Nanoestructuras termoeléctricas para la detección de radiación electromagnética

Abstract

Los materiales termoeléctricos pueden ser usados para convertir calor en electricidad, a través del Efecto Seebeck observado en los termopares, los cuales por cerca de 200 años han sido invaluables en la conversión de potencia termoeléctrica. Su habilidad para generar corriente eléctrica, a bajo costo, y su alta sensibilidad tienen aplicaciones desde controladores industriales hasta termostatos caseros, incluyendo termometría diferencial, recolección de energía, detección de ondas milimétricas y radiación infrarroja. El principio de operación de los termopares es basado en el Efecto Seebeck el cual es la propiedad de un material conductor para desarrollar un campo eléctrico en respuesta a la diferencia de temperatura que lo atraviesa. En la actualidad existe un renovado interés por los dispositivos termoeléctricos con altos valores zT (figura de mérito), los cuales en su forma más básica consisten en un elemento ubicado entre una fuente de calor correspondiendo a la generación de calor residual y el ambiente (disipador de calor). La transferencia de calor desde la fuente hacia el disipador es debido al movimiento de los portadores (electrones/huecos) o a través de la red (a través de las vibraciones de la red colectivas modos/fonones). El transporte de portadores da como resulta el desarrollo de una diferencia de potencial (Voltaje Seebeck). El poder termoeléctrico/coeficiente Seebeck (S) es el radio de ∆𝑉 para una diferencia de temperatura ∆𝑇. En este trabajo estudiaremos la fabricación de nanoantenas de diferentes geometrías por Litografía de haz de electrones (EBL)con la finalidad de estudiar sus propiedades termoeléctricas en donde analizaremos el efecto Seebeck que se lleva a cabo, la aplicación que se les asignara es la detección de radiacción electromagnética en el rango del IR, esta longitud de onda en el espectro electromagnético ha sido poco aprovechada. La finalidad es aprovechar esta longitud de onda para generar un voltaje que nos proporcione la capacidad de recargar baterias, entre objetos de uso cotidiano. En el primer capítulo analizaremos los conceptos básicos necesarios para entender la teoría de antenas, tales como efecto Seebeck, nanoantenas, antenas Seebeck, etc. En esta sección es importante entender el concepto de Plasmón debido a su importancia en la generación de voltaje a partir de un gradiente de temperatura. En el capítulo 2 analizaremos los sistemas experimentales tales como Microscopio Electrónico de Barrido (SEM, Litografía de haz de electrones, etc. que nos permitan fabricar los dispositivos. En el tercer capítulo describiremos como usar Litografía por haz de electrones, Spin Coating, proceso de fabricación de muestras y proceso de caracterización. En el capítulo 4 mencionaremos las condiciones usadas para la fabricación y caracterización de los dispositivos. En esta sección además discutiremos los resultados obtenidos. En el capítulo 5 desarrollaremos las conclusiones a las que se llegaron después de analizar y discutir los resultados obtenidos.