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Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung ohne Gleichrichterwirkung zwischen einer Stromzuführung und einem thermoelektrischen Halbleiter
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung ohne Gleichrichterwirkung zwischen einer Stromzuführung und einem thermoelektrischen Halbleiter.
Im allgemeinen weist eine thermoelektrische Einrichtung mehrere Paare von p-und n-Halbleitern auf.
In jedem solchen Paar ist ein Ende eines p-Halbleiters (ein Halbleiter, der als Verunreinigung ein Akzeptormaterial enthält) elektrisch mit einem Ende eines n-Halbleiters (ein Halbleiter, der als Verunreinigung einen Donator enthält) verbunden, wobei die elektrische Verbindung mittels einer, beiden Halbleitern gemeinsamen Elektrode oder Stromzuführung gebildet ist. Üblicherweise werden elektrische Verbindungen zum andern Ende der Halbleiter durch getrennte Elektroden bzw. Stromzuführungen hergestellt. Die Verbindung zwischen jedem Halbleiter und seiner zugehörigen Elektrode bzw. Stromzuführung besitzt keine Gleichrichterwirkung, und der Widerstand dieser Verbindung ist rein ohmisch. Beim Betrieb solcher thermoelektrischer Einrichtungen wird entweder die beiden Halbleitern gemeinsame Elektrode, oder es werden die getrennten Elektroden bzw.
Stromzuführungen erhitzt, um eine heisse Verbindungsstelle zu erhalten, während die restliche Elektrode bzw. die restlichen Elektroden gekühlt wird bzw. gekühlt werden, um kalte Verbindungsstellen zu erhalten.
Halbleiter wurden bisher in thermoelektrischen Einrichtungen nur beschränkt verwendet, da Schwierigkeiten bestanden, mit Halbleitern eine, keine Gleichrichterwirkung besitzende elektrische Verbindung herzustellen. Der Grund dafür liegt darin, dass zwischen einem Halbleiter und den aus mechanischen, thermischen und elektrischen Gründen verwendbaren Materialien zur Herstellung der Stromzuführung hohe Diffusionsgeschwindigkeiten auftreten, die dazu führen, dass sich das Material der Stromzuführung mit dem Material der Halbleiter legiert und damit fremde Verunreinigungen in den Halbleiter gelangen, die dessen Zusammensetzung ändern, wodurch schliesslich die Güte des Halbleiters,
welche sich zahlenmässig aus dem Produkt des Quadrates des Seebeck-Koeffizienten und der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit des Halbleiters durch Division durch die Wärmeleitfähigkeit des Halbleiters ergibt und welche möglichst gross sein sollte, vermindert wird. Durch die fremden Verunreinigungen werden der SeebeckKoeffizient und die elektrische Leitfähigkeit des Halbleiters verringert, und die Wärmeleitfähigkeit des Halbleiters wird erhöht. Wenn die Konzentration der fremden Stoffe im Halbleiter eine gewisse Grenze überschreitet, wird die thermoelektrische Leistungsfähigkeit und auch die Güte des Halbleiters beträchtlich verringert, so dass die thermoelektrische Leistungsfähigkeit schliesslich vollständig verschwinden kann.
Aus diesen Gründen muss ein, keine Gleichrichterwirkung besitzender Kontakt am Halbleiter in solcher Weise hergestellt werden, dass die Konzentration der fremden Verunreinigung innerhalb erlaubter Grenzen bleibt.
Bei der Herstellung des Kontaktes soll über die Kontrolle der Verunreinigungen hinausgehend mit Vorteil so vorgegangen werden, dass schliesslich der hergestellte Kontakt auch einen geringen elektrischen Widerstand und einen geringen thermischen Widerstand besitzt, wobei der elektrische Widerstand vorzugsweise gegenüber dem elektrischen Widerstand des Halbleiters vernachlässigbar sein soll. Darüber hinaus soll die mechanische Festigkeit der Verbindung zumindest so gross sein wie die des Halbleiters.
Weiters ist es von Vorteil, wenn die Verbindung gegen stossartige Wärmebelastung widerstandsfähig ist, d. h. die Verbindung soll Temperaturwechsel von der niedrigsten bis zur höchsten Arbeitstemperatur ohne Schaden überstehen können.
In gewissen thermoelektrischen Einrichtungen, beispielsweise in Geräten zur Messung der Sonnenstrahlung, befinden sich die thermoelektrischen Elemente zwischen parallelen Blechen und sind mit diesen über keine Gleichrichterwirkung besitzende Verbindungen verbunden, wobei eines der Bleche als die kalte und das andere der Bleche als die heisse Verbindung dient. Die die heisse Verbindung bildenden Platten und die die kalte Verbindung bildenden Platten sind üblicherweise in voneinander isolierte Streifen unterteilt, wobei die thermoelektrischen Elemente in Serie oder parallel geschaltet sind.
Meist waren in bisher erhältlichen thermoelektrischen Einrichtungen die thermoelektrischen Elemente direkt mit den Platten verbunden, wobei p-und n-leitende Elemente Seite an Seite miteinander verbunden waren. Da p-leitende und n-leitende Elemente aus verschiedenem Material bestehen, war dadurch jedoch
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eine komplizierte Herstellungstechnik bedingt. Bei einer solchen Herstellungsweise war es jedoch schwierig und auch nahezu unmöglich, einzelne schadhafte thermoelektrische Elemente durch neue zu ersetzen. Der elektrische Übergangswiderstand zwischen den Stromzuführungen zwischen den p-und n-leitenden
Elementen war zudem häufig beträchtlich oder zumindest nicht zu vernachlässigen.
Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, bei der Anbringung von Stromzuführungen an Halbleitern der angegebenen Art zwischen der metallischen Stromzuführung und dem Halbleiter eine Zwischenschicht aus einem Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit vorzusehen und diese Zwischenschicht in die Teile der
Verbindungsstelle hineinzudiffundieren. Während des Diffusionsvorganges werden jedoch die Eigenschaften des Halbleiters im Diffusionsbezirk verschlechtert, und diese Verschlechterung der Eigenschaften des Halb- leiters erstreckt sich schliesslich bei seiner Verwendung, bei der dieser erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist, durch weitergehendes Eindiffundieren des Metalls hoher elektrischer Leitfähigkeit über den gesamten
Halbleiter aus, womit dieser unbrauchbar werden kann,
soferne nicht eine besondere Kombination von
Halbleiter und Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit gewählt wird. Vor allem ist es in diesem Falle auch möglich, dass die hergestellte elektrische Verbindung eine Gleichrichterwirkung besitzt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Beseitigung der oben angeführten Nachteile bekannter
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung ohne Gleichrichterwirkung zwischen einer Strom- zuführung bzw. Elektrode und einem thermoelektrischen Halbleiter unter Verwendung einer Zwischenschicht. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass an einer Fläche der Stromzuführung bzw.
Elektrode ein Überzug aus einem Dopiermaterial aufgebracht wird, das dieselbe Dopierwirkung besitzt wie das Dopiermaterial im Halbleiter und in der Oberfläche der Stromzuführung im Halbleiter unlöslich ist, worauf der Überzug an den Halbleiter angelegt und der Überzug zusammen mit dem Halbleiter auf eine oberhalb der eutektischen Temperatur des zwischen Überzugsmaterial und Halbleit : rmatenal bestehenden Eutektikum erhitzt wird. Dadurch, dass nun für die Zwischenschicht zwischen Stromzuführung und thermoelektrischem Halbleiter ein Material verwendet wird, das dieselbe Dopierwirkung besitzt wie das Dopiermaterial im Halbleiter, ist eine Beeinträchtigung der Eigenschaften des Halbleiters weder bei der Herstellung der elektrischen Verbindung noch bei der schliesslichen Verwendung des Halbleiters zu befürchten.
Durch die Verwendung eines solchen speziellen Materials wird auch gewährleistet, dass zwischen der Stromzuführung und dem thermoelektrischen Halbleiter keine eine Gleichrichterwirkung ergebende Sperrschichten ausgebildet werden. Wenn gemäss der Erfindung als Material für den Überzug ein solches Material verwendet wird, dessen Gitterkonstante angenähert gleich ist (beispielsweise mit einer Abweichung von + 5%) der des Materials an jener Fläche der Stromzuführung bzw.
Elektrode, auf welcher der Überzug aufgebracht wird, kann darüber hinaus eine elektrische Verbindung mit hoher Temperaturwechselbeständigkeit, d. h. eine Verbindung, die sich auch bei schroffem Temperaturwechsel nicht löst, erhalten werden. Gemäss der Erfindung kann die Stärke des Überzuges einerseits so gewählt werden, dass die Menge des zwischen Halbleiter und Stromzuführung befindlichen Dopiermaterials geringer ist als die Menge des im Halbleiter enthaltenen und diesem die thermoelektrischen Eigenschaften erteilenden Dopiermaterials und anderseits ausreicht, dass das zwischen Stromzuführung und Halbleiter befindliche Dopiermaterial mit dem Halbleitermaterial ein Eutektikum bildet, womit sowohl die Gewähr dafür gegeben ist,
dass während der bestimmungsgemässen Verwendung des Halbleiters dieser nicht zu stark dopiert wird als auch die Erzielung einer festen mechanischen Verbindung noch möglich ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand einer Zeichnung beschrieben.
In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine thermoelektrische Einrichtung, teilweise im Schnitt mit nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Verbindungen ohne Gleichrichterwirkung, Fig. 2 ein Fliessschema zur Darstellung der Reihenfolge der Arbeitsgänge im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens, wie sie bei der Herstellung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung Anwendung findet und Fig. 3, teilweise im Schnitt, eine thermoelektrische Einrichtung, welche mit einer weiteren Ausführungsform einer, keine Gleichrichterwirkung besitzenden elektrischen Verbindung ausgestattet ist.
Thermoelektrische Einrichtungen enthalten mehrere thermoelektrische Halbleiter, von welchen einer in Fig. 1 dargestellt ist. Dieser thermoelektrische Halbleiter ist in einem bestimmten Sinn dopiert und enthält entsprechende Verunreinigungen. Eine Stromzuführung bzw. eine Elektrode, deren an der Oberfläche befindliches Material im Halbleiter unlöslich ist, ist unter Zwischenschaltung einer Schicht aus Dopiermaterial mit einem Ende des Halbleiters verbunden. Mit einer Seite haftet die Schicht am im Halbleitermaterial unlöslichem Material der Oberfläche der Stromzuführung und mit der andern Seite ist diese Schicht mit dem Halbleiter legiert.
Das Material dieser Schicht erzeugt im Halbleiter Halbleitung vom selben Typ und besitzt eine Gitterkonstante, welche annähernd (+ 15%) gleich ist der Gitterkonstanten des im Halbleitermaterial unlöslichen Materials an der Oberfläche der Stromzuführung.
Der in Fig. 1 dargestellte und mit dem Bezugszeichen 10 versehene Halbleiter besteht aus einem Halbleitermaterial hoher Güte, beispielsweise Bleitellurid, Wismuthtellurid und Zinkantimonid. Dieser Halbleiter 10 enthält entweder p-Leitung oder n-Leitung erzeugende Verunreinigungen und stellt dementsprechend einen p-Halbleiter oder einen n-Halbleiter dar.
Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist mit einem Ende des Halbleiters 10 ein relativ dünner Leiter bzw. eine relativ dünne Elektrode 12 und mit dem andern Ende des Halbleiters 10 ein zweiter Leiter bzw. eine zweite Elektrode 14 verbunden.
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Die Elektroden 12 und 14 besitzen vorzugsweise die Form kreisförmiger Scheiben, wobei aus später noch angegebenen Gründen die zweite Elektrode 14 kleineren Durchmesser besitzt als die erste Elektrode 12.
Jede der Elektroden 12 und 14 ist aus einem Material hergestellt, das sich bei oder unterhalb der während der Herstellung der thermoelektrischen Einrichtung auftretenden Maximaltemperatur mit dem Material des Halbleiters 10 nicht legiert bzw. nicht in das Halbleitermaterial hineindiffundiert. Aus diesem Grund kann der Halbleiter 10 mit jeder der Elektroden 12 oder 14 in Berührung stehen, ohne dass Elektroden- material in den Halbleiter hineindiffundiert.
Weiters bestehen die Elektroden 12 und 14 aus einem Metall, das etwa denselben Wärmeausdehnungs- koeffizienten besitzt wie der Halbleiter 10 selbst, wodurch Wärmespannungen im Halbleiter selbst ver- mieden werden. So können beispielsweise bei Verwendung von Bleitellurid als Halbleiter die Strom- zuführungen bzw. die Elektroden aus Nickel bestehen, das im Bleitellurid bis zu Temperaturen bis etwa
590 C unlöslich ist und etwa denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt wie Bleitellurid.
Im in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das am Halbleiter 10 anliegende Material an den Flächen
16 bzw. 18 der Elektroden 12 bzw. 14 im Halbleiter 10 unlöslich, da die Elektrode selbst zur Gänze aus einem im Halbleiter unlöslichen Material besteht. In Fig. 3 ist eine, erfindungsgemäss hergestellte, keine
Gleichrichterwirkung besitzende elektrische Verbindung dargestellt, bei welcher für das Material der
Stromzuführung im Halbleiter lösliches Material verwendet wurde. In der Fig. 3, in welcher nur eine Verbindungsstelle gezeigt ist, sind der Fig. 1 ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in
Fig. l, jedoch mit dem Zusatz a", bezeichnet.
Das Material an der Fläche 16 a der Elektrode 12 a ist ein im Halbleitermaterial unlösliches Material und liegt in Form einer Zwischenschicht oder Sperrschicht 20 vor, die auf die Stromzuführung durch Elektroplattieren, Aufdampfen im Vakuum od. dgl. aufgebracht wurde. So kann beispielsweise eine Nickelschicht dazu dienen, zwischen Bleitellurid als Halbleiter und
Kupfer als Elektrode eine im Halbleiter unlösliche Zwischenschicht zu bilden.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Elektrode 12 mit einem Ende des Halbleiters 10 über eine Schicht 22 verbunden. In ähnlicher Weise liegt die Schicht 24 zwischen der Elektrode 14 und dem andern Ende des Halbleiters 10. Das Material jeder Schicht 22 und 24 besteht aus einem mit dem Halbleiter 10 leicht legierbaren Metall, dessen Gitterkonstante etwa gleich ist ( 15%) der Gitterkonstante des Elektrodenmaterials. Die Materialien der Schichten 22 und 24 besitzen vorzugsweise das gleiche Gitter wie das Material der anliegenden Elektrodenflächen. Soferne es sich um kubische Gitter handelt, weichen die Gitterkonstanten vorzugsweise nur um : 15% ab.
Soferne Materialien mit kubischen Gittern mit Materialien mit nicht kubischen Gittern kombiniert werden, wird als Material mit dem nicht kubischen Gitter ein solches gewählt, dessen Gitterkonstante nahe der Gitterkonstante des Materials mit dem kubischen Gitter liegt, wobei die Gitterkonstanten um weniger als zo abweichen.
Die Gitterkonstante des Materials der Schicht 24 besitzt mit einer Abweichung von 5% etwa den Wert der Gitterkonstante des Materials der Stromzuführung 14. Das die Schichten 22 und 24 bildende Metall ist so gewählt, dass es im Halbleiter denselben Halbleitungstyp (n-Halbleitung oder p-Halbleitung) erzeugt, wie die im Halbleiter 10 vorhandenen Verunreinigungen, d. h., dass ein die Schicht bildendes Material, dem Halbleiter zugesetzt, in diesem denselben Halbleitungstyp erzeugen würde.
Beim Aufbringen der Schichten bzw. Überzüge 22 und 24 in Form eines Metalles mit einer der Gitterkonstante des Materials der Elektroden 12 und 14 etwa gleichen Gitterkonstante durch geeignete Verfahren, beispielsweise Elektroplattierung, Vakuumverdampfung od. dgl., haftet diese Schicht mit einer Seite an der zugehörigen Elektrode. Die monomolekulare, an der Elektrodenfläche anliegende Schicht innerhalb des Überzuges hat wegen Epitaxie ähnliche Eigenschaften wie die Elektrodenfläche selbst (Epitaxie bedeutet das orientierte Ineinanderwachsen der monomolekularen Schicht und der Oberfläche 13).
Die andere Seite jedes der Überzüge 22 und 24 ist mit dem Halbleiter 10 legiert. Das Legieren erfolgt dadurch, dass ein Ende des Halbleiters 10 mit der mit dem Überzug versehenen Seite einer dcr Elektroden 12 und 14 in Berührung gebracht wird, worauf der Überzug und der Halbleiter auf Temperaturen oberhalb jener Temperatur erhitzt wird, welche dem zwischen Halbleiter 10 und Überzug bestehendem Eutektikum entspricht. Zwecks Vermeidung des Entstehens von Oxydschichten werden der Halbleiter 10 und der Überzug vorzugsweise in reduzierender Atmosphäre erhitzt. In ähnlicher Weise wird auch die andere Elektrode mit dem andern Ende des Halbleiters 10 verbunden.
Die maximale Temperatur, auf welche der Halbleiter 10 und der Überzug erhitzt wird, liegt nicht oberhalb jener Temperatur, bei welcher das Elektrodenmaterial im Halbleiter löslich wird. Bei der eutektischen Temperatur diffundiert das Überzugsmaterial in den Halbleiter, bis nur mehr monomolekulare Schichten aus Überzugsmaterial übrig bleiben. Diese monomolekularen Schichten diffundieren deshalb nicht in den Halbleiter 10, weil aus Gründen der Epitaxie diese monomolekularen Schichten dem Material an der Oberfläche der Elektrode 10 ähnliche Eigenschaften besitzen und deshalb im Material des Halbleiters 10 unlöslich sind. Bei Abkühlung des Halbleiters 10 bildet sich ein eutektisches Gefüge aus.
Das Erhitzen des Überzuges und des Halbleiters 10 kann derart vorgenommen werden, dass ein Graphitstab auf Temperaturen oberhalb der eutektischen Temperatur des Halbleiters 10 und des Überzuges erhitzt wird, welche jedoch unterhalb jener Temperatur liegt, bei welcher das Elektrodenmaterial in den Halbleiter diffundiert oder sich darin löst, worauf der Graphitstab mit der nicht überzogenen Fläche der Elektrode in Berührung gebracht wird, wobei der Halbleiter 10 und der Überzug einem aus 90 Vol.-% Stickstoff und 10 Vol. -% Wasserstoff bestehenden, reduzierenden Schutzgas ausgesetzt werden. Während
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der Graphitstab abgekühlt wird, werden Elektrode, Überzug und Halbleiter 10 erhitzt, wobei der Überzug schmilzt und ein Eutektikum mit dem Halbleiterende bildet.
Wie bereits früher erwähnt, wird die Menge der in den Halbleiter 10 diffundierenden Verunreinigungen durch die Stärke des Überzuges begrenzt. Die Stärke des Überzuges wird so dünn gewählt, wie es für eine für eine bestimmte Anwendung der thermoelektrischen Einrichtung in Frage kommende Aus- führung einer Verbindung erforderlich ist. Die Stärke des Überzuges ist jedoch vorzugsweise grösser als eine monomolekulare Schicht dieses Überzuges vermehrt um jene Menge an Überzugsmaterial, die erforder- lich ist um mit angrenzenden Oberflächenschichten des Halbleiters ein Eutektikum zu bilden.
Die maximale Stärke des Überzuges hängt von der zulässigen Konzentration fremder Verunreinigungen im Halbleiter ab. Die Maximalkonzentration an Verunreinigungen ist mit jener Konzentration begrenzt, welche die thermoelektrische Leistung des thermoelektrischen Halbleiters zum Verschwinden bringt. Vor- zugsweise wird jedoch die Konzentration an fremden Verunreinigungen auf einen Wert beschränkt, bei welchem die thermoelektrischen Eigenschaften des Halbleiters im wesentlichen unbeeinflusst bleiben.
Für ein bestimmtes Halbleitermaterial schwankt die zulässige Maximalkonzentration an fremden Verunreinigungen je nach der Art der Verunreinigungen, dem gewünschten Arbeitsbereich des Halbleiters und den gewünschten Arbeitseigenschaften des Halbleiters. Bei einem thermoelektrischen Halbleiter relativ hoher Güte, wie beispielsweise Bleitellurid, beträgt die Maximalkonzentration an fremden Verunreinigungen, wie beispielsweise Kupfer, im Halbleiter vorzugsweise weniger als 0, 05 Vol.-%. Da die Flächen mit welchen Halbleiter und Überzug miteinander in Berührung stehen, gleich gross sind, wird die Stärke des Überzuges vorzugsweise kleiner als 0, 1% der Länge des Halbleiters ausgeführt.
Durch Begrenzung der Stärke des Überzuges wird sichergestellt, dass, sobald nach Fertigstellung der Verbindung sich monomolekulare Schichten ausgebildet haben, die thermoelektrischen Eigenschaften des Halbleiters während des Betriebes der thermoelektrischen Einrichtung keine weiteren Änderungen mehr erfahren. Der elektrische Widerstand und der Wärmeleitwiderstand der Verbindung können äusserst klein und in der Praxis kleiner als die entsprechenden Werte des Halbleiters gehalten werden. Da bei Herstellung der Verbindung Diffusionsvorgänge ablaufen, geht der Widerstand erfindungsgemässer, thermoelektrischer Elemente innerhalb der Elemente allmählich vom elektrischen Widerstand des Halbleiters auf jenen der Elektrode über. Die mechanische Festigkeit der Verbindung kann grösser gehalten werden als jene des Halbleiters.
Im folgenden werden konkrete Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung einer elektrischen Verbindung ohne Gleichrichterwirkung beschrieben.
Beispiel 1 : Eine scheibenförmige Elektrode aus einer Nickelfolie mit einer Stärke von 25, 4 ! L wird mit einem prismatischen Halbleiter mit den Abmessungen l X l X 2, 5 nun aus n-leitendem Bleitellurid verbunden. Bleitellurid kann mit gewissen fremden Verunreinigungen ohne wesentliche Beeinträchtigung der thermoelektrischen Eigenschaften bis zu einer Maximalkonzentration von etwa 0, 1 Vol.-% dopiert werden. Auf die Nickelfolie wird ein ut starker Kupferüberzug aufgebracht und der Halbleiter wird mit seiner 1x1 mm grossen Stirnfläche gegen den Überzug gepresst. Der Halbleiter und die Elektrode werden sodann in reduzierender Atmosphäre auf etwa 600 C erhitzt und sodann abkühlen gelassen.
Da eine Temperatur von 600 C oberhalb der bei etwa 500 C liegenden eutektischen Temperatur von Bleitellurid und Kupfer liegt, zerschmilzt der Überzug mit dem Ende des Halbleiters und diffundiert in den Halbleiter bis nur mehr monomolekulare Schichten an Überzugsmaterial verbleiben.
Der Widerstand der in der oben beschriebenen Weise hergestellten Verbindung beträgt weniger als 1% des elektrischen Widerstandes des Halbleiterelementes. Die mechanische Festigkeit der so hergestellten Verbindung liegt oberhalb der mechanischen Festigkeit des Halbleiters. Die thermoelektrischen Eigenschaften des Halbleiters ändern sich auch nach langer Betriebsdauer einer thermoelektrischen Einrichtung nicht.
Beispiel 2 : Ein Halbleiter aus n-leitendem Bleitellurid mit den Abmessungen 1x1x2, 5 mm wurde mit einer kreisförmigen 25, 4 ! L starken Elektrodenfolie verbunden. Auf diese Elektrodenfolie, welche aus
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wobei der Kupferüberzug mit dem Ende des Bleitelluridstückes verschmolz.
Die, wie oben angegeben, hergestellte Verbindung besitzt eine Stärke von 25 Sa und besteht zu 90 Gew.-% aus Bleitellurid und zu 10 Gew.-% aus Kupfer. Die so hergestellte Verbindung hält dauernden Beanspruchungen bis zu Temperaturen von 500 C stand. Während des Betriebes kann das Kupfer weiter in den Halbleiter diffundieren. Da jedoch die für die Diffusion zur Verfügung stehende Kupfermenge durch die Stärke des Kupferüberzuges begrenzt ist, kann der Kupfergehalt im Bleitellurid nicht über 0, 02% ansteigen, welcher Gehalt des Bleitellurids an Kupfer die thermoelektrischen Eigenschaften des Halbleiters nicht wesentlich beeinflusst.
Beispiel 3 : Ein p-leitender Halbleiter, nämlich Zinkantimonid, wurde mit einer 1 ! L starken Nickelfolie verbunden, indem zunächst auf die Nickelfolie ein 0, 5 ! L starker Silberüberzug aufgebracht wurde, wobei, um eine bessere Haftung des Silbers zu erzielen, zwischen Nickelgrundlage und Silberüberzug
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eine äusserst dünne, 0, 01 fil starke Kupferzwischenschicht gelegt wurde. Der Halbleiter wurde dann gegen den Silberüberzug gedrückt, worauf das Ganze auf etwa 6000 C erhitzt wurde, welche Temperatur der eutektischen Temperatur des Zinkantimonids und Silber entspricht. Auf diese Art und Weise konnte eine zufriedenstellende Verbindung zwischen der Nickelelektrode und dem Halbleiter aus Zinkantimonid erhalten werden.
Nach der oben angegebenen Arbeitsweise wurde eine Verbindung zwischen thermoelektrischem Halbleiter und einer Elektrode erhalten, welche einen geringen elektrischen Widerstand und einen geringen Wärmeleitwiderstand besass und welche im wesentlichen keinen Einfluss auf die thermoelektrischen Eigenschaften des Halbleiters ausübte. Darüber hinaus besitzt die Verbindung eine hohe mechanische Festigkeit und bei zerstörender Prüfung bricht der Halbleiter eher als die Verbindung.
Wie bereits früher erwähnt, besitzt die scheibenförmige Elektrode 14, welche an einem Ende des thermoelektrischen Elementes befestigt ist, einen kleineren Durchmesser als die am andern Ende des Halbleiters befestigte scheibenförmige Elektrode 12. Die Scheiben besitzen verschiedene Grösse, um die thermoelektrischen Elemente leicht in tafelförmigen Gebilden zusammenfassen zu können, welche, wie in Fig. 1 gezeigt ist, ein Blech 26 aus einem geeigneten wärmeabsorbierenden Material als heisse Verbindungsstelle und ein zweites Blech 28 aus einem geeigneten abstrahlenden Material als kalte Verbindungsstelle aufweisen.
Die Zellen, welche aus dem thermoelektrischen Halbleiter und den Elektrodenscheiben 12 und 14 bestehen, werden in das oben beschriebene, tafelförmige Gebilde eingesetzt. Zu diesem Zwecke ist in dem als kalte Verbindungsstelle dienenden Blech 28 eine Öffnung 30 vorgesehen, die etwas grösseren Durchmesser besitzt als die kleinere Elektrodenscheibe 14. Der Abstand zwischen dem als kalte Verbindungsstelle dienenden Blech 28 und dem als heisse Verbindungsstelle dienenden Blech 26 ist so bemessen, dass, wenn die kleinere Scheibenelektrode 14 der Zelle die Innenfläche des als heisse Verbindungsstelle dienenden Bleches 26 berührt, die Innenfläche der grösseren Scheibenelektrode 12 die Aussenfläche des als kalte Verbindungsstelle dienenden Bleches 28 berührt.
Die kleinere Elektrodenscheibe 14 wird in geeigneter Weise mit dem Blech 26 und die grössere Scheibe 12 ebenfalls in geeigneter Weise, beispielsweise durch Weichoder Hartlöten, mit dem Blech 28 verbunden.
Es ist selbstverständlich, dass auch die andern Zellen bzw. thermoelektrischen Elemente in ähnlicher Weise in der beschriebenen thermoelektrischen Einrichtung, wie dies bereits beschrieben wurde, eingesetzt werden können. Statt thermoelektrischer Elemente mit scheibenförmigen Elektroden können auch thermoelektrische Elemente mit von der Kreisform abweichende Form besitzenden Elektroden verwendet werden.
Durch den oben beschriebenen Aufbau ist es möglich, Stromzuführungen bzw. Elektroden ohne irgendwelche Einschränkungen unter verschiedensten Bedingungen an p-leitende und n-leitende thermoelektrische Elemente anzuschliessen. Darüber hinaus ist es auch relativ einfach, irgendeines der thermoelektrischen Elemente aus dem tafelförmigen thermoelektrischen Gebilde zu entfernen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung ohne Gleichrichterwirkung zwischen einer Stromzuführung bzw. Elektrode und einem thermoelektrischen Halbleiter unter Verwendung einer Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Fläche der Stromzuführung bzw. Elektrode ein Überzug aus einem Dopiermaterial aufgebracht wird, das dieselbe Dopierwirkung besitzt wie das Dopiermaterial im Halbleiter und in der Oberfläche der Stromzuführung im Halbleiter unlöslich ist, worauf der Überzug an den Halbleiter angelegt und der Übcrzug zusammen mit dem Halbleiter auf eine oberhalb der eutektischen Temperatur des zwischen Überzugsmaterial und Halbleitermaterial bestehenden Eutektikums erhitzt wird.