DE1539332C - Kontaktstuck zur Kontaktierung von Thermoelementschenkeln in Thermogenerato - Google Patents
Kontaktstuck zur Kontaktierung von Thermoelementschenkeln in ThermogeneratoInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kontaktstück zur Kontaktierung von Thermoelementschenkeln aus
Silizium als Legierungskomponente enthaltenden Halbleiterkörpern in Thermogeneratoren. Eine Materialkomponente
des Kontaktstückes ist Silizium. Kontaktstücke, die Silizium enthalten, sind aus der
österreichischen Patentschrift 217 7$5 -bekannt.
Das Kontaktstück kann als Anschlußstück für eine
elektrische Leitung öder als Teil einer Kontaktbrücke dienen. Es muß etwa den gleichen Ausdehnungskoeffizienten
wie das Halbleitermaterial haben, damit bei einer Temperaturänderung des Kontaktes keine
zu großen mechanischen Spannungen entstehen. Es muß gute mechanische Eigenschaften, z. B. eine große
Festigkeit, haben. Weiterhin muß das Kontaktstück gegenüber einer agressiven Atmosphäre beständig
sein. Kontaktbrücken in einem Thermogenerator müssen eine große elektrische und thermische Leitfähigkeit
besitzen, da der Wirkungsgrad eines Thermogenerators unter anderem von; diesen Größen abhängt.
.... ..,■■■...
Aus »Journal of Applied Physics«, Bd. 35, 1964, Nr. 1, S. 247 und 248, sind bereits Kontaktstücke zur
Kontaktierung von Thermoelementschenkeln aus Germanium-Silizium-Halbleitermaterial in Thermogeneratoren
bekannt, die am kalten Schenkelehde aus Kupfer und am heißen Schenkelende aus Molypdän
bestehen. Nach der deutschen Auslegeschrift 1200 905
kann das heiße Schenkelende auch aus Wolfram bestehen.
In der französischen Patentschrift 1389 727 sind auch Kontaktstücke aus Tantal, Rhenium und Niob
oder entsprechenden Legierungen beschrieben. Solche Materialien ermöglichen zwar hohe Betriebstemperaturen,
es muß jedoch die Oxydation ihrer Oberfläche vor oder während der Kontaktierung verhindert
werden.
Ein Kontaktstück der einleitend genannten Art,
das alle diese Forderungen erfüllt, besteht erfindungsgemäß aus einer Hafnium-Silizium-Legierung, und
das Mischungsverhältnis der Komponenten Hafnium und Silizium entspricht wenigstens angenähert einer
eutektischen oder distektischen Zusammensetzung. Solche Kontaktstücke sind noch bei hohen Temperaturen
von beispielsweise 1000° C oxydationsbeständig.
Mischungsverhältnisse der genannten Art sind besonders günstig, da man bei ihnen das Material des
Kontaktstückes entweder in Form eines mikroskopischen Gemenges der reinen Kristalle beider Komponenten oder als stöchiometrische Verbindung ererhält.
Distektika können weiterhin noch vorteilhaft sein, wenn das Kontaktstück einen besonders hohen
Schmelzpunkt besitzen soll. Ausschlaggebend für die. günstige Auswahl des Mischungsverhältnisses ist die
elektrische und thermische Leitfähigkeit der Legierung
für das Kontaktstück. Beide Größen sollen
: besonders groß sein.
Vorzugsweise hat die Hafnium-Silizium-Legierung
die Zusammensetzung
: L
Das Kontaktstück nach der Erfindung erfüllt nicht nur die obenerwähnten Forderungen, es besitzt weitere
vorteilhafte Eigenschaften. Es hat eine sehr große Temperatur-" und Temperaturwechselbeständigkeit
und wegen seiner metallischen Komponente eine große Härte und eine große Bruchfestigkeit. Versuche
haben ergeben, daß die Kontaktstelle ohne weiteres bis über 1000° C betrieben werden kann, so
daß bei Thermogeneratoren ein besserer Wirkungsgräd als bei den bisher bekannten Kontaktstückmaterialien
möglich ist. Außerdem dotiert das im. : Kontaktstück enthaltene Hafnium die Germanium-Silizium-Legierung
nicht.
Da das Kontaktstück eine Komponente des HaIbleitermaterials
enthält, ist der Halbleiterkörper unmittelbar auflegierbar, ohne daß die elektrischen
Eigenschaften des Halbleiters in ungünstigem Sinne merklich beeinflußt werden. Dieses unmittelbare Auflegieren
ist aus der belgischen Patentschrift 623 190
so für die Verbindung von Kontaktstücken aus Wolfram
mit Germanium-Silizium-Schenkeln bekannt.
Zur Kontaktierung des Halbleiterkörpers mit dem Kontaktstück kann der Halbleiterkörper auch auf die
vorgehende Berührungsfläche mit dem Kontaktstück*'·
»5 aufgeschmolzen werden. '
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der Zeichnung ist ein Thermogenerator dargestellt mit einem Wärmeaustauscher 1 für ein gasförmiges
Medium an der heißen Kontaktstelle und einem Wärmeaustauscher 2 für ein flüssiges Medium
an der kalten Kontaktstelle. Der Thermogenerator enthält zwei Thermoelementschenkel 3 und 4 aus
einer Germanium-Silizium-Legierung, von denen der eine durch eine Dotierung mit z. B. Bor, Gallium
oder Indium p-leitend, der andere durch eine Dotierung · mit z. B. Phosphor, Arsen oder Antimon
η-leitend gemacht ist. Das Material der Thermoelementschenkel
kann auch eine Eisen-Silizium-Legierung sein. Die Kontaktstücke 5,6 "und 7 des
Thermogenerators, von denen das erste als Brücke ausgebildet ist, bestehen aus einer Hafnium-Silizium-Legierung.
Sie sind durch eine elektrisch isolierende und thermisch leitende Schicht 9 und 10, die AIuminiumoxyd
sein kann, von den Wärmeaustauschern getrennt. Die Kontaktstücke 6 und 7 besitzen elektrische
Zuleitungen 11 und 12.
Die Kontaktierung wird auf die folgende Weise durchgeführt: Kontaktstücke aus einer Hafnium-Sili-
zium-Legierung werden entsprechend vorgeformt. Auf sie werden Thermoelementschenkel an den vorgesehenen
Berührungsflächen 8 aufgeschmolzen oder aufgelötet.
mit O <C χ
<C 0,15. Innerhalb dieses Bereiches kann
die Legierung die Zusammensetzung
;■■■■■;.>'' ■■■·'■'■ ^ IIfo.075S'oo25 ■' ;/-v. ·' " ' ■';.
haben. Diese Legierung hat besonders gute elektrische
und chemische Leitfähigkeit. ·.-'■■.'■
Claims (4)
1. Kontaktstück zur Kontaktierung von Thermoelementschenkeln
aus Silizium als Legierungskomponente enthaltenden Halbleiterkörpern' in
Thermogeneratoren, dessen eine Materialkomponente Silizium ist, dadurchgekenhzeichnet,
daß das Kontaktstück(5, 6, 7) aus einer Hafnium-Silizium-Legierung besteht und daß das
Mischungsverhältnis der Komponenten Hafnium und Silizium wenigstens angenähert einst eutek-
tischen oder distektischen Zusammensetzung entspricht.
2. Kontaktstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hafnium-Silizium-Legierung
die Zusammensetzung
HfxSi1., ■ ..£..
mit 0< λ: < 0,15 hat.
3. Kontaktstück nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hafnium-Silizium-Legierung
die Zusammensetzung
*""o,O75 ^0,925
hat. ' .
4. Verfahren zur Kontaktierung des Halbleiterkörpers mit dem Kontaktstück nach ein^m
der Ansprüche 1 bis.3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (3, 4) auf die vorgesehene
Berührungsfläche (8) mit dem Kontaktstück (5, 6, 7) aufgeschmolzen wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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