DE1539321C - Kontaktstuck zur Kontaktierung von Thermoelementschenkeln - Google Patents

Description

Das Kontaktstück kann als AnschlujJstück für eine elektrische Leitung oder bei Thersrtoelementen als Teil einer Kontaktbrücke dienen. Das Kontaktstück muß etwa den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie

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das Halbleitermaterial haben, damit bei einer Tempe- io sein, wenn das Kontaktstück einen besonders hohen raturänderung des Kontaktes keine zu großen mecha- Schmelzpunkt besitzen soll. Ausschlaggebend für die

nischen Spannungen entstehen. Es muß gute mecha- günstige Auswahl des Mischungsverhältnisses ist die

nische Eigenschaften, z. B. eine große Festigkeit, ' elektrische und thermische Leitfähigkeit der Legie-

haben. Weiterhin muß das Kontaktstück gegenüber rung für das Kontaktstück. Beide Größen sollen be-

einer aggressiven Atmosphäre beständig sein. Soll das 15 sonders groß sein.

Kontaktstück als Kontaktbrücke in einem Thermo- Vorzugsweise hat die Niob-Silizium-Legierung die

generator verwendet werden, so muß es eine große elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzen, da der Wirkungsgrad „eines Thermogenerators unter anderem von diesen Größen abhängt.

Für Thermogeneratoren muß die Heißseitentemperatur bekanntlich möglichst hoch sein, weil eine große
Temperaturdifferenz den Wirkungsgrad erhöht.. Die
mögliche Heißseitentemperätur ist begrenzt durch
den Schmelzpunkt des Materials der Thermoelement- as eine große Härte und eine große Bruchfestigkeit. Es Schenkel, der während des Betriebes nicht erreicht ist deshalb in besonderer Weise für Thermogenewerden darf. Bei Thermogeneratoren mit Thermo- rätoren geeignet. Versuche haben ergeben, daß die elementschenkeln aus einer Germanium-Silizium-Le- Kontaktstelle ohne weiteres bis über 100° C betrieben gierung kann die Heißseitentemperatur etwa 1100° C werden kann, so daß bei Thermogeneratoren ein besbetragen, weil der Schmelzpunkt der Germanium- 30 serer Wirkungsgrad als bei den bisher bekannten Silizium-Legierung bei 1300° C liegt. Kontaktstückmaterialien möglich ist. Außerdem do

tiert das im Kontaktstück enthaltene Niob die Germanium-Silizium-Legierung nicht.

Hervorzuheben ist noch, daß das Kontaktstück eine Komponente des Halbleitermaterials enthält. Daher ist der Halbleiterkörper unmittelbar auflegierbar,

ZusammensetzungNb₀₁₂Si₀₈₈. Diese Legierung hat besondes gute elektrische und thermische Leitfähigkeit.

Das erfindungsgemäße Kontaktstück erfüllt nicht nur die obenerwähnten Forderungen, es besitzt weitere vorteilhafte Eigenschaften. Es hat eine sehr große Temperatur- und Temperaturwechselbeständigkeit und wegen seiner metallischen Komponente *;

ohne daß die elektrischen Eigenschaften des Halbleiters in ungünstigem Sinne merklich beeinflußt werden. .

Zur Kontaktierung des Halbleiterkörpers mit dem Kontaktstück kann der Halbleiterkörper auf die vorgesehene Berührungsfläche mit dem Kontaktstück aufgeschmolzen werden.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungs-

Nach dem früheren Vorschlag der deutschen Auslegeschrift (Patentanmeldung P 14 48 283.2-33) kann das Brückenmaterial aus einer Titan-Silizium-Legierung, insbesondere Titandisilizid bestehen.

Aus dem »Journal of Applied Physics«, Bd. 35, 1964, Nr. 1, S. 247 und 248, ist es bekannt, daß Kontaktstücke für Thermoelementschenkel aus Molybdän bestehen können. Nach der deutschen Auslegeschrift 1200 905 kann auch Wolfram verwendet werden. Neben Wolfram, Tantal und Rhenium kann auch Niobium zur Kontaktierung von Thermoelementschenkeln verwendet werden, wie in der französischen Patentschrift 1 389 727 ausgeführt ist. Die

Temperaturbeständigkeit dieser Materialien ist je- 45 beispieles näher erläutert. In der Figur ist ein Therdoch verhältnismäßig gering. Es ist bekannt, daß mogenerator dargestellt mit einem Wärmeausdiese Brückenmaterialien für Betriebstemperaturen tauscher 1 für ein gasförmiges Medium an der heißen bis etwa 800° C geeignet sind. Die genannten Mate- Kontaktstelle und einem Wärmeaustauscher 2 für ein rialien neigen aber bei Temperaturen von etwa 700 flüssiges Medium an der kalten Kontaktstelle. Der bis 800° C bereits zum Verzundern. Kontaktstücke 50 Thermogenerator enthält zwei Thermoelementschenaus diesen bekannten Materialien sind deshalb für kel 3 und 4 aus Germanium-Silizium-Halbleitermate-Heißseitentemperaturen oberhalb 1000° C im Dauer- rial, von denen der eine durch eine Dotierung mit betrieb nicht verwendbar. ,z.B. Bor, Gallium oder Indium p-leitend, der andere

Ferner können sich bei den bekannten Materialien durch eine Dotierung mit z. B. Phosphor, Arsen oder in der Kontaktzone insbesondere mit den Dotierungs- 55 Antimon η-leitend gemacht ist. Die Kontaktstücke 5, stoiTen der Thermoelementschenkel, beispielsweise 6 und 7 des Thermogenerators, von denen das erste mit Bor, Legierungen bilden, die die mechanische Be- als Brücke ausgebildet ist, bestehen aus einer Nioblastbarkeit der Kontaktzonen erheblich vermindern. Silizium-Legierung. Sie sind durch eine elektrisch iso-Außerdem wird der elektrische Widerstand der Kon- lierende und thermisch leitende Schicht 9 und 10, die taktzonen vergrößert und damit der Wirkungsgrad 60 Aluminiumoxyd sein kann, von den Wärmeausder Thermogeneratoren entsprechend verkleinert. tauschern getrennt. Zwischen den Halbleiterkörpern

und den Kontaktstücken sind den Halbleitermaterialfluß in das Kontaktstück hinein behindernde Schichten 8 "aus Wolfram vorgesehen. Die Kontaktstücke 6 und 7 besitzen elektrische Zuleitungen 11 und 12.

Die Kontaktierung wird auf die folgende Weise durchgeführt. Kontaktstücke aus einer Niob-Silizium-Legierung werden entsprechend vorgeformt. Auf sie

De Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kontaktstück der einleitend genannten Art anzugeben, das alle diese eingangs genannten Forderungen erfüllt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kontaktstück aus einer Niob-Silizium-Legierung besteht und daß das Mischungsverhältnis

werden Halbleiterschenkel an den vorgesehenen Berührungsflächen aufgeschmolzen oder aufgelötet. Die Zwischenschichten 8 erhält man, wenn man vor dem Aufschmelzen der Halbleiterschenkel eine Folie oder ein Netz aus Wolfram einlegt. ,

Claims (2)

Patentansprüche: ^L-

1. Kontaktstück zur Kontaktierung von Thermoelementschenkeln aus Germanium-Silizium-Halbleiterkörpern in Thermogeneratoren, das aus einer Silizium enthaltenden Legierung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstück (5, 6, 7) aus einer Niob-Silizium-Legierung besteht und daß das Mischungsverhältnis der Komponenten Niob und Silizium wenigstens angenähert einer eutektischen oder dystektischen Zusammensetzung entspricht.

2. Kontaktstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niob-Silizium-Legierung die Zusammensetzung Nb₀₁₂Si_{0 88} hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen