Electrodeposited Thin-Film Micro-Thermoelectric Coolers with Extreme Heat Flux Handling and Microsecond Time Response

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作者
Simon Corbett,Devendraprakash Gautam,Swatchith Lal,Kenny Yu,Naveen K. Balla,G.W. Cunningham,Kafil M. Razeeb,Ryan Enright,David McCloskey
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (1): 1773-1782 被引量:45
标识
DOI:10.1021/acsami.0c16614
摘要

Thin-film thermoelectric coolers are emerging as a viable option for the on-chip temperature management of electronic and photonic integrated circuits. In this work, we demonstrate the record heat flux handling capability of electrodeposited Bi2Te3 films of 720(±60) W cm-2 at room temperature, achieved by careful control of the contact interfaces to reduce contact resistance. The characteristic parameters of a single leg thin-film devices were measured in situ, giving a Seebeck coefficient of S = -121(±6) μV K-1, thermal conductivity of κ = 0.85(±0.08) W m-1 K-1, electrical conductivity of σ = 5.2(±0.32) × 104 S m-1, and electrical contact resistivity of ∼10-11 Ω m2. These thermoelectric parameters lead to a material ZT = 0.26(±0.04), which, for our device structure, allowed a net cooling of ΔTmax = 4.4(±0.12) K. A response time of τ = 20 μs was measured experimentally. This work shows that with the correct treatment of contact interfaces, electrodeposited thin-film thermoelectrics can compete with more complicated and expensive technologies such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) multilayers.
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