CH426962A - Thermoelektrischer Wandler und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Thermoelektrischer Wandler und Verfahren zu seiner Herstellung

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CH426962A
CH426962A CH1450460A CH1450460A CH426962A CH 426962 A CH426962 A CH 426962A CH 1450460 A CH1450460 A CH 1450460A CH 1450460 A CH1450460 A CH 1450460A CH 426962 A CH426962 A CH 426962A
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CH
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thermoelectric
bridges
semiconductor material
semiconductor
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CH1450460A
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Green Mino
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Zenith Radio Corp
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    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01CCONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C23/00Auxiliary devices or arrangements for constructing, repairing, reconditioning, or taking-up road or like surfaces
    • E01C23/16Devices for marking-out, applying, or forming traffic or like markings on finished paving; Protecting fresh markings
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device

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Description


      Thermoelektrischer    Wandler und     Verfahren    zu seiner Herstellung    Es ist bekannt, dass     zahlreiche    Halbleiterma  terialien ausgeprägte     thermoelektrische    Eigenschaften       besitzen    und dass solche Stoffe     benutzt    werden kön  nen, um durch Wärmezufuhr Elektrizität oder durch  Anlegen an eine     elektrische    Spannung einen Kühl  effekt (Kühlung oder     Gefrierung)    zu erzielen.

       In    der  Kältetechnik beispielsweise verhilft die Anwendung       thermoelektrischer    Prinzipien zu der Möglichkeit,  Kühleinrichtungen ohne bewegliche Teile und ohne  flüssige Kühlmittel herzustellen. Auf dem Gebiet der  elektrischen Energiezeugung bietet die     Thermoelek-          trizität    zahlreiche     reizvolle    Möglichkeiten, von denen  nicht die schlechteste ist, einen elektrischen Gene  rator ohne bewegliche Teile aufzubauen.

   Die Mög  lichkeiten der     Thermoelektrizität    für die Industrie  und die Öffentlichkeit ist     gleichermassen    erkannt  worden, und es werden grosse Anstrengungen zur  industriellen Ausnutzung der     vorteilhaften    Eigen  schaften     thermoelektrischer    Vorrichtungen gemacht.  Gegenwärtig sind jedoch die maximal erzielbaren  Wirkungsgrade     thermoelektrischer    Wandler zu nied  rig, um die Konstruktion kommerzieller     thermoelek-          trischer    Vorrichtungen zu gestatten, die     mit    entspre  chenden Vorrichtungen üblicher Bauart in Wettbe  werb treten können.  



  Die Erfindung schafft indessen einen     thermo-          elektrischen    Wandler mit einem     Wandlerkörper    aus  einer Vielzahl Teilchen aus halbleitendem Material,  die durch Brücken aus diesem Material     miteinander     verbunden sind und dadurch gekennzeichnet ist, dass  die Breite dieser Brücken in der Grössenordnung  von 100     Angström    liegt und der     Wandlerkörper    ein  Verhältnis der elektrischen Leitfähigkeit aufweist,  das wesentlich grösser ist als das des eigenleitenden  Halbleitermaterials der Teilchen.

      Das Verfahren zur Herstellung eines solchen       thermoelektrischen    Wandlers ist dadurch gekenn  zeichnet, dass der     Wandlerkörper    durch     Sinterung     der Halbleiterteilchen gebildet wird, wobei der     Sinter-          vorgang    vor dem völligen     Zusammensintern    der  Teilchen beendet wird, so dass die Teilchen durch  Brücken verbunden werden, die aus Oberflächenbe  reichen der Teilchen     bestehen.     



       Der    Aufbau und die Wirkungsweise     eines        erfin-          dungsgemässen    Wandlers kann am besten aus der  folgenden Beschreibung eines     Ausführungsbeispiels     anhand der Zeichnung erklärt werden. Dazu erscheint  es zweckmässig, kurz den Mechanismus der Wärme  übertragung in verschiedenartigen Stoffen zu be  trachten. Bekanntlich leiten Metalle Wärme durch  Elektronenleitung in einer Weise, die durchaus analog  der Art ist, in der sie elektrischen Strom leiten. Die  Wärmeübertragung in solchen Stoffen hat hohen  Wirkungsgrad, und im allgemeinen stehen die  Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit  in einem guten Verhältnis zueinander.

   Somit besitzt  ein ausnehmend guter elektrischer Elektrizitätsleiter,  wie Kupfer oder Silber, auch überaus hohe Wärme  leitfähigkeit.  



  Andererseits sind solche Stoffe wie Asbest elek  trische Isolatoren, weil die Anzahl freier Elektronen  in jedem Einheitsvolumen solcher Stoffe     ausser-          ordentlich    niedrig ist. Jedoch ist dieser Stoff keines  wegs ein vollkommener     Wärmeisolator,    und es     wird     nun allgemein angenommen, dass eine solche Wärme  leitung, wie sie in Isolierstoffen erfolgt, durch Kristall  gitterschwingungen in dem Stoff bewirkt wird. Zur  Erleichterung der Betrachtung hat es sich     als        zweck-          mässig    erwiesen, solche     Kristallgitterschwingungen    in  Begriffen der Teilchenanalogie auszudrücken.

   Zu      diesem Zweck wird eine     Einheitsgitterschwingung        als     ein     Phonon    bezeichnet.     In        einem    Isolator wird dann  eine solche auftretende Wärmeübertragung fast voll  ständig durch     Phononleitung    bewirkt.  



  Halbleiterstoffe besitzen im     allgemeinen    elek  trische Eigenschaften, die zwischen denen der Isola  toren und der     Metalle        liegen.    Da jedoch Halbleiter  Elektronenkonzentrationen haben, deren     grösste    noch  um mehrere Grössenordnungen kleiner als für Me  talle charakteristische     Elektronenkonzentrationen    ist,  wird die Wärmeübertragung in     Halbleitern    vorwie  gend durch     Phonenleitung    bewirkt.  



  Unter anderen Bemühungen zur     Verbesserung     der     thermoelektrischen    Gütezahl von     Halbleiterstof-          fen    sind     Experimente    mit zusammengepressten ge  sinterten Pulvern durchgeführt worden. Solche An  strengungen sowie auch andere Versuche zur Ver  besserung der     thermoelektrischen        Gütezahl    durch  Verändern des spezifischen elektrischen Widerstandes  oder der Wärmeleitfähigkeit haben zu keinem aus  geprägten     Erfolg    geführt.

   Die     erfindungsgemässen          thermoelektrischen    Wandler enthalten Teilchen aus       gesintertem    Pulver im     Gegensatz    zu kompaktem       Halbleitermaterial,    wie     z.B.        Einkristallhalbleiter.        Eine          Ähnlichkeit        mit    bekannten     Wandlerformen    ist jedoch  nur scheinbar, wie aus der     folgenden    Erläuterung  deutlich wird.  



  Ein     erfindungsgemäss    aufgebauter     thermoelek-          trischer    Wandler umfasst eine Vielzahl von     Teilchen     aus     Halbleitermaterial,    die durch Brücken aus sol  chem Material miteinander verbunden sind, um einen  Körper zu     bilden,        in    dem die     thermischen    und elek  trischen     Eigenschaften        hauptsächlich    durch die Eigen  schaften der Brücken und nicht durch die Eigen  schaften des     Materials    in kompakter Anordnung be  stimmt werden.

   Zwecks     Erreichens    bester     thermo-          elektrischer    Eigenschaften werden die     Brückenbe-          reiche        mit        einer    gegenüber den Teilchen so     kleinen          Querschnittsfläche        ausgebildet,        dass    eine     messbare          Phononstreuung        in    den Brücken     auftritt.    Mit ande  ren Worten:

   die Brücken, welche die Teilchen mit  einander     verbinden,    haben mikroskopisch     kleine          Querschnittsabmessungen.    Diese Querschnitte sind  klein     im    Verhältnis zum     durchschnittlichen    mittleren  freien     Phononpfad    im     Halbleitermaterial.     



  Zur weiteren Verbesserung der     thermoelektrischen     Gütezahl können die Brücken so ausgebildet werden,  dass sie     eine    ausgeprägte     Ladungsträgerleitfähigkeit          mit    Bezug auf die     Teilchen    haben. Beispielsweise  können die Teilchen aus     Halbleitermaterial    der     p-          Type    hergestellt sein, während die Brücken aus Halb  leitermaterial des Typs     p+    bestehen.  



  Die erzielbare wesentliche Verbesserung der       thermoelektrischen        Gütezahl    kann auf mehrere phy  sikalische Mechanismen zurückgeführt werden. Zur  Erleichterung der Betrachtung der hier     entwickelten     Gedankengänge wird Bezug auf die Zeichnung ange  nommen, in der in stark vereinfachter und     ideafsier-          ter    Form zwei Teilchen 1 und 2 dargestellt sind, die  durch eine Brücke 3     aneinandergebunden    sind.

   Die         Teilchen    1 und 2 können als würfelförmige Teilchen  von angenähert 1     Mikron        in,    jeder Dimension be  trachtet werden, während bei der Brücke 3 ein kreis  runder Querschnitt mit einem Durchmesser von etwa  100     Angström-Einheiten    angenommen werden kann.  Es soll weiter     angenommen    werden, dass die Teilchen  1. und 2 aus Halbleitermaterial des     p-Typs    bestehen,       und    dass die Brücke 3 beispielsweise durch das Zu  sammensintern und -drücken der Oberflächen der  Teilchen 1 und 2 entstanden sind.  



  Wie dies für solche Stoffe     charakteristich    ist, hat  jedes     Teilchen    1 und 2 ausgeprägte Oberflächen  leitfähigkeit infolge     beweglicher    Raumladungen, die  unmittelbar unter der Oberfläche eingefangen sind.

    Diese beweglichen     eingefangenen        Raumladungen    in  dem Halbleiter des     p-Typs    sind      Löcher     und sind  durch die schraffierten Oberflächen in der Zeichnung  markiert.

       Infolge    der Verengung     in    den Brückenbe  reichen zu     einem    Durchmesser von etwa 100     Ang-          ström-Einheiten    konvergieren die     Raumladungen    der       Teilchen    1 und 2 mit dem     Ergebnis,    dass in diesem  Bereich das Halbleitermaterial zu einem solchen des  Typs     p-I-    wird und der spezifische elektrische Wider  stand der Brücke relativ zu demjenigen der Teilchen  1 und 2     wesentlich    vermindert wird.  



  Effektiv ergibt dann die Bildung einer Brücke  mit grösserer     Ladungsträgerleitfähigkeit,    bezogen auf  die der Teilchen 1 und 2, einen  Kanal  für den  elektrischen     Stromfluss,    der     grösser    als derjenige für  den     Wärmedurchfluss    ist. Die Kapazität des elek  trischen  Kanals      (d.h.    der Brücke selbst) um etwa  das Doppelte. Beispielsweise kann der effektive       Durchmesser    des elektrischen      Kanals     zwischen den  Teilchen 1 und 2     etwa    200     Angström-Einheiten        in    der  dargestellten Gestaltung betragen.

   Dies entspricht  einer Verminderung des spezifischen elektrischen  Widerstandes angenähert um den Faktor zwei, ohne  dass die Wärmeleitfähigkeit K geändert wird.  



  Nunmehr ist die Temperaturverteilung in der  Brücke zu betrachten, wobei zu berücksichtigen ist,  dass die bei einer     Temperaturdifferenz        /\    T ent  wickelte Spannung     gleich    S     AT    ist und dass ausser  dem der Wert von S von der Wärmeleitfähigkeit K  des Materials abhängt.

   Falls nun eine     Temperatur-          differenz    A T von der     Mitte    des Teilchens 1 zur  Mitte des Teilchens 2 durch die Brücke vorhanden  ist,     kann    durch mathematische Berechnung gezeigt  werden, dass angenähert die Hälfte dieser     Tempe-          raturdifferenz    im     Raun-fladungs-Konzentrationsbe-          reich        in        der    Nähe der Brücke und die andere     Hälfte     in den Teilchen auftreten.

   Die gesamte     thermoelek-          trische        Spannung,    die entsprechend dem Temperatur  abfall 0 T erzeugt wird, ist dann dadurch definiert,  dass die in den     Teilchen    über einen Temperaturab  fall von     Y2    A T erzeugte Spannung und die     in    der       Brücke    über einen entsprechenden Temperaturabfall  hervorgerufenen Spannung addiert werden.

   Da aus       rein    geometrischen Gründen die     Wärmeleitfähigkeit     der Brücke in bezug auf diejenige des Materials in  kompakter Form kleiner ist, ist die     thermoelektrische         Kraft oder der     Seebeck-Koeffizient    S in den     Brük-          ken    etwas     kleiner    als in den Teilchen 1 und 2. Je  doch ist diese Verminderung der     thermoelektrischen     Kraft in der Brücke weniger bedeutend als die Ver  minderung des spezifischen elektrischen     Widerstandes,     der im wesentlichen um den Faktor zwei     verkleinert     worden ist.

      Durch die dargestellte Gestaltung wird auch     die          thermoelektrische    Gütezahl     infolge        Phononstreuung     in der Brücke vergrössert. Die     Phononstreuung        er-          folgt    aus zwei Hauptgründen. Erstens werden     Phono-          nen    durch     Masseverschiebungen    und     Unvollkom-          menheiten    im, die Brücke bildenden Material gestreut,  die naturbedingt sind und beim Verbinden der Teil  chen unvermeidbar sind.

   Zweitens ist der Durch  messer der     Brücke,    da er nur etwa 100     Angström-          Einheiten    beträgt, in     seiner    Grösse     mit    dem durch  schnittlichen, mittleren, freien     Phononpfad    vergleich  bar. In der vorstehenden Diskussion wird daran er  innert,     dass    ein     Phonon    ein     Teilchenanalogon    und  als eine     Einheitskristallgitterschwingung    definiert ist.

    Als wissenschaftliche Tatsache steht fest, dass das       Phononspektrum    in Halbleitermaterialien einen brei  ten Frequenz- oder Wellenlängenbereich überdeckt  und dass jedes     Phonon    einen mittleren freien Pfad  im Material hat, der     als    die Durchschnittsentfernung  definiert werden kann, auf der sich das     Phonon    ohne  Zusammenstoss mit einem anderen     Phonon    bewegen  kann.

   Der durchschnittliche, mittlere, freie     Phonon-          pfad    in     Halbleitermaterialien    bei Raumtemperatur  liegt     typischerweise    in dem Bereich von 50 bis 200       Angström-Einheiten.     



  Wie zuvor erwähnt wurde, wird die Wärmeüber  tragung in einem kompakten Halbleitermaterial  hauptsächlich durch     Phononleitung    bewirkt.     In    einem  solchen Material mit Kristallabmessungen, die gross  mit Bezug auf den durchschnittlichen,     mittleren,     freien     Phononpfad    sind, ist der     Phononfluss    im we  sentlichen     unbehindert,    und die spezifische Wärmeleit  fähigkeit ist für das Material charakteristisch.

   In  einem     thermoelektrischen    Wandler nach der Erfin  dung ist jedoch die     Wärmeübertragung    durch die  schmalen Halbleiterbrücken zwischen den einzelnen  Teilchen, die auch vorwiegend durch     Phononleitung          erfolgt,    behindert, weil die Brücke nicht wesentlich  breiter als die Länge eines     durchschnittlichen,    mitt  leren, freien     Phononpfades    in dem Stoff ist. Bei die  sem Aufbau erfahren in die Brücke eintretende       Phononen    eine Streuung mit dem Erfolg, dass die       Phononleitung    durch die Brücke abnimmt.

   Dies er  gibt eine wesentliche Verminderung der spezifischen  Wärmeleitfähigkeit relativ zu der des     Materials    in  kompakter Form.     Praktisch    kann die spezifische  Wärmeleitfähigkeit um einen     Faktor    von 2 bis 5 oder       einen    noch höheren Wert vermindert werden.

   Ande  rerseits wird der     spezifische,        elektrische    Widerstand  der Brücke nicht vergrössert, sondern kann sogar, wie       oben    erwähnt wurde, durch     Konvergenz    der beweg  lichen     eingefangenen    Raumladungen wesentlich ver-    mindert werden.     Infolgedessen    wird eine     wesentlich     vergrösserte     thermoelektrische    Gütezahl     erzielt.     



       Somit    kann zusammenfassend festgestellt werden,  dass ein     erfindungsgemäss    aufgebauter     thermoelek-          trischer        Wandler    Teilchen aus Halbleitermaterial auf  weist, die durch auch aus dem selben Material be  stehende Brücken     miteinander    verbunden sind, die  einen     derart    kleinen Querschnitt gegenüber den Teil  chen haben, dass die thermischen und elektrischen  Eigenschaften des durch die Teilchen     gebildeten    Kör  pers hauptsächlich durch die Eigenschaften der     Brük-          ken    bestimmt werden.

   Bei Brücken mit einem Durch  messer derselben Grössenordnung wie der durch  schnittliche, mittlere, freie     Phononpfad        im    Ausgangs  material wird die spezifische Wärmeleitfähigkeit  durch     Phononstreuung    verringert, die sowohl durch       Masseverschiebungen        und        Unvollkommenheiten    in  den Brücken als auch durch Ablenkungseffekte ver  ursacht wird, die durch die geometrische Gestalt be  dingt sind.

   Da die     thermoelektrische    Gütezahl der       spezifischen    Wärmeleitfähigkeit umgekehrt propor  tional ist, führt dies zu einer wesentlichen Verbesse  rung der     thermoelektrischen    Gütezahl mit Bezug auf  die des Ausgangsmaterials.

   Ausserdem kann durch  Verwenden von Halbleitermaterial des     p-Typs    der  spezifische, elektrische Widerstand infolge Konver  genz der eingefangenen beweglichen Raumladungen  unter den     Oberflächen    der     Teilchen    wesentlich ver  mindert werden.     Dise    führt zu     einem    Zustand, in dem  sich die Temperaturgradienten wesentlich von den  Potentialgradienten unterscheiden, so dass der spezi  fische elektrische     Widerstand    und die spezifische  Wärmeleitfähigkeit mit Bezug auf die entsprechen  den Eigenschaften des Stoffes     in    kompakter Form       unterschiedlich    geändert werden.

   Auf diesen unter  schiedlichen Änderungen der erwähnten Eigenschaf  ten beruht die Erzielung einer wesentlich verbesser  ten     thermoelektrischen    Gütezahl. Anders gesehen, ist  das Verhältnis der elektrischen Leitfähigkeit zu der  Wärmeleitfähigkeit     in    einem     erfindungsgemäss    ge  bauten Wandler wesentlich grösser als dieses Ver  hältnis im Halbleiterausgangsmaterial in kompakter  Form.

   Da die     thermoelektrische    Gütezahl dem Ver  hältnis der elektrischen     Leitfähigkeit    zur Wärmeleit  fähigkeit proportional ist, ergibt sich eine wesentliche  Verbesserung der     Gütezahl.    Vorläufige Untersuchun  gen haben gezeigt, dass Verbesserungen von 300 %  bis 500<B>7,</B> erreicht werden können.  



  Aus den vorstehenden Ausführungen ist ohne  weiteres     ersichtlich,    dass die optimale Verminderung  der Wärmeleitfähigkeit durch     Phononstreuung    er  reicht wird, wenn die     Querschnittsabmessungen    der  schmalen Halbleiterbrücken zwischen     benachbarten     Teilchen verkleinert werden.

   Dieser Verkleinerung  sind jedoch Grenzen gesetzt, da aus praktischen  Gründen der     Wandlerkörper    eine gewisse mecha  nische Stabilität besitzen     wuss.    Es ist gefunden wor  den, dass     Halbleiterbrücken    mit einem Durchmesser  in der Grössenordnung von<B>100</B> bis 200     Angström-          Einheiten    ausreichend klein sind, um eine merkliche           Phononstreuung    zu erzeugen, ohne dass ein Körper  entsteht, der so spröde und zerbrechlich ist, dass er  sich nicht mehr verarbeiten lässt.  



  Ein Beispiel eines     Verfahrens,    nach dem ein  Wandler des hier beschriebenen Typs     hergestellt    wer  den kann, sieht die     Pulverisierung    des Halbleiter  materials zu feinen Teilchen     mit    einem     Durchmesser     von mehreren     Mikron    vor.

   Diese Teilchen     können,     dann beispielsweise durch mechanische     Bewegung     mittels Schall- oder     Ultraschallfrequenz        verdichtet     werden, ohne sie     zusammenzupressen.    Nach dem  Rütteln der     Teilchen    zu einer verdichteten Masse  von 50     %    bis 75 % des kompakten Materials kön  nen die Teilchen unter Wärmeanwendung und     in     ihrem Oberflächenbereich     zusammengesintert    wer  den.

   Es ist     natürlich        erforderlich,    dass die Ober  flächen der     einzelnen    Teilchen von irgendwelchen  Fremdstoffen, wie     z.B.        Oxydoberflächenüberzügen,     wenigstens     in    den Bereichen, in     denen    sie sich be  rühren, vor dem     Sintern        gereinigt    werden.

   Solche  Erwägungen können die Verwendung einer     neutralen.     Umgebung bedingen, die am     zweckmässigsten    ein       evakuierter    Raum, oder eine Atmosphäre mit     inerten     oder inaktiven Gasen sein kann.  



  Es kann zweckmässig sein, der umgebenden At  mosphäre einen Bestandteil des gleichen oder eines  anderen Halbleitermaterials, aus dem das Pulver zu  sammengesetzt ist, beizumischen. Dies sind vorwie  gend chemische Erwägungen, die für einzelne Aus  gangsmaterialien optimale Bedeutung haben können,  jedoch hinsichtlich der Erfindung nicht wesentlich  sind.  



  Die beschriebenen Vorteile und im besonderen  die Verbesserung der     thermoelektrischen    Gütezahl  sind in einem Körper realisiert worden, der aus Ger  manium des     p-Typs    besteht.     Im    speziellen wurde ein  Stab aus mit Gallium dotiertem,     polykristallinen     Germanium des     p-Typs,    das einen spezifischen Wider  stand von 5 X     10-3    Ohm - c hat, so     fein.    wie möglich  von Hand mit einem     Achatmörser    und     -stempel    ge  mahlen.

   Die entstehende Teilchengrösse wurde hin  sichtlich der Länge auf einen Bereich von     1/1o    bis 10       Mikron        geschätzt.    Das auf diese Weise     hergestellte     Pulver wurde in ein      Vicor -Süikaglas-Vakuum-          system        (d.h.    ein schwerschmelzendes System) einge  setzt. Der Aufnahmebehälter wurde     dann    auf einen  Druck von 10-6 mm     Hg    evakuiert und     nach    der Eva  kuierung zwecks Verdichtung des Pulvers gerüttelt.

    Dieser     Vibrations-    und Verdichtungsvorgang wurde  wiederholt, bis die endgültige Dichte der Pulvermasse  angenähert 63     %    des kompakten Ausgangsmaterials  betrug. Die Pulvermenge wurde dann auf eine Tem  peratur von etwa 850  für angenähert eine Stunde  erwärmt, um zuerst die     Teilchenoberflächen        von    den       Oxydüberzügen    zu befreien und dann die Teilchen  an den Oberflächen     zusammenzusintern,    um die  schmalen     Halbleiterbrücken    zu bilden.  



  Der spezifische     Widerstand    der entstehenden ge  sinterten Masse wurde auf direkte Weise     gemessen     und belief sich auf etwa 1 Ohm - cm, verglichen mit    einem spezifischen Widerstand von 5 X     10-3    Ohm - cm  im Ausgangsmaterial. Die     spezifische        Wärmeleit-          fähigkeit    wurde durch direkte Messung und Berech  nung auf 1,5 X 10-4     cal/cm/ K    ermittelt,     verglichen     mit einem Zahlenwert von 1,5 X 10-1     in    den gleichen       Einheiten    für das Material in     fester    Form.

   Die       thermoelektrische    Kraft oder der     Seebeek-Koeffizient     des     Pulvers    war     im        wesentlichen    gleich den entspre  chenden Daten     des    Materials in fester Form. Infolge  dessen wurde eine Verbesserung der     thermoelek-          trischen    Gütezahl erreicht, die dem Faktor 5 ent  spricht.  



  Es kann     auch    eine weitere Erhöhung der     ther-          moelektrischen    Gütezahl eines     erfindungsgemäss    her  gestellten Wandlers erreicht werden.     Beispielsweise     kann der Körper dadurch gebildet werden,     dass    ver  mengte Teilchen von zwei oder mehreren verschie  denen     Halbleitermaterialien    an den     Oberflächen    zu  sammengesintert werden.

   Dies kann zu     weiterer    Ver  besserung der     thermoelektrischen    Gütezahl aus     zwei     Gründen führen: 1) kann bei Teilchen verschiedener       Halbleitermaterialien    die     entstehende        Phononbrechung     zu     verstärkter    Phonostreuung führen, und 2) können  bei dem Vorgang des     Zusammensinterns    der     Teilchen     an den Oberflächen die beiden Materialien im  Brückenbereich legiert werden,

   so dass ein     thermo-          elektrischer        Stoff    mit     einer    höheren Gütezahl, als bei  einem der Ausgangsmaterialien vorhanden, erzeugt  werden kann.     In    dem letztgenannten Zusammenhang  muss daran erinnert werden, dass in einem beschrei  bungsgemäss hergestellten Körper die thermischen  und elektrischen Eigenschaften     hauptsächlich    durch  die Eigenschaften der Brücken bestimmt werden.

   In  diesem Zusammenhang ist es beispielsweise bekannt,  dass eine Legierung aus     Wisnuttellurid    und     Wismut-          selenid    eine von Natur aus höhere     thermoelektrische     Gütezahl besitzt als eines der     Ausgangsmaterialien.     



  Der Aufbau eines erfindungsgemässen     thermo-          elektrischen        Wandlers    ist auch in ausgezeichneter Weise  für chemische Behandlung zwecks weiterer Erhöhung  der     thermoelektrischen    Gütezahl geeignet. Da die  Brücken gegenüber den Teilchen sehr dünn sind,  können beim Dotieren mit     Modifizierstoffen,    wie       z.B.    Arsen usw., während einer bestimmten Zeitdauer,  diese das Material der Brücke vollständig durch  setzen, während bei den Teilchen nur die Oberfläche  leicht beschlagen wird.

   Somit können die     Verbin-          dungsbrücken    praktisch lokal dotiert werden, ohne  die Eigenschaften der     Teilchen    wesentlich zu beein  flussen.  



  Erfindungsgemässe     thennoelektrische        Wandler     können in zahlreichen     kommerziellen    Anwendungs  gebieten eingesetzt werden, die     hauptsächlich    zu  zwei Kategorien gehören, nämlich für die Erzeugung  elektrischer Energie und zum elektrischen Kühlen.       In    beiden Anwendungsgebieten kann der gewünschte  Effekt ohne Verwendung beweglicher Teile mit Wir  kungsgraden erreicht werden, die besser oder ver  gleichbar mit Wirkungsgraden sind, die mit her  kömmlichen     Einrichtungen    erzielt werden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE I. Thermoelektrischer Wandler mit einem Wand lerkörper aus einer Vielzahl Teilchen aus halbleiten dem Material, die durch Brücken aus diesem Material miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeich net,
    dass die Breite dieser Brücken in der Grössen- ordnung von 100 Angström liegt und der Wandler- körper ein Verhältnis der elektrischen Leitfähigkeit zur Wärmeleitfähigkeit aufweist, das wesentlich grös- ser ist als das des eigenleitenden Halbleitermaterials der Teilchen. Il.
    Verfahren zur Herstellung des thermoelektri- schen Wandlers nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass der Wandlerkörper durch Sinte- rung der Halbleiterteilchen gebildet wird, wobei der Sintervorgang vor dem völligen Zusammensintern der Teilchen beendet wird, so dass die Teilchen durch Brücken verbunden werden, die aus Oberflächen bereichen der Teilchen bestehen.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Wandler nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Brücken aus Halbleiterma terial Störstellen aufweisen, um ein Streuen der Pho- nonen und eine thermoelektrische Güteziffer zu be wirken, die grösser ist als die des eigenleitenden Halb leitermaterials. 2. Wandler nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Brücken aus Halbleitermaterial gegenüber dem eigenleitenden Halbleitermaterial eine grössere Ladungsträger-Leitfähigkeit besitzen. 3.
    Wandler nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass das eigenleitende Halbleiterma terial Halbleiterteilchen enthält, welche eine Mehr- heitsträger-Leitfähigkeit vom gleichen Typ besitzen, so dass die Helbleiterbrücken auch eine Mehrheits- träger-Leitfähigkeit der genannten Type aufweisen.
    4. Wandler nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass der Halbleiterkörper eine Dichte von mindestens 50 % der Dichte des kompakten Halbleitermaterials aufweist.
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