird.
28. Thermoelement nach einem der Ansprüche 1 bis 27,
bei dem die Kopplung des ersten Materials und des zweiten
Materials von dem Material mit dem geringeren elektrischen
Widerstand gebildet wird.
29. Thermoelement nach einem der Ansprüche 1 bis 28,
bei dem das Thermoelement als Kühlelement ausgestaltet ist.
30. Thermoelement nach einem der Ansprüche 1 bis 28,
bei dem das Thermoelement als Thermogeneratoreinheit
ausgestaltet ist zum Umwandeln der Wärme in elektrischen
Strom.
31. Elektronisches Gerät mit einem Thermoelement nach einem
der Ansprüche 1 bis 30.
32. Elektronisches Gerät nach Anspruch 31,
bei dem das elektronische Gerät eine Uhr ist.
33. Elektronisches Gerät nach Anspruch 31,
bei dem das elektronische Gerät ein Hörgerät ist.
34. Elektronisches Gerät nach Anspruch 31,
bei dem das elektronische Gerät ein Sensor ist.
35. Verfahren zum Herstellen eines Thermoelements,
bei dem durch ein Substrat nebeneinander angeordnete Löcher gebildet werden,
bei dem mindestens ein erstes Loch mit einem ersten Material gefüllt wird,
bei dem mindestens ein zweites Loch mit einem zweiten Material gefüllt wird,
wobei das erste Material und das zweite Material durch das Substrat elektrisch voneinander isoliert sind,
bei dem das erste Material und das zweite Material Material enthalten, dass sie ein Thermopaar bilden, und
bei dem das erste Material und das zweite Material derart gekoppelt werden, dass sie ein Thermopaar bilden.
bei dem durch ein Substrat nebeneinander angeordnete Löcher gebildet werden,
bei dem mindestens ein erstes Loch mit einem ersten Material gefüllt wird,
bei dem mindestens ein zweites Loch mit einem zweiten Material gefüllt wird,
wobei das erste Material und das zweite Material durch das Substrat elektrisch voneinander isoliert sind,
bei dem das erste Material und das zweite Material Material enthalten, dass sie ein Thermopaar bilden, und
bei dem das erste Material und das zweite Material derart gekoppelt werden, dass sie ein Thermopaar bilden.
36. Verfahren nach Anspruch 35,
bei dem das erste Material und/oder das zweite Material
mittels eines Druckgussverfahrens in die Löcher gefüllt wird.
37. Verfahren nach Anspruch 35 oder 36,
bei dem das erste Material und/oder das zweite Material
mittels eines galvanischen Verfahrens in die Löcher gefüllt
wird.
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