I dispositivi elettronici spesso sviluppano "punti caldi" che possono diventare dannosi per le prestazioni. Molte ricerche si sono concentrate sullo sviluppo di metodi per raffreddare il sistema, o, anche meglio, convertire il calore in eccesso in elettricità sfruttando l'effetto termoelettrico, dove un gradiente termico induce il movimento dei portatori di carica. Però, i precedenti tentativi di costruire generatori a livello di chip sono falliti perché i materiali incorporati non erano compatibili con la tecnologia utilizzata per la costruzione dei circuiti integrati, come i semiconduttori ad ossido di metallo complementare (CMOS).

Navab Singh e collaboratori dell'A*STAR Institute of Microelectronics e della National University of Singapore1 hanno ora creato un generatore termoelettrico su nanoscala (TEG) utilizzando array di nanofili di silicio. Silicio, che è compatibile con i materiali di base in CMOS, era stato precedentemente scontato a causa delle sue scarse prestazioni come generatore sfuso, ma si è dimostrato molto più efficace su scala nanometrica.

“I nanofili di silicio hanno proprietà termoelettriche molto migliori rispetto al materiale originario, perché hanno una conduttività termica molto inferiore, "Spiega Singh. “Inoltre, sono già disponibili apparecchiature all'avanguardia per la lavorazione del silicio. Perciò, se i refrigeratori termoelettrici e i raccoglitori di energia possono essere fabbricati utilizzando nanofili di silicio, possono essere a basso costo, scalabile, dispositivi ad alto rendimento”.

I ricercatori hanno costruito il loro TEG collegando insieme due diverse piastre metalliche utilizzando gambe verticali realizzate con grappoli alternati di nanofili di silicio di tipo n, in cui gli elettroni in eccesso portano la carica, e nanofili di tipo p, in cui i portatori di carica sono "buchi" causati da elettroni mancanti (vedi immagine). Secondo Singh, la sfida più grande è stata collegare i nanofili alle piastre metalliche per consentire un contatto a bassa resistività e fornire prestazioni termoelettriche ottimali. Fare così, hanno adattato tecniche consolidate dalla fabbricazione di CMOS. “Tuttavia, l'elevata resistenza di contatto sulle sommità dei fili rimane un problema e il nostro design necessita di ulteriori miglioramenti, "dice Singh.

Come un generatore elettrico, un TEG potrebbe essere utilizzato per "autoalimentare" una sezione di un circuito elettronico. “Inoltre, possono essere utilizzati per generare energia e integrare le batterie nella maggior parte dei sistemi ad alto flusso di calore come automobili, laser a semiconduttore e fotorivelatori, ” suggerisce Singh. Potrebbero anche fornire un efficiente, sistema di raffreddamento a basso costo per la rimozione di punti caldi.

Singh ritiene che i TEG su scala nanometrica potrebbero essere utilizzati anche nella scienza medica per alimentare gli impianti nel corpo umano:“Un generatore di energia termoelettrica a nanofili si adatta perfettamente al progetto. Possono essere ridimensionati alla dimensione appropriata e poiché mancano di parti mobili, sono affidabili e possono durare per tutta la vita del paziente. L'energia potrebbe quindi essere estratta utilizzando il gradiente di temperatura tra il corpo e l'ambiente”.