DE1414631A1

DE1414631A1 - Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE1414631A1
Application number: DE19611414631
Authority: DE
Inventors: Rupprecht Dr Joachim
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-11-28
Filing date: 1961-07-29
Publication date: 1969-01-23
Also published as: DE1121736B; DE1414632A1; DE1121225B; GB974601A; NL280217A; GB933211A; CH441507A; US3211656A; CH441508A; GB933212A; FR1238050A; US3140998A; DE1414631B2; NL245969A; FR76972E; CH411136A; US3211655A; NL245568A

Description

U14631

SIEMEifS-SCHUCKERTWERKE Erlangen, den * ⁸*

Aktiengesellschaft Werner-von-Siemens-Str. 50

PLA 61/H81

Halbleiteranordnung Zusatz zu PLA 59/1537 (S 64 465 VIIIc/21g)

Dae Hauptpatent (Patentanmeldung S 64 465 VIIIc/2ig; PLA 59/1537) .beateht eioh auf Halbleiteranordnungen, bei denen der Halbleiter

TV Vt T V VT

ein Mischkristall au β einer A B- und aus einer ABC J

, dung ist. ■

ist bekannt, daß die A B -Verbindungen» insbesondere das PbTe, gut aur technischen Außnutzung des Peltier-Effektes zur Kälteer-

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zeugung geeignet sind. Andererseits sind in der letzten Zeit ter- ' näre Verbindungen der Art A B C ί (z-B. AgSbTep) gefunden und untersucht worden. Es zeigte sich bei diesen Verbindungen eine gewisse Verwendbarkeit für thermoelektrische Probleme.

Durch Mischkristallbildung lassen sich die Eigenschaften der beiden erwähnten Verbindungsgruppen kombinieren und dadurch u.a. die Wärmeleitfähigkeit im günstigen Sinne beeinflussen, d.h. weiter herabsetzen, insbesondere dann, wenn durch weitere Mischkristallbildung die einzelnen Komponenten teilweise durch Komponenten aus derselben Gruppe des Periodischen Systems ersetzt werden (Patentanspruch 2).

Im allgemeinen Falle lautet die Formel eines solchen Mischkristalles:

xy/2 ^Bx/2(1-y)^KC(1-x)z ^D(i-x)(1-z)^}(Ext/2

mit 0 1 (y,z,t,u) - 1 und 0< χ < 1.

Γπ^νΐτϊ^νΙ1 \^Gu ^H1-ul

Gegenstand der Erfindung ist eine Halbleiteranordnung, bei der ala

IV VI Halbleiterkörper ein Mischkristall aus zwei AB -Verbindungen

und einer A B c¥> -Verbindung der allgemeinen Form >

^(Ax/2 ^BO-x)(i-y)^c(T-x)y ^Dx/2^} ^ ^{mit 0<
x}*^{y< 1 vor}ß^{esehen iBt}

IV VI Die Verwendung zweier Verbindungen vom Typ AB entspricht -der weiteren Miechkristallbildung durch ganzen oder teilweisen Ereata . der Elemente der IV. und VI. Gruppe durch Elemente derselben Gruppe des Periodischen Systems entsprechend Anspruoh 2 dee Vjur^patentee·

909804/016' ^a.G^AL inspected -/

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Ale Beispiel für einen Mischkristall der oben genannten Form wird der Mischkristall

(Ag_x/2 P^(L₁)(Ly) ^Ged-x)y ^s\/2^ ^{Te mit} o<x,y< 1 angegeben.

Halbleiteranordnungen gemäß der Erfindung lassen sich besonders vorteilhaft als thermoelektrische Anordnung ausbilden, derart, d-aß im Sinne einer hohen spezifischen elektrischen Leistung bei kleiner Wärmeleitung ein Schenkel aus einem p-leitenden Mischkristall

(Ag_x/2 Pb(Lx)(Ly) ^Ge(1-x)y ^Sbx/2^{) Te mit 0<
X}' besteht.

Leistungsthermogeneratoren erfordern Halbleiter, die hohe spezifische elektrische Leistung bei kleiner Wärmeleitung in einem großen Temperaturbereich oberhalb 20° C. abgeben.

Die Mischkristalle gemäß der Erfindung sind hinsichtlich ihrer mittleren thermoelektrischen Effektivität

•im Temperaturbereich von 20 bis 500° C, bei linearem Temperatürabfal den bisher bekannten Mischkristallen überlegen.

Es bedeuten:<tf_m = mittlere differentielle Thermokraft _H\. . 6~_m = mittlere elektrische Leitfähigkeit

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K _m = mittlere Wärmeleitfähigkeit

Überraschender Weise hat sich gezeigt, daß Mischkristalle aus den halbleitenden Mischkristallen.(Ag₃^₂ ^plDi-x ^sbx/2^ ^{Te mit 0<χ<}ί und (Ag_xZ₂ ^Gei-x ^Sbx/2^ ^{Te mit}-°<^{x<1 in dem} oloen genannten Temperaturbereich höhere mittlere thermoelektrische Effektivitäten besitzen als die Ausgangsmischkristalle.

ί.

Weiterhin ist es überraschend, daß Miscjakristalle gemäß der Erfindung außer einer besonders günstigen mittleren Effektivität Z^, die die technische Anwendbarkeit als Thermogenerator im Temperaturbereich von 20 bis 500° C bestimmt, durch Verändern der Zusammensetzung gegenüber dem Mischkristall (Ag_xZ₂ ^i_-3C ^stx/2^ ^Τβ höhere elektrische Leitfähigkeit haben

IV VT Beim Herstellen von Mischkristallen aus einer A B -Verbindung und T v VT

einer A B C «-Verbindung treten beim Zonenschmelzen gewisse Schwierigkeiten auf. Wider Erwarten sind diese Schwierigkeiten beim Herstellen von Mischkristallen gemäß der Erfindung erheblich geringer, obwohl

TV VT

die Mischkristalle geMäß der Erfindung aus zwei A B -Verbindungen τ y yj

und einer A B C ^-Verbindung aufgebaut sind. Außerdem laieen sich die erfindungsgemäßen Mischkristalle überraschender Weise leichter homogenisieren. Die Fremdphaseneinschlüsse sind geringer als bei den bekannten Mischkristallen.

Die Mischkristalle gemäß der Erfindung lassen sich in an sich bekannter Weise z.B. in einem geschlossenen System aus den Elementen erschmelzen. - -f Q.9 8 0A AO 1 6 1

Wb/Do

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. Mischkristalle* nachstehender Zusammensetzung haben sich für die Verwendung in thermoelektrischen Halbleiteranordnungen als besondere vorteilhaft erwiesen·

1. (Α_βχ/2 Pb₍₁__x)(1._y)

Sb_x/2) Te mit 0,35 ± x * 0,75

und 0,2 ί y ^ 0,8

y * 0,518

W) ^Ge(1-x)y

^Ge

(1-x)y

y =0,556

^{mit X =} °'⁴²

°'⁵²⁶

= °'⁶⁴

Hand der naohfolgenden Beispiele sei die Erfindung noch näher erläutert:

Beispiel I

(x « 0,42 und y = 0,518)

Die für 50g berechnete Einwaage beträgt für:

' · . - 5 409804/0161

Wb/Do

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Ag = 4,4311g Pb = 11,3480g Sb = 5,0012g Ge = 4,2600g Te = 24,9595g

Die Verbindung wird aus den reinen Elementen (99,99 #) in einer auf Torr evakuierten Quarzampulle bei 900 C erschmolzen. Anschließend wird die Probe je einmal in gegenläufiger Richtung in der evakuierten und abgeschmolzenen Quarzampulle zonengeschmolzen· Die Zonentemperatur beträgt 800° C und die Ziehgeschwindigkeit cm/h. Der Mischkristall ist rund mit einem Durchmesser von 10 mm·

Beispiel II

(x= 0,526 und y = 0,525)

Die für 50g berechnete Einwaage beträgt für:

Ag = 5,5958g Pb = 9,2303g Sb = 6,3158g Ge = 3,5933g Te = 25,2645g

Die Verbindung wird aus den reinen Elementen (99,99 Jt) zusammengeschmolzen. Das Zusammenschmelzen erfolgt in einer auf "fO~* Torr

evakuierten Quarzampulle bei 900⁰^C. Anschließend wird je einmal

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- - 6 - ' Wb/Do

,.-'' ' PLA 61/1481

in gegenläufiger Richtung in der evakuierten und abgeschmolzenen Quarzampulle zonengeschmolzen. Die Zonentemperatur beträgt 750° C und die Ziehgeschwindigkeit 6 cm/h.

Beispiel III (x = 0,64 und y = 0,556)

Die für 50g berechnete Einwaage beträgt für:

Ag = 6,9384g Pb = 6,6638g Sb = 7,8311g Ge = 2,9183g Te = 25,6481g

Das Zusammenschmelzen erfolgt in der gleichen Apparatur beim gleichen Druck und gleicher Temperatur wie in den Beispielen I und II angegeben ist. Die Zonentemperatur beträgt 750° C und die Ziehgeschwindigkeit 6 cm/h.

pie mittleren thermoelektri sehen Daten sind für die Mischkristalle gemäß Beispiel I bis III im Temperat der nachstehenden Tabelle aufgeführt:

gemäß Beispiel I bis III im Temperaturbereich 20 bis 500° C in

⁹⁰⁹⁸W¹⁶¹ . wb/_Do

UI463 T

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Tabelle

	I	t II	0,47. 10~^? * »	III	238
Mittlere different ie lie oC_m \|/UV/°G j Thermokraft	225 φ	235	2,9 . 10""'	4j6·.* ΙΟ"'
Mittlerer epez. elek.S^ Jiicm j Widerstand	t 3,6 . 10~³ ' ' 4,0, 10"³ t f t	0,43 . 10"²
Mittlere Wärmelei t- h\ l^cm . Grad I fähigkeit .	■ 0,5 . 10~²	2,8 . 10"'
Mittlere thermoelek. Z J Grad" Effektivität	2,8 . tr³ i ί I

Diese über den oben genannten Temperaturbereioh gemittelten Werte sind für die technische Anwendung günstiger als die bisher bekannten besten mittleren Effektivitäten:

Z_m = 2,6 . Kr'JGrad"¹! für den Mischkristftll

^Pb0,2 ^Sb0,4> ^Te

Z_m = 1,2 . 10"⁵|Grad"¹J für die Mischkristalle 90980Α/016Τ^χ/2 ι-χ χ/

^{Te mit} °»¹- ^x -

Claims

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Patentansprüche

Ί,]Halbleiteranordnung, bei der als Halbleiterkörper ein Mischkristall der allgemeinen form

I ι IV IV /V V ι ^Bx/2(1-x)'^(C(1-x)z ^D(1-x)(i-z)^)(Ext/2 ^Fx/2(1-t)^}

■ Γ VT VT Λ

I &J^H( I_-11)I mit O i (y,z,t,u) - 1 und 0< x< 1

vorgesehen ist, naoh Patent (Patentanmeldung S 64 465

VIIl0/21g (Patentanspruch 2), PLA 59/1537), dadurch gekenn-

se^chnet, dafl als Halbleiterkörper ein Mischkristall aus zwei'

TV VT I V VI

A B -Verbindungen und einer AB G i-Verbindung der allgemei-

neu form

t.

j' <^/z ^B(i-x)d-y) °U-x)y

vorgesehen ist.

2· Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß al» Halbleiterkörper der Mischkristall

(Ag_x/2 Fb_(l__i)(1__y) Ge_(1-X)y Sb_x/2) Te mit 0,35 ^ x ± 0,75

und 0,2 - y ^ 0,8 Torgeeehen ist.

' 3· Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

als Halbleiterkörper der Mischkristall

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on Qftru/ni6i

UI 463 t

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i-x)(i-y) ^Ge(i-x)y ^Sbx/2> ^{Te mit} vorgesehen ist.

4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterkörper der Mischkristall

Pb₍₁__x)(1__y) Ge₍₁__x)y Sb_x/2) Te mit χ = 0,526

und y = 0,525
vorgesehen ist.

5* Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dafl als Halbleiterkörper der Mischkristall

(Ag_x/2 Pb₍₁._x)(1„_y) Ge₍₁__x)y Sb_x/2) Te mit χ = 0,64 und y = 0,556

vorgesehen ist.

6. Verfahren zum Herstellen eines*MischkriStalles für die Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkristall in an sich bekannter Weise in einem geschlossenen System aus den Elementen erschmolzen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkristall in an sich bekannter Weise zonengeschmolzen wird."

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AA 141463?

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8. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie als thermoelektrische Anordnung ausgebildet ist, derart, daß im Sinne einer hohen spezifischen elek-• trischen Leistung bei kleiner Wärmeleitung ein Schenkel aus einem p-leitenden Mischkristall

(Ag_x/2 Pb_(i__x)(1__y) Ge_(i__x)y Sb_x/2) Te mit 0<x,y<1 vorgesehen ist.

909 804/0161 ^ ,^^;

- 11 - Wb/Do