基于通孔硅热电偶结构的微型热电能量收集器研究

项目名称： 基于通孔硅热电偶结构的微型热电能量收集器研究

项目编号： No.51306200

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 能源与动力工程

项目作者： 徐德辉

作者单位： 中国科学院上海微系统与信息技术研究所

项目金额： 25万元

中文摘要： 系统供电已成为微系统技术实际应用的一个瓶颈，微型能量收集器则是解决该问题的一种有效途径。本项目以通孔硅热电偶能量收集器为研究对象，对微型热电能量收集器进行应用基础研究。为提高输出功率密度和能量收集效率，本研究拟设计通孔硅热电偶结构以减小器件尺寸并提高热电偶密度，同时通过热电多物理场耦合分析构建通孔硅热电偶能量收集器模型，对器件结构进行优化设计。考虑到实际应用中性价比和系统集成度等要求，本研究拟直接采用硅衬底材料作为通孔硅热电偶结构的一种组分，来降低制作工艺复杂度，并利用CMOS 兼容工艺进行器件制作，从而吸收CMOS 技术高性价比和高集成度的优点。根据器件实际测试结果，本研究将对器件模型和制作工艺进行分析和评价，并对微型热电能量收集器进行二次优化。最后，本项目将集成阶段性研究成果，设计并制作一种可在小温差环境中使用的微型热电能量收集器，为微系统技术中能源自主化奠定理论和技术基础。

中文关键词： 热电能量采集；通孔硅；器件模型；CMOS-MEMS；热电多物理场耦合分析

英文摘要： System power supply has been a bottleneck for the practical application of microsystem. Energy harvester is an effective way to solve this problem. With through silicon thermocouple (TST) micro energy harvester as the research object, this project focus on the applied basic research of thermoelectric micro energy harvester. To enhance the output power density and energy conversion efficiency,the TST microstructure is proposed to reduce device size and increase the thermocouple density. Moreover, with thermo-electric multiphysics coupling analysis, the model for TST micro energy harvester will be developed, and the microstructure design will be optimized. Considering the cost-efficiency and system integration requirements in pratical application, this research will adopt the silicon substrate as one component of the TST microstructure, which will simplify the fabrication process. Furthermore,in order to assimilate the good cost-efficiency and high integration advantages of CMOS technology, CMOS compatible process will be used to fabricate the device. Based on the experimental results, the analysis and evaluation on device model and fabrication will be made, and the second optimization of the device will be carried out to further improve the performance of thermoelectric micro energy harvester. Finally, by integra

英文关键词： Thermoelectric micro energy harvester；Through silicon thermocouple；Device model；CMOS-MEMS；Thermo-electric multiphysics coupling analysis