DE1194937B - Halbleitermischkristall zur Verwendung als Schenkel thermoelektrisch wirkender Elemente - Google Patents
Halbleitermischkristall zur Verwendung als Schenkel thermoelektrisch wirkender ElementeInfo
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-
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
Int. CL:
HOIm
Deutsche KL: 21b -27/0,30
Nummer: 1194 937
Aktenzeichen: B 68527 VIII c/21 b
Anmeldetag: 22. August 1962
Auslegetag: 16. Juni 1965
Die Erfindung betrifft einen Halbleitermischkristall zur Verwendung als Schenkel thermoelektrisch wirkender
Elemente, der zur Erhöhung der thermoelektrischen Effektivität mit nahezu gleichen Mengen
von Akzeptoren und Donatoren dotiert worden ist.
Es ist bekannt, daß die Gitterwärmeleitfähigkeit von Kristallen aus für thermoelektrische Elemente
geeigneten halbleitenden Verbindungen durch Mischkristallbildung aus diesen Verbindungen stark herabgesetzt
werden kann. Allerdings wird durch die Mischkristallbildung auch die Beweglichkeit der
Ladungsträger vermindert, so daß nur eine begrenzte Erhöhung der thermoelektrischen Effektivität erzielt
werden kann.
Es sind bereits Versuche bekanntgeworden, die Effektivität durch eine sogenannte Kompensationsdotierung zu erhöhen, d. h. durch die gleichzeitige
Einführung fast gleich großer Mengen von Akzeptoren und Donatoren, so daß man mehr ionisierte
Störstellen als Ladungsträger erhält. Da die ionisierten Dotierungsatome als geladene Streuzentren für
die Ladungsträger wirken, muß auch hierdurch die Beweglichkeit der Ladungsträger absinken. Wegen
dieser beiden hinsichtlich der Effektivität gegenläufigen Wirkungen der ionisierten Störstellen, nämlich
der Verminderung sowohl der Gitterwärmeleitfähigkeit als auch der Beweglichkeit der Ladungsträger,
herrscht unter Fachleuten allgemein die Ansicht, daß durch steigende Kompensationsdotierung in der
Größe von 0,01 bis 0,05 Atomprozent anfänglich eine schwache Steigerung, dann aber bei zunehmender
Dotierungskonzentration von mehr als 0,05 bis 0,1 Atomprozent eine Verschlechterung der Effektivität
auftritt.
Mischkristalle aus halbleitenden Verbindungen mit einer durch Kompensationsdotierung erhöhten
thermoelektrischen Effektivität lassen sich jedoch überraschenderweise dann herstellen, wenn gemäß
der Erfindung eine sehr starke Kompensationsdotierung vorgesehen ist, die bei einigen Atomprozenten
liegt.
Es wurde nämlich gefunden, daß die Beweglichkeit der Ladungsträger bei der Mischkristallbildung
wesentlich stärker abnimmt, als man nach einer Interpolation zwischen den Beweglichkeiten der
Mischungspartner erwarten sollte. Diese starke Abnahme konnte auf eine sogenannte »Legierungsstreuung«
der Ladungsträger zurückgeführt werden, die wie folgt entsteht: im Mischkristall AB sind die A-
und die B-Atome völlig regellos auf die Gitterplätze verteilt. Infolge des Unterschiedes in der Elektronegativität
der Α-Atome und der B-Atome sind diese Halbleitermischkristall zur Verwendung als
Schenkel thermoelektrisch wirkender Elemente
Schenkel thermoelektrisch wirkender Elemente
Anmelder:
Robert Bosch G. m. b. H.,
Stuttgart W, Breitscheidstr. 4
Stuttgart W, Breitscheidstr. 4
Als Erfinder benannt:
Dr. Gerhard Barsch, State College, Pa.
(V. St. A.);
Dr. rer. nat. Hans Linstedt, Stuttgart
gegeneinander polarisiert, d. h., sie tragen geringe entgegengesetzte
Ladungen, die sich, über das ganze Gitter summiert, gegenseitig aufheben. Wegen ihrer
statisch regellosen Verteilung wirken diese Ladungen aber für Ladungsträger wie geladene Störstellen,
d. h., setzen wie bei der Kompensationsdotierung die Beweglichkeit stark herab. Die begrenzte Wirksamkeit
der Misehkristallbildung und die Unwirksamkeit der Kompensationsdotierung haben also eine analoge
Ursache.
Weiter wurde festgestellt, daß sich bei der Kompensationsdotierung
eines Mischkristalls, in dem die geschilderte Legierungsstreuung auftritt, die Gesamtkonzentration
und Wirksamkeit der geladenen Streuzentren aus denen der geladenen Atome und Mischungspartner
und denen der ionisierten Dotierungsatome zusammensetzt.
Danach war zu erwarten, daß bei Mischkristallen mit Legierungsstreuung die Beweglichkeit durch eine
Kompensationsdotierung noch weiter stark herabgesetzt wird. Es konnte jedoch gezeigt werden, daß
mit steigender Gesamtkonzentration der geladenen Streuzentren die durch sie bewirkte Streuung immer
langsamer zunimmt und schließlich sogar wieder abnimmt, wobei dann die Beweglichkeit der Ladungsträger
zunimmt. Dies hat seine Ursache in der mit steigender Konzentration zunehmenden gegenseitigen
Abschirmung der geladenen Streuzentren.
In einem Halbleiter ist stets nur ein gewisser Bruchteil aller Störstellen ionisiert, wobei die Wahrscheinlichkeit
der Besetzung der Störstellen mit Elektronen über die Fermische Verteilungsfunktion durch den
energetischen Abstand des Störstellenniveaus von der Fermikante im üblichen Energieschema des
Bändermodells festgelegt wird. Wenn z.B. die Fermikante gerade durch das Störstellenniveau läuft, sind
509 580/144
im räumlichen Mittel die Hälfte dieser Störstellen ionisiert. Ebenso müssen sich wegen der Neutralität
des Kristalls im räumlichen Mittel positive und negative Ladungen gerade aufheben. Im atomaren Bereich
gilt diese Neutralität jedoch nicht. Eine positiv geladene Störstelle — z. B. ein ionisierter Donator —
hat ein nach außen hin abnehmendes Coulomb-Potential in ihrer Umgebung. Da die Krümmung des
Potentialverlaufes nach dem Poissonschen Gesetz durch die Raumladungsverteilung um diese Störstelle
gegeben ist, hängt die Reichweite dieses Coulomb-Potentials davon ab, welche negative Raumladung
sich um die positive Störstelle herum ausbilden und diese abschirmen kann. Entscheidend ist nun, daß
diese negative Raumladung nicht nur von frei bewegliehen Ladungsträgern gebildet wird, sondern auch
von anderen Dotierungsatomen, deren Besetzungswahrscheinlichkeit mit Elektronen durch eben dieses
Coulomb-Feld beeinflußt, und zwar im betrachteten Beispiel der positiven Störstellen erhöht wird. Dies so
ergibt sich daraus, daß durch das Coulomb-Potential die energetische Lage der anderen Störstellenniveaus
relativ zur Fermikante verschoben werden, so daß sich durch Aufnahme von Elektronen andere Donatoren
leichter neutralisieren, andere Akzeptoren leichter ionisieren. Es entsteht also im zeitlichen
Mittel ein gewisser abschirmender Überschuß von negativen Akzeptoren in der Umgebung der betrachteten
positiven Störstellen, der die Reichweite von deren Coulomb-Potential und damit auch deren
Streufähigkeit für die Ladungsträger um so mehr begrenzt, je mehr andere, umladbare Störstellen in
der Nachbarschaft der betrachteten vorhanden sind. So wird das gefundene Ergebnis verständlich, daß
bei starker Kompensationsdotierung die Abschirmung schneller steigt als die bloße Anzahl der Störstellen
und daß damit die Streuung der Ladungsträger wieder abnimmt.
Da nun bestimmte Mischkristalle infolge der gegenseitigen Aufladung ihrer Mischungspartner bereits
eine gewisse Kompensationsdotierung zeigen und sich diese mit der Kompensationsdotierung
durch Fremdatome überlagert, wird weiter verständlich, daß bei diesen Mischkristallen durch starke
Kompensationsdotierung infolge des geschilderten Abschirmungseffektes die Gesamtstreuung herabgesetzt
und damit die thermoelektrische Effektivität erhöht werden kann. Grob anschaulich kommt also
die Abschirmung dadurch zustande, daß nicht alle Störstellen Ladungen tragen und daß die auf Störstellen
sitzenden Ladungen sich nicht völlig willkürlich über die Gesamtheit der Störstellen verteilen,
sondern infolge ihrer gegenseitigen Beeinflussung in einer gewissen sich gegenseitig abschirmenden Anordnung.
Durch geeignete Dotierung des Mischkristalls kann also die nachteilige Wirkung der Legierungsstreuung
aufgehoben werden. Das Optimum der Kompensationsdotierung liegt bei einigen Atomprozenten.
Besonders geeignet für diese außerordentlich hohe KompensationsdQtierung sind die Mischkristalle, .vom
Typ AIVBIV, insbesondere die Mischkristalle SiGe
und GeSn. Die Herstellung dieser Halbleiter-Mischkristalle erfolgt in bekannter Weise durch Zonenschmelzen.
Zweckmäßig ist das Verhältnis von Akzeptoren und Donatoren in der Dotierungssubstanz so zu
wählen, daß dadurch die für die Erzielung der maximalen thermoelektrischen Effektivität erforderliche
Lage der Fermikante eingestellt wird.
Die folgenden Elemente werden als Beispiele für Dotierungssubstanzen bei AIVBIV-Mischkristallen gemäß
der Erfindung genannt: Als Donatoren die Elemente der V. Gruppe: P, As, Sb; als Akzeptoren die
Elemente der III. Gruppe: Al, Ga, In.
Claims (4)
1. Halbleitermischkristall zur Verwendung als Schenkel thermoelektrisch wirkender Elemente,
der zur Erhöhung der thermoelektrischen Effektivität mit nahezu gleichen Mengen von Akzeptoren
und Donatoren dotiert worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kompensationsdotierung
einige Atomprozent beträgt.
2. Halbleitermischkristall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der
Fermikante des Mischkristalls auf die für eine maximale thermoelektrische Effektivität erforderliche
Lage außer den die Kompensationsdotierung bewirkenden Substanzen noch Donatoren oder Akzeptoren in schwachem Überschuß
vorhanden sind.
3. Halbleitermischkristall nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mischkristalle
solche vom TypAIVBIV, insbesondere
die Mischkristalle SiGe oder GeSn, vorgesehen sind.
4. Halbleitermischkristall nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Donator mindestens
eines der Elemente P, As, Sb und als Akzeptor mindestens eines der Elemente Al, Ga,
In vorgesehen ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1054 519,
1126465;
1126465;
Sov. Phys.-Solid State, 2 (1960), S. 23 bis 29;
Szechoslov. Journ. Physik, 9 (1955), S. 717 bis 720;
»Halbleiterprobleme«, Bd. VII (1961), S. 206 bis 237.
Priority Applications (3)
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GB33027/63A GB1056425A (en) | 1962-08-22 | 1963-08-21 | Improvements in semi-conductive materials |
FR945412A FR1367272A (fr) | 1962-08-22 | 1963-08-22 | Procédé de fabrication d'un cristal mixte semi-conducteur, et cristaux semiconducteurs conformes à ceux ainsi obtenus |
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DE (1) | DE1194937B (de) |
GB (1) | GB1056425A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0185499A2 (de) * | 1984-12-08 | 1986-06-25 | The University of Glasgow, University Court | Zusammensetzung für thermoelektrische Legierung |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1054519B (de) * | 1956-12-18 | 1959-04-09 | Gen Electric Co Ltd | Thermoelement und Verfahren zu seiner Herstellung |
DE1126465B (de) * | 1958-11-12 | 1962-03-29 | Licentia Gmbh | Verfahren zum Herstellen von halbleitenden Schenkeln fuer Thermoelemente |
-
1962
- 1962-08-22 DE DEB68527A patent/DE1194937B/de active Pending
-
1963
- 1963-08-21 GB GB33027/63A patent/GB1056425A/en not_active Expired
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1054519B (de) * | 1956-12-18 | 1959-04-09 | Gen Electric Co Ltd | Thermoelement und Verfahren zu seiner Herstellung |
DE1126465B (de) * | 1958-11-12 | 1962-03-29 | Licentia Gmbh | Verfahren zum Herstellen von halbleitenden Schenkeln fuer Thermoelemente |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0185499A2 (de) * | 1984-12-08 | 1986-06-25 | The University of Glasgow, University Court | Zusammensetzung für thermoelektrische Legierung |
EP0185499A3 (de) * | 1984-12-08 | 1988-02-24 | The University of Glasgow, University Court | Zusammensetzung für thermoelektrische Legierung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB1056425A (en) | 1967-01-25 |
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