DE10035840A1 - Thermoelektrisches Halbleiterbauelement - Google Patents
Thermoelektrisches HalbleiterbauelementInfo
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Abstract
Bekannte thermoelektrische Halbleiterbauelemente, die auf dem Peltier- oder dem Seebeck-Effekt basieren, weisen nicht zufriedenstellende Güteparameter ZT in der Nähe des Wertes "1" auf. Es werden ungeordnete kristalline Halbleitermaterialien eingesetzt. Die phononische Wärmeleitfähigkeit (lambda¶L¶) als ausgeprägt anisotrope Kristalleigenschaft hat reziproken Einfluss auf den Güteparameter ZT. Entlang polarer Achsen (PA) im Kristall, die aufgrund von Atomlagen mit polarer Symmetrie hervorgerufen werden, nimmt die phononische Wärmeleitfähigkeit (lambda¶L¶) als zweite Komponente der Leitfähigkeit (lambda) neben der elektronischen Wärmeleitfähigkeit (lambda¶e¶) minimale Werte an. Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterelement (SCE) ist deshalb vorgesehen, dass die eingesetzten Verbindungshalbleiter (SC) polare Achsen (PA) aufweisen und dass eine von maximal drei unabhängigen polaren Achsen (PA) - bevorzugt eine ausgezeichnete Achse (PA) mit der geringsten phononischen Wärmeleitfähigkeit (lambda¶L¶) - entlang des zu erzeugenden Temperaturgradienten DOLLAR I1 ausgerichtet ist. Entsprechend können orientiert angeordnete Halbleitermaterialien (SC) mit polaren Achsen (PA) mit optimierten Güteparametern (ZT) zu hocheffizienten thermoelektrischen Halbleiterbauelementen (SCE) in heizenden beziehungsweise kühlenden oder stromerzeugenden Funktionen in den vielfältigsten Anwendungsmöglichkeiten umgesetzt werden.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein thermoelektrisches Halbleiterbauelement mit
zwei Versorgungsanschlüssen zur Erzeugung oder Ausnutzung eines
Temperaturgradienten auf der Basis thermoelektrischer Effekte mit einer
Materialkonfigurierung kristallin strukturierter Verbindungshalbleiter unter dem
Gesichtspunkt einer optimierten phononischen und elektronischen Wärmeleit
fähigkeit des Kristallgitters in Richtung des Temperaturgradienten.
In thermoelektrischen Halbleiterbauelementen wird die Trennbarkeit von
elektrischem und thermischem Stromfluss in einem Temperaturgradienten
ausgenutzt. Zu den thermoelektrischen Effekten gehören insbesondere der
Seebeck-Effekt bezüglich der Umsetzung eines Temperaturgradienten in einen
elektrischen Stromfluss (thermoelektrischer Generator) und der dazu inverse
Peltier-Effekt bezüglich der Umsetzung eines Spannungsgradienten in einen
Wärmefluss zur Erzeugung eines Temperaturgradienten (Kühl- oder Heiz
element). Die genannten Vorrichtungen werden im Folgenden vereinfacht mit
"Peltier-Element" bezeichnet.
Die Effektivität von Halbleitermaterialien für den Einsatz in Peltier-Elementen
wird allgemein durch den temperaturabhängigen Güteparameter Z ("Effektivi
tätskennzahl") erfasst, der proportional vom Quadrat des Seebeck-Koeffi
zienten S und dem Quotienten aus der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit
σ und der spezifischen thermischen Leitfähigkeit λ abhängig ist.
Es gilt:
Z = S2 σ/λ.
Neben einer möglichst hohen elektrischen Leitfähigkeit σ ist aufgrund dieses
Zusammenhanges bei der Materialkonfiguration eine möglichst geringe
Wärmeleitfähigkeit λ anzustreben.
Die Wärmeleitfähigkeit λ wird als Summe aus der Wärmeleitfähigkeit des
Kristallgitters (phononische Wärmeleitfähigkeit λL mit L = Lattice) und der
Wärmeleitfähigkeit der elektrischen Ladungsträger (elektronische Wärmeleit
fähigkeit λe) dargestellt.
Es gilt:
λ = λL+ λe.
Die anzustrebende Verringerung der Wärmeleitfähigkeit λ kann praktisch nur
über eine Verringerung der phononischen Wärmeleitfähigkeit λL umgesetzt
werden.
Als geeignete Materialien für Peltier-Elemente haben sich vor allem
Verbindungshalbleiter erwiesen, deren atomare Konstituenten schwere
Elemente sind. Bei derartigen Halbleitern, z. B. Bi2Te3, ist die Wärmeleit
fähigkeit λL des Kristallgitters vergleichsweise gering. Eine weitere Verringe
rung der Wärmeleitung λL durch das Gitter kann dadurch bewirkt werden, dass
Mischverbindungen, beispielsweise Bi2(Te,Se)3, eingesetzt werden. Die
elektronische Leitfähigkeit λe bei der entsprechenden Arbeitstemperatur liegt
vorteilhafterweise im Bereich der beginnenden Entartung des Halbleiters. Bei
Berücksichtigung der genannten technischen Regeln lassen sich Materialien
für thermoelektrische Halbleiterbauelemente konfigurieren, deren ZT-Werte
unter oder nahe bei dem Wert "1" liegen. Die Verwendung der Größe "ZT" hat
gegenüber dem Güteparameter Z den Vorteil, dass es ich um einen
dimensionslosen Parameter handelt. Mit "T" wird dabei die mittlere Temperatur
als Mittelwert zwischen den beiden immer auftretenden Gradienten
temperaturen bezeichnet, bei der das Peltier-Element arbeitet (vergleiche
Encyclopedia of Appl. Phys., Vol 21. (1997) "Thermoelectric Devices",
insbesondere Kap. 1.1.3 "Thermal Conductivity"). ZT-Werte im Bereich des
Wertes "1" sind aber in Anbetracht der beteiligten Parameter und ihrer
Einstellmöglichkeiten nicht als befriedigend anzusehen.
Im Stand der Technik ist eine Vielzahl von unterschiedlich konfigurierten
Peltier-Elementen bekannt. Genannt seien beispielhaft an dieser Stelle die
EP 0924481, die US 5715684 und die DE 40 06 861. In diesen Druckschriften
werden thermoelektrische Halbleiterbauelemente in Form von Peltier-Elemen
ten aus parallel nebeneinander angeordneten n- und p-Halbleitern beschrie
ben. Der über Versorgungsanschlüsse eingeleitete Strom fließt durch alle n-
Halbleiter in eine und durch alle p-Halbleiter in die entgegengesetzte Richtung.
In Kombination mit einer Verschaltung der n- und p- Halbleiterelemente in
Reihe ergibt sich bei fließendem Strom ein Temperaturgradient, der entweder
zur Kühlung oder Erwärmung einer Seite der Peltier-Elemente führt. Auf eine
charakteristische Materialkonfigurierung jedes einzelnen n- und p-Halbleiter
bauelements wird bei den bekannten Peltier-Elementen kein Bezug
genommen. Vielmehr werden hier die Halbleitermaterialien durchgängig in
einer regellosen Konfigurierung ohne einen speziell geordneten Aufbau
eingesetzt.
Vor dem Hintergrund der oben aufgezeigten technischen Regeln bei der
Konfigurierung von Materialien für thermoelektrische Halbleiterbauelemente
und ausgehend von dem zuvor beschriebenen prinzipiellen Aufbau solcher
Bauelemente ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein thermo
elektrisches Bauelement der eingangs genannten Art in seiner Material
konfigurierung so weiterzubilden, dass besonders hohe Güteparameter
erreichbar werden. Dabei sollen die Mittel der Weiterbildung einfach und damit
einfach herstell- und anwendbar sowie kostengünstig sein.
Als Lösung für diese Aufgabe ist bei dem erfindungsgemäßen thermoelek
trischen Halbleiterbauelement mit zwei Versorgungsanschlüssen zur Erzeu
gung oder Ausnutzung eines Temperaturgradienten auf der Basis thermo
elektrischer Effekte mit einer Materialkonfigurierung kristallin strukturierter
Verbindungshalbleiter unter dem Gesichtspunkt einer optimierten Wärmeleit
fähigkeit in Richtung des Temperaturgradienten deshalb vorgesehen, dass die
eingesetzten Verbindungshalbleiter aufgrund von im Kristallgitter charakte
ristisch positionierter Atome in Lagen polarer Symmetrie eine maximal
dreiachsig polare Kristallgitter-Wärmeleitfähigkeit mit ausgeprägt kleinen
Werten entlang der auftretenden unabhängigen, polaren Achsen aufweisen
und derart im Halbleiterbauelement orientiert angeordnet sind, dass eine von
den maximal drei polaren Achsen entlang des zu erzeugenden Temperatur
gradienten ausgerichtet ist.
Die Erfindung geht für ihren Lösungsansatz von mehreren Beobachtungen
aus:
- - Eine der Strategien für die Erreichung hoher ZT-Werte besteht darin, die phononische Wärmeleitfähigkeit des eingesetzten Halbleitermaterials in Richtung des Temperaturgefälles zu minimieren.
- - In anisotropen Kristallen mit Atomen auf polaren Lagen treten für die verschiedenen Kristallrichtungen verschiedene phononische Wärmeleitfä higkeiten auf, die sich um Größenordnungen unterscheiden können. Dies gilt z. B. für Graphit, das aus übereinander liegenden Schichten aus hexagonal koordinierten C-Atomen aufgebaut ist, und in dem die Gitterwärmeleitfähigkeit parallel zu den Schichten über einen großen Temperaturbereich um den Faktor 20 größer ist als senkrecht dazu (vergleiche J.E. Parrott and A.D: Stuckes, "Thermal Conductivity of Solids", Pion London, 1975).
- - Polare Lagen bzw. Lagen polarer Symmetrie im Sinne der Kristallographie mit unabhängigen polaren Achsen werden nach Schönfließ mit Symmetrie symbolen C1 (3 polare Achsen), Cs (2 polare Achsen), Cn, Cc ν (n = 2, 3, 4, 6; jeweils eine polare Achse) bezeichnet (vergleiche M. Birkholz "Crystal-field induce dipole moments in heteropolar crystals - I. concept", Z. Phys. B 96, 325-332, 1995). Beispielsweise besetzt das Se-Atom im geschichteten Gitter des Verbindungshalbleiters WSe2 eine polare Lage mit der Punktsymmetrie C3, wobei die polare Achse senkrecht zu den Se- und W- Schichten, d. h. parallel zur kristallographischen c-Achse orientiert ist.
Die Materialkonfigurierung in dem erfindungsgemäßen thermoelektrischen
Halbleiterbauelement ist im Gegensatz zu den bekannten Konfigurierungen
nicht regellos. Der geordnete Aufbau orientiert sich an der Geometrie der
Kristallstruktur, aus dem der eingesetzte Halbleiter gebildet wird. Durch die
Orientierung der Halbleiterkristallite entlang bestimmter kristallographischer
Achsen ("polare Achsen") wird bewirkt, dass die Gitter-Wärmeleitung in
Richtung der Achsen und damit senkrecht zu den Grenzschichten auf den
kleinstmöglichen Wert reduziert wird. Durch diese resultierende Verringerung
des starken Einflussfaktors der Wärmeleitfähigkeit sind mit dem erfindungs
gemäßen Halbleiterbauelement bei der Realisierung von Kühl- oder
Heizelementen bzw. thermischen Generatoren somit ohne Weiteres sehr hohe
Güteparameter zu erzielen.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Verbindungshalbleiter weisen durch
charakteristische Atompositionen mit polarer Symmetrie eine ausgeprägte
Anisotropie ihrer Gitterwärmeleitfähigkeit auf. In Richtung der polaren Achsen
ist bei den verwendeten Verbindungshalbleitern die Wärmeleitfähigkeit stark
reduziert, da hier Gitterschwingungen aufgrund der anisotropen Kristallpoten
tiale stark unterdrückt werden. Die Strecken im Kristallgitter entlang der
polaren Achsen wirken dann wie eine thermische Isolierung. Ein schwacher
Einfluss wird auch auf die elektronische Wärmeleitfähigkeit λe als zweitem
Anteil der Wärmeleitfähigkeit λ ausgeübt, der aber außer Acht gelassen
werden kann. Da bei einigen Verbindungshalbleitern auch eine Vergrößerung
der Kristall-Wärmeleitfähigkeit λL entlang der polaren Achsen auftreten kann,
ist bei der Auswahl der für das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement
entsprechend sorgfältig vorzugehen. Erforderlichenfalls können getroffene
Materialwahlen empirisch überprüft werden.
Gleiches gilt auch für die Wahl der geeigneten Material-Orientierung im
Halbleiterbauelement. Da in den Kristallgittern maximal drei unabhängige
polare Achsen mit unterschiedlicher Isolationswirkung auftreten können, ist
diejenige mit den für den einzelnen Anwendungsfall günstigsten Isolations
eigenschaften im Einzelfall dann empirisch zu ermitteln. Hierbei können sehr
wohl auch die polaren Achsen ausgewählt werden, die nicht die minimale
phononische Wärmeleitfähigkeit λL aufzeigen. Zum Aufbau eines Temperatur
gradienten ist es jedoch wichtig, die beiden Punkte unterschiedlicher Tempe
ratur optimal voneinander zu isolieren, um einen Temperaturausgleich zu
verhindern und den aufgebauten oder angelegten Temperaturgradienten
aufrecht zu erhalten. Je größer die selektive Isolationswirkung in Richtung des
Temperaturgradienten ist, desto effektiver arbeitet das entsprechende Bau
element. Deshalb ist es nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist besonders
sinnvoll, wenn die orientierte Anordnung der eingesetzten Verbindungs
halbleiter entlang derjenigen ausgezeichneten polaren Achse erfolgt, entlang
der die geringste Kristallgitter-Wärmeleitfähigkeit λL auftritt. Auch hierbei kann
die festgelegte Kristallgitterorientierung gegebenenfalls empirisch durch
einfache Messungen am Verbindungshalbleiter überprüft werden. In
Abhängigkeit von der jeweiligen Wahl der günstigsten polaren Achse ist damit
die hohe erreichbare Effektivität des erfindungsgemäßen Halbleiterbau
elements erklärbar.
Nach einer Fortführung der Erfindung ist es daher vorteilhaft, wenn die beiden
Energieanschlüsse so am Halbleiterbauelement angeordnet sind, dass der zur
Erzeugung oder Ausnutzung des Temperaturgradienten erforderliche elektri
sche Stromfluss entlang der einen ausgezeichneten polaren Achse erfolgt. Das
gilt sowohl für den Fall der Aufprägung eines elektrischen Stroms zur
Erzeugung eines Temperaturgradienten als auch für den inversen Fall der
Aufprägung eines Temperaturgradienten zur Erzeugung eines elektrischen
Stroms. Daneben kann es je nach Anwendungsfall für das Halbleiterbau
element und damit je nach Anforderung an seine speziellen Betriebs
charakteristika aber durchaus auch sinnvoll sein, wenn gemäß einer nächsten
Erfindungsfortführung die beiden Energieanschlüsse so am Halbleiter
bauelement angeordnet sind, dass der zur Erzeugung oder Ausnutzung des
Temperaturgradienten erforderliche elektrische Stromfluss in beliebiger
Orientierung zu der einen ausgezeichneten polaren Achse erfolgt.
Um von der Anisotropie der Gitterwärmeleitfähigkeit in Verbindungshalbleitern
Gebrauch machen zu können, müssen solche Halbleiter ausgewählt werden,
die Atome auf polaren Lagen, das heißt Atompositionen mit polarer Symmetrie
aufweisen. Dabei können Materialien mit Atomen auf polaren Lagen sowohl
mit nicht-stöchiometrischen als auch mit stöchiometrischen Verhältnissen der
Konstituenten zum Einsatz kommen. Außerdem können Mischverbindungen
von Halbleitermaterialien mit Atomen auf polaren Lagen zum Einsatz kommen,
die dadurch erzeugt werden, dass in dem Maße wie auf eine Komponente
verzichtet wird, eine andere dazulegiert wird, z. B. (Mo,W)Se2. Dabei kann es
nach einer anderen Erfindungsausgestaltung vorgesehen sein, dass die
eingesetzten Verbindungshalbleiter in reiner oder gemischter Form zu der
Gruppe der Übergangsmetall-Dichalkogenide MX2 gehören mit insbesondere
Mo, W oder Sn als Übergangsmetall M und S, Se oder Te als Chalkogenid X.
Diese sogenannten "Schichtgitter-Halbleiter", an deren Bildung die Chalkogene
X = S, Se und/oder Te beteiligt sein können, kristallisieren in der stark
anisotropen CdJ2-Struktur. Einige dieser Verbindungshalbleiter können gezielt
n- und p-dotiert werden, um die elektrische Leitfähigkeit durch Erhöhung der
mobilen Ladungsträger zu verbessern (vergleiche M.C. Lux-Steiner "Synthese,
optoelektronische Eigenschaften und Anwendungen neuer Halbleiterkristalle",
Habilitationsschrift, Konstanz 1991). Diese und auch die weiter oben
genannten Materialien können auch andere, beispielsweise für Peltier-
Elemente verwendete Materialien zugesetzt werden, z. B. Bi2Te3 und WSe2.
Weiterhin kann nach einer nächsten Fortführung des erfindungsgemäßen
Halbleiterbauelements vorgesehen sein, dass den eingesetzten Verbindungs
halbleitern weitere thermoelektrisch aktive Materialien zugemischt sind. Hierbei
kann es sich beispielsweise um Bi2Te3 handeln. Durch Zugabe derartiger
Materialien kann das Gesamtverhalten des Verbindungshalbleiters noch
verbessert werden. Beispielsweise kann ein Material mit einem relativ
schlechten Güteparameter, aber mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gemischt
werden mit einem Material und einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit, sodass ein
neues Material entsteht mit einem hohen Güteparameter durch eine hohe
elektrische Leitfähigkeit, aber mit einer geringen Gitter-Wärmeleitfähigkeit.
Nach einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbleiter
bauelements kann vorgesehen sein, dass mehrere Schichten von Verbin
dungshalbleitern gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzungen in
einem Mehrschichtsystem übereinander gestapelt sind. Durch derartige
Mehrschichtsysteme, zu denen sowohl makroskopische als auch mikrosko
pische Schichtungen aus Halbleitermaterialien mit Atomen auf polaren Lagen
zu zählen sind, kann in einfacher Weise eine Verstärkerwirkung für den
gewünschten Effekt erzeugt werden. Dabei können nach einer weiteren
Erfindungsausgestaltung die Schichten auch als dünne Filme ausgebildet sein,
sodass sowohl mikroskopische Schichtungen aus einzelnen Schichtgittern
erzielbar, aber auch die gesamten Schichtsysteme sehr dünn gestaltbar sind.
Die Schichten können jeweils gleiche Materialzusammensetzung, aber auch
unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Dabei können beispiels
weise zwei oder mehrere verschiedene Materialzusammensetzungen wieder
holt alternierend in das Mehrschichtpaket integriert sein, z. B. MoSe2-WSe2-
MoSe2-WSe2 usw. Als Alternative zur Schichtenausbildung kann bei dem
erfindungsgemäßen thermoelektrischen Halbleiterbauelement schließlich auch
vorgesehen sein, dass kristallpulverförmige Verbindungsleiter gleicher oder
unterschiedlicher Zusammensetzungen mit bevorzugten Kristallitorientierungen
in einem Sinterverbund angeordnet sind. Die Herstellung von
Halbleiterschichten aus Pulver durch Sinterung ist eine einfache und damit
aussichtsreiche Methode. Geeignete Verfahren, durch die eine bevorzugte
Orientierung von Kristalliten erzeugt werden kann, stehen zur Verfügung.
Eine Ausbildungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der schema
tischen Figur näher erläutert. Diese zeigt ein Schichtenpaket aus Halbleiter
materialien zur Realisierung eines Peltierelements.
Im gewählten Ausführungsbeispiel werden Schichtgitter-Verbindungen in Form
von MX2-Kristallen (Übergangsmetalldichalkogenid) mit dem üblicherweise
verwendeten CVT-Verfahren (Chemical Vapour Transport) hergestellt (andere
geeignete Materialien SC ohne Schichtgitter-Verbindungen sind ebenfalls
einsetzbar). Durch eine geeignete Wahl der Dotierstoffe können Kristalle mit n-
und p-Leitung konfiguriert werden. Weiterhin können durch eine geeignete
Wahl der Dotierkonzentrationen der Seebeck-Koeffizient S und die elektro
nische Wärmeleitfähigkeit λe beispielsweise für Peltier-Element-Anwendungen
optimiert, d. h. der Güterparameter Z bzw. ZT maximiert werden. Dazu sind die
Kristallite mit einer polaren Achse PA entlang des zu erzeugenden oder
aufrecht zu erhaltenden Temperaturgradienten ∇T zu orientieren, um die
entlang der ausgezeichneten polaren Achse PA auftretende minimale
phononische Wärmeleitfähigkeit λL auszunutzen.
Die erhaltenen, im gewählten Ausführungsbeispiel hexagonalen Kristalle (in
der Figur als Ausschnittsvergrößerung dargestellt) sind flache Scheiben mit
typischerweise seitlichen Abmessungen von Millimetern und Dicken von
Mikrometern, wobei hier eine einzelne polare Achse PA der Chalkogenatome
X senkrecht zu den Gitterflächen orientiert ist. In Richtung der polaren Achse
weist die Gitterwärmeleitfähigkeit λL deutlich kleinere Werte auf als in der dazu
senkrechten Richtung. Die scheibenförmigen Kristalle sind auf Dicken von
ungefähr 5 mm aufgestapelt und zwischen dicken Kupferblechen Cu angeord
net, wobei p- und n-Typ-Kristalle alternierend elektrisch in Reihe und thermisch
parallel geschaltet sind. Die dazwischen liegenden Hohlräume dienen der
elektrischen und thermischen Isolierung. Durch einen Einsatz geeigneter
Verbindungsstrukturen - wie beim heutigen Stand der Technik von Peltier-
Elementen üblich - ergibt sich ein Halbleiterbauelement SCE, das für Kühl-
oder Heizzwecke sowie zur Stromerzeugung einsetzbar ist. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel fließt der elektrische Strom, der über zwei Versorgungs
anschlüsse (EMK - Elektromotorische Kraft) ein- bzw. ausgeleitet wird, ebenso
wie thermische Strom in den Halbleiterstapeln in Richtung der polaren Achse
PA der X-Atome in Richtung des zu erzeugenden Temperaturgradienten ∇T.
Cu Kupferblech
EMK Elektromotorische Kraft
M Übergangsmetall
PA polare Achse
X Chalkogen
SC Verbindungshalbleiter
SCE Halbleiterbauelement
S Seebeck-Koeffizient
∇T Temperaturgradient
Z/ZT Güteparameter
λ. spezifische thermische Leitfähigkeit
λe
EMK Elektromotorische Kraft
M Übergangsmetall
PA polare Achse
X Chalkogen
SC Verbindungshalbleiter
SCE Halbleiterbauelement
S Seebeck-Koeffizient
∇T Temperaturgradient
Z/ZT Güteparameter
λ. spezifische thermische Leitfähigkeit
λe
elektronische Wärmeleitfähigkeit
λL
λL
phononische Wärmeleitfähigkeit (Gitter-Wärmeleitfähigkeit)
σ spezifische elektrische Leitfähigkeit
σ spezifische elektrische Leitfähigkeit
Claims (9)
1. Thermoelektrisches Halbleiterbauelement mit zwei Versorgungsanschlüssen
zur Erzeugung oder Ausnutzung eines Temperaturgradienten auf der Basis
thermoelektrischer Effekte mit einer Materialkonfigurierung kristallin strukturier
ter Verbindungshalbleiter unter dem Gesichtspunkt einer optimierten Wärme
leitfähigkeit in Richtung des Temperaturgradienten,
dadurch gekennzeichnet, dass
die eingesetzten Verbindungshalbleiter (SC) aufgrund von im Kristallgitter
charakteristisch positionierter Atome in Lagen polarer Symmetrie eine maximal
dreichachsig polare Kristallgitter-Wärmeleitfähigkeit (λL) mit ausgeprägt kleinen
Werten entlang der auftretenden unabhängigen, polaren Achsen aufweisen
und derart im Halbleiterbauelement (SCE) orientiert angeordnet sind, dass
eine von den maximal drei polaren Achsen (PA) entlang des zu erzeugenden
Temperaturgradienten (∇T) ausgerichtet ist.
2. Thermoelektrisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die orientierte Anordnung der eingesetzten Verbindungshalbleiter (SC) entlang
derjenigen ausgezeichneten polaren Achse (PA) erfolgt, entlang der die
geringste Kristallgitter-Wärmeleitfähigkeit (λL) auftritt.
3. Thermoelektrisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Energieanschlüsse (EMK) so am Halbleiterbauelement (SCE) ange
ordnet sind, dass der zur Erzeugung oder Ausnutzung des Temperaturgra
dienten (∇T) erforderliche elektrische Stromfluss entlang der einen ausge
zeichneten polaren Achse (PA) erfolgt.
4. Thermoelektrisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Energieanschlüsse (EMK) so am Halbleiterbauelement (SC) ange
ordnet sind, dass der zur Erzeugung oder Ausnutzung des Temperatur
gradienten (∇T) erforderliche elektrische Stromfluss in beliebiger Orientierung
zu der einen ausgezeichneten polaren Achse (PA) erfolgt.
5. Thermoelektrisches Halbleiterbauelement nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die eingesetzten Verbindungshalbleiter (SC) in reiner oder gemischter Form zu
der Gruppe der Übergangsmetall-Dichalkogenide MX2 gehören mit insbe
sondere Mo, W oder Sn als Übergangsmetall M und S, Se oder Te als
Chalkogenid X.
6. Thermoelektrisches Halbleiterbauelement nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
den eingesetzten Verbindungshalbleitern (SC) weitere thermoelektrisch aktive
Materialien zugemischt sind.
7. Thermoelektrisches Halbleiterbauelement nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere Schichten von Verbindungshalbleitern (SC) gleicher oder unterschied
licher Zusammensetzung in einem Mehrschichtsystem übereinander gestapelt
sind.
8. Thermoelektrisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schichten als dünne Filme ausgebildet sind.
9. Thermoelektrisches Halbleiterbauelement nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
pulverförmige Verbindungsleiter (SC) mit einer bevorzugten Kristallitorien
tierung entlang einer ausgezeichneten polaren Achse (PA) in einem
Sinterverbund angeordnet sind.
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|---|---|---|---|
| DE10035840A DE10035840B4 (de) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | Thermoelektrisches Halbleiterbauelement |
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| DE10035840A DE10035840B4 (de) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | Thermoelektrisches Halbleiterbauelement |
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| DE10035840B4 DE10035840B4 (de) | 2007-06-06 |
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- 2000-07-14 DE DE10035840A patent/DE10035840B4/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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