AT237703B

AT237703B - Thermoelektrische Halbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: AT237703B
Application number: AT287663A
Authority: AT
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1962-06-29
Filing date: 1963-04-09
Publication date: 1965-01-11

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Thermoelektrische Halbleiteranordnung und
Verfahren zu ihrer Herstellung 
Zur Anwendung in der Peltier-Kühltechnik werden in bekannter Weise Halbleiterbauelemente benutzt, deren Schenkel n-bzw. p-leitend sind. Die Eignung eines Halbleiters für diese Anwendung ist durch eine möglichst grosse thermoelektrische Effektivität 
 EMI1.1 
 charakterisiert, wobei   01.   die Thermokraft, a die elektrische und k die thermische Leitfähigkeit bedeuten. 



  Für die Anwendung eines Halbleiters in einem Kühlelement ist besonders wichtig die Temperaturabhängigkeit der Effektivität z im Arbeitstemperaturbereich, der im allgemeinen   von ; 400C   bis zu möglichst tiefen Temperaturen reicht. Die Qualität eines Peltierelementes kann durch die maximale Temperatur- 
 EMI1.2 
 Es gilt dabei die Beziehung 
 EMI1.3 
 
Tk ist hiebei die Temperatur der kalten Lötstellen. 



   Ein guter Peltier-Halbleiter soll deshalb nicht nur bei Zimmertemperatur eine sehr hohe Effektivität haben, sondern diese soll auch im gesamten Arbeitsbereich so gross wie möglich sein. 



   Es ist bekannt, dass für den n-leitenden Schenkel von Peltier-Kühlelementen Legierungen des Systems   BiTe-BiSe   verwendet werden. Insbesondere gilt die Legierung 80   Mol-%   Bi2Te3-20 Mol-% Bi2Se3wegen   ihrer minimalen Gitterwärmeleitfähigkeit bei geeigneter Dotierung   für Kühlzwecke als besonders geeignet. 



  Die Effektivität dieser Legierung beträgt bei Zimmertemperatur 
 EMI1.4 
 Gegenstand der Erfindung ist eine thermoelektrische Halbleiteranordnung. Erfindungsgemäss ist als 
 EMI1.5 
 mit einem Halogen oder einem Halogenid eines Metalles dotiert. 



   Vorzugsweise wird als Halogenid das Kupferbromid und als Halogen das Chlor verwendet. 



   Das   überraschende Neue   der Erfindung besteht darin, dass im erfindungsgemässen Zusammensetzungsbereich durch geeignete Halogendotierung sowohl bei Zimmertemperatur ein hoher Wert der Effektivität erreicht wird als auch im Arbeitstemperaturbereich von +400C abwärts grössere maximale Temperaturdifferenzen als bei der bis jetzt als optimal angesehenen 80   Mol-%   Bi2Te3-20 Mol-% Bi2Se3-Legierung 

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   erreicht werden. Gegenüber Bi Te-Legierungen, die ausschliesslich AsSe enthalten, besteht bei der erfindungsgemässen Legierung ausserdem der Vorteil, dass die Herstellung homogenen Materials unter   Vermeidung unregelmässig kristallisierter Bezirke leicht nach dem an sich bekannten "normal freezing"Verfahren möglich ist. 



   Die gemäss der Erfindung zusammengesetzten und hergestellten n-leitenden Halbleiterkörper ergeben 
 EMI2.1 
 
 EMI2.2 
 
<tb> 
<tb> Halbleiter <SEP> AT <SEP> [GradC] <SEP> 
<tb> max
<tb> I <SEP> 65
<tb> II <SEP> 76
<tb> III <SEP> 70
<tb> 
 Die Temperatur der warmen Lötstellen lag hiebei in allen Fällen bei +40 C. 



  Die Zusammensetzungen der Halbleiterkörper I, II und III sind nachstehend als Beispiele genannt : 
 EMI2.3 
 
<tb> 
<tb> Halbleiter <SEP> I
<tb> 96 <SEP> Mol-% <SEP> Bi <SEP> Te <SEP> 
<tb> 2 <SEP> 3 <SEP> 
<tb> 2 <SEP> Mol-% <SEP> Bi <SEP> Se <SEP> 
<tb> 2 <SEP> 3
<tb> 2 <SEP> Mol-% <SEP> As <SEP> Se <SEP> 
<tb> +0,05 <SEP> Gel.-% <SEP> CuBr
<tb> Halbleiter <SEP> II
<tb> 88 <SEP> Mol-% <SEP> Bi <SEP> Te <SEP> 
<tb> 2 <SEP> 3
<tb> 10 <SEP> Mol-% <SEP> Bi <SEP> Se <SEP> 
<tb> 2 <SEP> Mol-'% <SEP> As <SEP> Se <SEP> 
<tb> 2 <SEP> 3
<tb> +0,04 <SEP> Gew.-'% <SEP> Cl <SEP> 
<tb> Halbleiter <SEP> III
<tb> 85 <SEP> Mol-% <SEP> Bi <SEP> Te <SEP> 
<tb> 10 <SEP> Mol-% <SEP> BiSe <SEP> 
<tb> 2 <SEP> s
<tb> 5 <SEP> Mol-% <SEP> As2Se
<tb> +0, <SEP> 05 <SEP> Gew.-% <SEP> CuBr
<tb> 
 
In der nachfolgenden Tabelle 2 sind die thermoelektrischen Eigenschaften des Halbleiterkörpers II angegeben :

   
Tabelle 2 : 
 EMI2.4 
 
<tb> 
<tb> Thermokraft <SEP> Elektrische <SEP> Leit- <SEP> Wärmeleit- <SEP> Thermoelektrische
<tb> fähigkeit <SEP> # <SEP> fähigkeit <SEP> Effektivität
<tb> k <SEP> 
<tb> &alpha;[ V/Grad] <SEP> [#-1cm-1] <SEP> [W/cm.Grad] <SEP> [Grad-1]
<tb> . <SEP> 10-2 <SEP> z <SEP> . <SEP> 10-3- <SEP> 185 <SEP> 1282 <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 
 

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 EMI3.1 
 mein jedes Halogen als Dotierungssubstanz geeignet. 



     Die Einwaagen für die oben genannten Halbleiterkörper   I, II und III sind in der nachfolgenden Tabelle 3 aufgeführt : 
Tabelle 3 
 EMI3.2 
 
<tb> 
<tb> Te <SEP> [g] <SEP> Bi <SEP> [g] <SEP> Se <SEP> [g] <SEP> As <SEP> [g] <SEP> CuBr <SEP> [g] <SEP> Chlor <SEP> [g]
<tb> I <SEP> 23, <SEP> 2715 <SEP> 25, <SEP> 9388 <SEP> 0,6000 <SEP> 0, <SEP> 1897 <SEP> 0, <SEP> 0250 <SEP> 
<tb> II <SEP> 21,6524 <SEP> 26,3280 <SEP> 1,8269 <SEP> 0,1926 <SEP> - <SEP> 0,0200
<tb> III <SEP> 21,2536 <SEP> 25,9363 <SEP> 2,3207 <SEP> 0,4893 <SEP> 0,0250
<tb> 
 
Zur Herstellung der Legierung gemäss der Erfindung wird diese zunächst in einem evakuierten Quarzrohr bei 8000C vorlegiert und anschliessend nach dem an sich bekannten "normal-freezing"-Verfahren bei einer Temperatur von etwa 7500C mit einer Geschwindigkeit von 0,06 cm/h abgesenkt.

   Es eignet sich ebenfalls das an sich bekannte Zonenschmelzverfahren. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Thermoelektrische Halbleiteranordnung, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbleiterkörper eine n-leitende Legierung des Systems Bi2Te3-Bi2Se3-As2Se vorgesehen ist mit der prozentualen molekularen 
 EMI3.3 
 Halogen oder einem Halogenid eines Metalles dotiert ist.

Claims

2. Thermoelektrische Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper mit 0, 03 - 0, 06 Gew.-% CuBr dotiert ist.

3. Thermoelektrische Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper mit 0, 01 - 0, 06 Gel.-% Chlor dotiert ist.

4. Verfahren zum Herstellen einer thermoelektrischen Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper in einem evakuierten Quarzrohr bei 8000C vorlegiert und anschliessend nach dem an sich bekannten"normal-freezing"-Verfahren bei einer Temperatur von etwa 7500C mit einer Geschwindigkeit von 0,6 cm/h abgesenkt wird.