SE186103C1 - - Google Patents

Description

Uppfinnare: H J Goldsmid och A R Sheard Prioritet begard treat den 18 december 1956 (Storbritannien) Ett andamal med foreliggande uppfinning är att astadkomma ett forbattrat termoelement under anvandning av halvledarmaterial.

Det är kant, att ett matt pa effektiviteten av ett termoelement, (la det anvandes i en anordning, shsom ett termoelektriskt kylelement eller generatorelement, utgores av godhetstalet 0, vilket bestammes enligt ekvationen cr vAiia,+ 1/221a2 dar siffrorna 1 och 2 hanfor sig till var sitt av termoelementets bagge skanklar, T utgor det aritmetiska medeltalet av den absoluta temperaturen vid temoelementets varma och kalla fog, samt n, och ci beteckna en skankels termoelektriska effekt, vanneledningsformaga respektive elektriska ledningsformaga matt vid temperaturen T i skankelns langdriktning mellan den varma och den kalla fogen.och n, bOra uppenbarligen ha motsatt tecken. For detta andamal kunna termoelementets skanklar framstallas av halvledarmaterial med ledningsformaga av p-typ och n-typ.

Vid bedOmning av ett visst halvledarmaterials lamplighet fOr anyandning i ett termoelement är det lampligt att bestamma ett individuellt godhetstal o lika med 07) VTo/A. Det ma framhallas att for ett termoelement med skanklar bestaende av halvledare av p-typ och n-typ, vilka ha godhetstalen op och on, da halvledarnas ifrhgavarande egenskaper matas i elementets langdriktning vid temperaturen T, det totala godhetstalet 0 vid en genomsnittlig drifttemperatur av T kommer att ligga mellan ap och 0., och Oro lika med ap och i gransfallet, da dessa bagge varden aro lika. Det Or vidare lampligt att betrakta varmeledningsformagan A som summan av tva. komponenter, AL och I.E. av vilka den forsta betecknar varmeledningsformagan pa grund av atomerna i halvledarens kristallgitter och den andra betecknar varmeled ningsformagan till foljd av ledande elektroner och/ eller hal.

For en viss halvledare varierar vid en faststalld temp eratur kvantiterna n, y och 2E i allmanhet avsevart alit efter halvledarmaterialets halt av en storsubstans, varjamte aim vardena n, o, h och kunna uppvisa en viss grad av anisotropi. I fOrbindelse med den forstnamnda effekten Or det lampligt att sasom vanligt inom halvledartekniken uttrycka halten storsubstans i halvledarens elektriska ledningsfOrmaga. Sasom bekant 'Aar den elektriska ledningsfOrmagan fOr en halvledare av en given ledningstyp vid en given temperatur med okande nettohalt av storsubstans (dvs. skillnaden mellan koncentrationen av donatorstorsubstans och halten av acceptorstorsubstans). Verkan av halten storsubstans pa a for en given halvledare kan anges med matresultaten for vardena n, o och A Mr en serie prov av halvledaren, vilka samtliga aro av samma ledningstyp men ha olika varden for den elektriska ledningsfOrmaganvarvid samtliga matningarna genomforas vid en bestamd temperatur. Dã halvledaren Or anisotrop betraffande nagon av ifragavarande egenskaper, bor varje prov besta av en enkelkristall eller flera trimmade kristaller och matningarna genomforas i en riktning, som bar angiven °neutering i fOrhallande till kristallaxlarna. For en sadan serie prov visar det sig i allmanhet, att 0 utgor en entydig funktion av r med ett enda maximivarde. Variationenen for a med a avviker naturligtvis i allmanhet frail en halvledare till en annan och Or ofta olika for ett och samma halvledarmaterials bagge ledningstyper. Bortsett frau de ovan diskuterade variationerna varierar vardet for a for ett visst prov ph en halvledare i allmanhet med temperaturen T bade betraffande direkt andring av T och p0. grund av andring av en eller flera av kvantiteterna n, r, och 1 med T.

Av det foregaende torde framga, att det vid 2— — jamforelse av tva halvledarmaterial betraffande detta godhetstal ar lampligt att definiera standardgrundvalar for jamforelse betraffande halvledarnas halt av storsubstans, orientering av de matningar, pa vilka vardena pa 0 baseras, samt den temperatur, vid vilken matningarna ha genomforts.

Fore fOreliggande uppfinning synas de basta resultaten vid anvandning av halvledare i termoelement ha uppnatts med termoelement omfattande skanklar av vismuttellurid (Bi,Te,), av p-typ respektive n-typ. Foreliggande uppfinning grundar sig p4 en undersokning av den inverkan, sarskilt i avseende pa de egenskaper, pa vilka godhetstalet 0 beror, som uppnas genom en delvis ersattning av vismut med antimon och/eller delvis ersattning av tellur med selen och/eller svavel i vismuttelluriden. De pa detta satt framstallda materialen utgora halvledare med en kristallstruktur, som liknar vismuttelluridens, och kunna betraktas som genom substitution erhallna fasta losningar av vismuttellurid och en eller flera av foreningarna antimontellurid (Sb,Te3), vismutselenid (Bi.2Se3) och vismutsulfid (Bi2S3), eller kunna betraktas som fOreningar med exempelvis formlerna BixSb,,Te, och Bi,TeySea..y.

Enligt uppfinningen bestar atminstone den ena skankeln i termoelementet huvudsakligen av en halvledare med konsitutionsformeln BimSbnTepSegSr, i vilken n har ett varde av 0-1,8, q ett varde av 0-0,4 och r ett varde av 0-0,24, varjamte m+n =2, p +q+r =3, 3n-1-2q+2r Or minst 0,03 och 3q+5r Or hogst 1,2. Denna halvledare liar samma kristallstruktur som vismuttellurid och kristallen eller varje kristall i halvledaren eller ledaren Or orienterad med sin huvudaxel i huvudsak vinkelratt mot ledarens langdriktning mellan termoelementets lodfogar.

Halvledarens konstitutionsformel Or lampligen sadan att n har ett varde av 0,35-1,6 och 3q+liar ett varde av 0-0,9, varjamte halvledaren har en elektrisk ledningsformaga matt i ledarens langdriktning vid en temperatur av 290° K av 500-2000 (ohincentimeter),.

Ett satt att framstalla halvledare for termoelement enligt uppfinningen bestar i att vismut och tellur smaltas tillsammans i vakuum jamte minst ett av grundamnena antimon, selen och svavel i proportioner som svara mot konstitutionsformeln BimSbnTepSeqSr, sã att n har ett varde av 0-1,8, q liar ett yard e av 0-0,4 och r har ett varde av 0-0,24, varjamte m+n-2, p+q+r-3, 3n+2q+2e Or minst 0,03 och 3q+5r Or hogst 1,2, varefter man av det smalta materialet framstaller ett langstrackt, massivt got och underkastar detta sh kallad zonsmaltning.

Uppfinningen kommer i det foljande att beskrivas narmare med hanvisning till bifogade ritning. Fig. 1 utgor ett diagram Over vissa egenskaper hos vismuttellurid av p-typ. Fig. 2 utgOr ett diagram, som visar vissa andra egenskaper hos vismuttellurid av p-typ. Fig. 3 är ett diagram, som visar vissa egenskaper hos halvledare, vilka kunna anvandas i termoelement enligt foreliggande uppfinning. Fig. 4 Or ett diagram, som visar andra egenskaper hos halvledare, vilka kunna anvandas i termoelement enligt foreliggande uppfinning. Fig. 5 Or en schematisk perspektivoy av ett termoelement.

Innan egenskaperna hos halvledare, vilka anvandas i termoelement enligt foreliggande uppfinning, diskuteras narmare, torde det for jamfOrelses skull vara lampligt att ga narmare in pa vissa av vismuttelluridens egenskaper.

Det ma framst framhallas, att vismuttellurid utvecklar anisotropi betraffande vissa av sina fysikaliska egenskaper. Foreningen kristalliserar i det trigonla systemet och en vismuttellurid-kristall kan latt spaltas langs plan, som Oro vinkelratta mot huvudaxeln. Det har for vismuttellurid av bade p-typ och n-typ visat sig, att bade den elektriska ledningsformagan a och varmeledningsformagan 2. variera avsevart med lutningen mot kritallhuvudaxeln for den riktning, i vilken dessa egenskaper maths. FOr vismuttellurid av p-typ Or den termoelektriska effekten i huvudsak isotrop, medan den for vismuttellurid av n-typ varierar nagot alltefter lutningen mot kristallhuvudaxeln for den riktning, i vilken egenskapen mates. Nettoresultatet av anisotropien är, att for bagge ledningstyperna godhetstalets 0 varde liar ett maximum i riktningar, som Oro vinkelratta mot kristallhuvudaxeln, dvs. parallella med spaltningsplanen. Den fortsatta beskrivningen av vismuttelluridens egenskaper kommer darfor att begransas till de i denna riktning matta egenskaperna. Med hansyn till godhetstalets 0 anisotropi bor for uppnaende av maximal effektivitet en skankel av vismuttellurid i ett termoelement besta av en eller flera kristaller, vilkas kristallhuvuda:dar Oro anordnade i huvudsak vinkelratt mot skankelns langdriktning mellan den heta och den kalla fogen.

Fig. 1 och 2 visar kurvor Over nagra egenskaper for vismuttellurid av p-typ. Dessa kurvor ha erhallits genom matningar av en serie prov pa vismuttellurid pa det ovan beskrivna sattet, I fig. 1 Or den termoelektriska effektenuttryckt i iuV1°C, avsatt mot den elektriska ledningsformagan a, uttryckt i (ohm-centimeter), fOr ternperaturerna 200 och 290° K. Vid en given temperatur okar vid iikande ledningsformaga a den termoelektriska effekten i forst, passerar genom ett maximum och sjunker sedan. Detta maximums lage och storlek varierar for olika temperaturer_ Kurvorna feu' olika temperaturer sammanfalla dock ftir hogre varden pa ledninsformagan a. I fig. 2 Or varmeledningsfOrmagan 4 uttryckt i W/cm°C, avsatt mot produkten av elektrisk ledningsformOga a och den absoluta temperaturen T, uttryckt i °K/ohm-centimeter for en temperatur av 290° C. DO den elektriska ledningsformagan okar, sjunker forst varmeledningsformagan A. passerar genom ett minimum och okar sedan, medan de delar av kurvan, som svara mot hogre varden ph den elektriska ledningsformagan a, Oro raka och ha en lutning, vilken sasom kan vantas teoretiskt Or lika med 2 (K/E)2 dar K betecknar — —3 Boltzmanns konstant och E är elektronladdningen. Korsningen mellan den raka delen av kurvan och A-axeln ger ett varde ph varmeledningsformagans gitterkomponent AL. Motsvarande kurvor for andra temperaturer ha liknande form mot en rak del med samma lutning, ehuru minimumets lage och varde samt vardet pa AL aro olika.

Av uppgifter uttagna ur de i fig. 1 och 2 visade kurvorna är det mojligt att rita en kurva for godhetstalet 0 mot den elektriska ledningsformagan a for vismuttellurid av p-typ vid en given temperatur. Om en sadan kurva ritas f8r en ternperatur av 290° K, visar det sig, att maximivardet for o är c:a 0,73, om den termoelektriska effekten uttryckes i V/°C och de andra faktorer, som ligga till grund for godhetstalet, uttryckas i de ovan angivna enheterna.

Kurvor liknande de i fig. 1 och 2 visade kunna aven uppritas for vismuttellurid av n-typ och pa grundval av dem kan man rita en kurva, som visar godhetstalets 0 variation med den elektriska ledningsformagan a for vismuttellurid av n-typ vid en given temperatur. Sadana kurvor visa sig vara mycket lika kurvorna for vismuttellurid av p-typ med mindre numeriska skillnader, varfor de icke behova diskuteras i detalj i detta sammanhang. Det ma emellertid framhallas, aft maximivardet fOr godhetstalet 0 for vismuttellurid av n-typ vid 290° K Or c:a 0,78, samt aft maximivardet [Or det totala godhetstalet 0 som kan erhallas vid en genomsnittlig arbetstemperatur av 290° K med ett termoelement med ledare av vismuttellurid av ptyp och n-typ Or c:a 0,75, varvid dessa bagge varden Oro beraknade pa samma underlag som det fOr vismuttellurid av p-typ angivna.

Egenskaperna fOr de halvledare, villa anvandas i termoelement enligt foreliggande uppfinning, komma nu att diskuteras. For korthetens skull komma dessa halvledare att generellt betecknas som halvledarna enligt uppfinningen.

Sasom ovan angetts ha halvledarna enligt uppfinningen en kristallstruktur, som liknar vismuttelluridens, varfor de uppvisa samma anisotropi betraffande vissa egenskaper. Liksom for vismuttellurid av bagge ledningstyperna har godhetstalet 0 ett maximum for riktningar, som Oro vinkelrata mot kristallhuvudaxeln. Den fortsatta diskussion av de enligt uppfinningen sammansatta halvledarnas egenskaper kommer darfor att, liksom betraffande vismuttelluridens egenskaper, begransas till de i denna riktning matta egenskaperna. Pa grund av denna anisotropi bor kristallen eller varje kristall i en termoelementskankel av nagon av de angivna halvledarna orienteras med huvudkristallaxeln i huvudsak vinkelratt mot skankelns langdriktning mellan termoelementets fogar.

Pa grundval av matningar av den termoelektriska effekten n, den elektriska ledningsformagan och vOrmeledningsformagan A pa prov av de angivna halvledarna, kan man upprita kurvor av de i fig. 1 och 2 visade typerna for varje sammansatt ning, varvid naturligtvis shrskilda kurvor Oro nOdvandiga [Or material av p-typ och n-typ. Jamforelse av sadana kurvor med motsvarande kurvor for vismuttellurid leder till f olj ande slutsatser betraffande de vid temperaturer Over 250° K erhallna resultaten.

For var och en av de angivna halvledarna Or kurvan for forhallandet mellan varmeledningsfOrmagan A och produkten av den elektriska ledningsfOrmagan a och den absoluta temperaturen T for en given ledningstyp och temperatur i huvudsak identisk med motsvarande kurva for vismuttellurid med samma ledningstyp och vid samma temperatur med undantag for en forflyttning neat av hela kurvan parallellt med 1-axeln, vilket svarar mot eft lagre varde for varmeledningsformagans gitterkomponent AL On for vismuttellurid. Gitterkomponentens AL varde beror pa halvledarens sammansattning. Del satt, ph vilket gitterkomponenten AL varierar med sammansattningen visas for vismut-antimon-tellurider (dvs. de av halvledarna enligt uppfinningen som icke innehalla selen eller svavel) och vismut-selenotellurider (dvs. de av halvledarna enligt uppfinningen som icke innehalla antimon eller svavel) genom de i fig. 3 och 4 visade kurvorna, i villa varmeledningsformagans gitterkomponent AL, uttryekt i AV/cm°C, Or avsatt mot molprocenten antimontellurid eller vismutselenid i materialet for en temperatur av 290° K. I stort samma resultat erhallas for vismut-sulfo-tellurider (dvs. de av de enligt uppfinningen sammansatta halvledarna, som icke innehalla antimon eller selen). Genom att en del av telluren ersattes med selen och/eller svavel i en av vismut-antimontelluriderna sankes gitterkomponentens AL varde ytterligare, dock icke at mycket som vid ersattning av telluren med samma mhngd selen och/eller svavel i vismuttellurid.

For var och en av de enligt uppfinningen sammansatta halvledarna ham kurvan for den termoelektriska effektens oj beroende av elektrisk lednMgsformaga a for en given ledningstyp och temperatur samma form som motsvarande kurva for -vismuttellurid med samma ledningstyp och vid samma temperatur, ehuru den for vissa material forskjutes uppat eller neat i jamforelsekur- van for vismuttellurid, atminstone Mom nagot intervall av varden pa den elektriska ledningsformagan a. For vismut-antimon-tellurider, som innehalla mindre On 50 % antimontellurid, Or kurvan salunda i huvudsak identisk med vismuttelluridens kurva. For vismut-antimon-tellurider, som innehalla mer an antimontellurid, Or kurvan for de hOgre vardena pa den elektriska ledningsformagan a forskjuten uppat i jamfbrelse med kurvan for vismuttellurid. For de av halvledarna enligt uppfinningen som innehalla en avsevard mangd selen och/eller svavel, uppvisar kurvan atminstone for hogre varden pa den elektriska ledningsformagan a, en fOrskjutning nedat jamfort med kurvan for vismuttellurid.

Om salunda ett prov p0 en av halvledarnas enligt uppfinningen jamfores med ett prov pa vis- 4-- --- muttellurid och de bagge proven aro av samma ledningstyp och ha samma elektriska ledningsformaga a vid en given temperatur T, som är hOgre an 250° K, uppvisa de bagge proven samma elektroniska komponent AE for varmeledningsfOrmagan vid temperaturen T, ehuru pro-vet pa halvledaren enligt uppfinningen vid temperaturen T kommer att ha lagre gitterkomponent,for varmeledningsformagan an provet av vismuttellurid och salunda lagre, totalt varde for varmeledningsformagan A. Det ma vidare framhallas, att de bagge proven vid temperaturen T uppvisa varden pa den termoelektriska effekten n av sarnma storlek och att, ehuru i vissa fall den termoelektriska effektenan nagot lagre fOr provet pa halvledaren enligt uppfinningen an for provet pa vismuttellurid, skillnaden i intet fall kommer att i detta hanseende vara sa stor, att den heft uppvager fOrdelen med ett lagre yards pa varmeledningsformagan A. I samtliga fall kommer salunda provet pa halvledaren enligt uppfinningen att ha hogre varde pa godhetstalet a vid temperaturen T On provet pa vismuttellurid, varf Or man kan dra den slutsatsen, att alla halvledarna enligt uppfinningen aro overlagsna vismuttellurid for anvandning som ledare i termoelement.

Den fOrbattring, som uppnas i detta hanseende beror naturligtvis pa halvledarens sammansattning. En sarskilt lamplig sammansattning Or den, vid vilken i konstitutionsformeln BimSbnTepSeqS är sadan, att m har ett varde av 0,35-1,6 och 3q +5r eft varde av 0-0,9. For vane sammansattning inom dessa intervall finnes for bagge ledningstyperna ett relativt vidstrackt intervall fOr vardena pa den elektriska ledningsfOrmagan a vid en given temperatur, vid vilket vardet pa godhetstalet a icke Or avsevart mindre an det maximivarde pa godhetstalet 0, vilket kan uppnas med vismuttellurid med samma ledningstyp och vid samma temperatur. Detta galler sarskilt for alla sammansattningar mom det angivna intervallet for vardeu pa den elektriska ledningsformagan mom intervallet 500-2000 (ohm-centimeter)—Ivid temperaturen 290° K.

De halvledare, som anvandas i termoelement enligt foreliggande uppfinning, kunna framstallas pd foljande satt. Vismut, tellur och minst ett av elementen antimon, selen och svavel placeras tillsammans i en cylindrisk kvartsbomb med en langd av c:a 17,5 cm och en diameter av 2,5 cm. Beskickningens totala vikt installes pa c:a 300 g och proportionerna mellan metallerna svara mot halvledarens onskade sammansattning. Bomben evakueras sa att i densamma erhalles ett absolut tryck, som Or mindre On -6 mm Hg, varefter bomben tillslutes tatt.

Den fOrslutna bomben varmes sedan i en ugn till 900° C under minst 3 h, fOr att astadkomma fullstandig bildning av halvledaren. Efter kylning till rumstemperatur och urtagning ur bomben in-f Ores satsen i en kvartsskepp med de ungefarliga dimensionerna 15 x 2,5 x 1,8 cm. Beskickningen smaltes sedan natt och jamnt genom hUgfrekvensupphettning under inert atmosfar, sa att den formas efter skeppet och kyles sedan omedelbart till rumstemperatur till bildning av ett fast got.

Det stelnade gotet i skeppet underkastas sedan den behandling, vilken Or kand som »zonsmaltping tur och retun, vid vilken en smalt zon bildas vid gotets ena arida och bringas att forflytta sig langs hela gotet forst i den ena riktningen och sedan i motsatt riktning. Denna behandling genomf Ores under langsamt flOde av inert gas vid atmosfarstryck och den smalta zonen fOrflyttas lampligen langs gotet med en hastighet av c:a 2,5 cm/h.

Gotet visar sig efterat besta. av en slier flera kristaller, vilka samtliga ha sin huvudkristallaxel anordnad vinkelratt mot gotets langdaxel. Det ma framhallas, att vid ett polykristalliserat got de olika kristallernas huvudaxlar icke nodvandigtvis aro parallella med varandra. Om skanklar for termoelement enligt uppfinningen skaras fran ett sadant got, skola de uttagas pa sadant satt, aft deras langdriktning Or parallell med gotets langdaxel.

GOt framstallda ph detta satt ha visat sig vara av p-typ. Gotens elektriska ledningsformaga okar med okning av antimonhalten och minskar med &fling av selen- eller svavelhalten i halvledaren.

For framstallning av material av n-typ Or det nOdva.ndigt att infora nagon donatorstorsubstans i halvledaren. Det kan i manga fall vidare vara lampligt att infora flagon donatorstorsubstans Oven da man onskar material av p-typ, for att det bildade materialets elektriska ledningsfOrmaga skall ligga narmare den optimala ledningsformagan for anvandning av materialet vid framstallning av termoelementskanklar On som skulle vara fallet om nagon sa.dan storsubstans icke tillfordes. Lampliga sLOrsubstanser fOr detta andamal utgoras av jod, brom,klor, tellur och litium. I vissa fall kan det vara lampligt att tillsatta en acceptorstorsubstans. For detta andamal lampa sig metallema bly, kadmium och vismut. Om nagot av dessa grundamnen med undantag for halogenerna anvandes, framstalles halvledaren pa ovan beskrivet satt, varvid storsubstansen i Onskad mangd sattes till ingrediensema for halvledaren i utgangsmaterialet. Om man daremot anvander en halogen, foredras en nagot modifierad metod pa grund av halogenernas flyktighet.

Ett exempel pa anvandning av jod enligt detta modifierade fOrfarande skall nu beskrivas betraffande ett satt att framstalla vismut-antimontellurid av n-typ och med konstitutionsformeln Bi1,59Sb0,41Te3. Harvid inferes vismut, antimon och tellur samt jod i en cylindrisk kvartsbomb med en langd av c:a 17,5 cm och en diameter av 2,5 cm. Bestandsdelarnas sammanlagda vikt avpassas till c:a 300 g, av vilka joden utgor c:a 0,18 %, varvid proportionerna mellan vismut, antimon och tellur svarar mot vismut-antimon-tellurid med den angivna sammansattningen. Bomben evakueras sedan for astadkommande av ett inre, absoiut tryck, understigande .6 mm Hg och tillslutes sedan tatt. Evakueringstiden standardi- - - seras till c:a 15 min for att joden skallforflyktigas j amnt.

Den forseglade bomben upphettas sedan i en ugn till c:a 900° C under minst 3 h for att astadkomma fullstandig bildning av vismut-antimontelluriden och jamn fOrdelning av joden. Sedan beskickningen har svalnat till rumstemperatur och tagits ut ur bomben infores den i ett kvartsskepp med dimensionerna c:a 15 x 2,5 x 1,8 cm. Beskickningen smaltes sedan natt och jamnt genom induktionsupphettning med hogfrekvens under en inert atmosfar, sa att den antar skeppets form, varefter den omedelbart kyles till rumstemperatur till bildning av ett stelnat got.

Det stelnade gotet i skeppet underkastas sedan en enkel zonsmaltning, vid vilken en smalt zon bildas vid gotets ena ande och bringas att passera langs hela gotet. Denna behandling genomfores under en langsam strom av inert gas vis atmosfarstryck, och den smalta zonen bringas lampligen att rora sig langs g6tet med en hastighet av 2,5 cm/h.

Ocksa efter behandling ph detta salt visar sig det bildade gOtet besta av en eller flera kristaller, vilka samtliga ha huvudkristallaxeln anordnad vinkelratt mot gotets langdaxel. Samma regler galla darfOr aven i detta fall som ovan betraffande orienteringen av termoelementskanklar utskurna ur ett sadant got.

Ett got framstallt enligt ovan visade sig vara likformigt av n-typ, vid en temperatur av 290° K ha en termoelektrisk effekt av c:a - 195 itlirC och en elektrisk ledningsformaga matt i gOtets langdriktning av c:a 1000 (ohm-centimeter)'.

I foljande tabell 1 och 2 lamnas uppgifter betraffande halvledare, som kunna anvandas i termoelement enligt foreliggande uppfinning. For vart och ett av exemplen framstalldes ett got pa det lampligaste av de ovan beskrivna forfarandena. Detaljerade uppgifter betraffande sammansattningen framga av tabe111. I denna tabell anges I samtliga fall vardena pa koefficienterna n, q och r i konstitutionsformeln BimSb„TepSec/S, tillsammans med en uppgift pa mangden och arten av den tillsatta storsubstansen i utgangsmaterialet, varvid mangden storsubstans uttryckes som viktforhallandet mellan storsubstansen och den totala vikten pa de i halvledaren ingaende grundamnena. For vart och ett av dessa exempel genomfOrdes matningar vid en temperatur av 290° K pa prov uttagna ur ifragavarande got. Matningarna genomfordes i en riktning, som svarar mot gotets langdaxel. Resultaten av dessa matningar framgh av Label! 2, i vilken for varje exempel anges vardena pa den termoelektriska effekten s (positiv for material av p-typ och negativ for material av n-typ) uttryckt i ,011°C, den elektriska ledningsformagan r, uttryckt i (ohmcentimeter)-1, varmeledningsformagan uttryckt i W/cm°C, godhetstalet 0 beraknat pa det ovan i samband med vismuttellurid angivna sattet, och motsvarande varde for godhetstalet 0 fOr vismuttellurid med samma ledningstyp och elektriska ledningsformaga.

Tabell 1.

Exempel 1 2 71 0,23 0,41 storsubstans 3 0,41 0,18 % jod 4 0,90 0,90 0,12 % jod 6 0,33 7 0,33 0,06 % bly - 0,13 0,075 % bly - 0,22 0,06 % jod 0,38 0,16 0,1 % jod 11 0,82 0,27 12 1,48 0,04% tellur 13 1,58 0,21 5 % tellur 14 0,86 0, 0,83 0,0, Tabell 2.

Exempel s n(Bi2 Te3) 1 +217 70,0171 0,76 0,73 2 +176 120,0160,82 0,71 3 -196 0,00,86 0,78 4 +147 170,0169 0,80 0,63 +202 80,0134 0,80,73 6 +273 0,0129 0,72 0,52 7 +204 70,0139 0,80 0,73 8 +70,010,80 0,73 9 -228 0,0122 0,82 0,72 -226 590 0,0123 0,84 0,72 11 +181 860 0,010,81 0,73 12 +181400 0,0158 0,94 0,68 13 +156 140,0164 0,79 0,68 14 +169 1100 0,0133 0,83 0,73 +191 60,0113 0,77 0,72 Ett Lerrnoelement framstallt cnligt uppfinningen kommer nu aft beskrivas som exempel med hfinvisning till fig. 5, som Or en schematisk perspektivvy av termoelementet. Detta omf attar en skankel 1 av p-typ och en skankel av n-typ med den sammansattning, som framgar av exemplen 12 och 3 i tabell 1. De bagge skanklarna 1 och 2 ha bagge en langd av 1 cm och en tvarsnittsarea av 0,5 cm. De ha utskurits ur got framstallda pa det fOrsta och det andra av de ovan beskrivna satten sa att deras langdaxlar Oro parallella med motsvarande tackors langdaxlar. Motsvarande andar av skanklarna 1 och 2 Oro elektriskt forbundna medelst en kopparplat 3, som ar fastliidd i skanklarna 1 och 2 och bildar den kalla lOdfogen i termoelementet. Skanklarnas 1 och 2 andra andar aro fastlodda i kopparblock 4 och 5, som bilda den varma fogen i termoelementet och aro forsedda med kylflansar 6 och 7. Skanklarnas 1 och 2 andytor fOrnicklas fore lodningen.

Detta termoelement lampar sig for kylning av ett foremhl, som anbringas i kontakt med platen 3, exempelvis en. detalj i en daggpunktshygrometer. Harvid seriekopplas ett batten i 8 och ett variabelt motstand 9 mellan kopparblocken 4 och 5, varvid batteriets 8 polar aro installda sasom visas pa ritningen, medan motstandet 9 anvandes for att 6— — variera strommen genom termoelementet och clamed remsans 3 temperatur.

Far en genomsnittlig arbetstemperatur av 290° K dr det nu beskrivna termoelementets totala godhetstal 0 c:a 0,90 berdknat pa samma satt som har beskrivits for vismuttellurid. Vid detta godhetstal dr den storsta, vid en genomsnittlig drifttemperatur av 290° K uppnaeliga temperaturskillnaden mellan den varma och den kalla fogen i termoelernentet c:a 86° C.

Claims (12)

Patentansprak:

1. Termoelement, i vilket minst en skankel i huvudsak bestar av en halvledare, vilken kan innehalla en storsubstans eller fororening, och yam konstitutionsformel är BiniSbnTepSeqSr, ddr m+ n=2 och p+q-Fr=3, kannetecknat darav, att i namnda formel it har ett varde av 0-1,8, q ett varde av 0-0,4 och r ett varde av 0-0,24, och att 3n-F2q+2r dr minst 0,03 och 3q+5r dr hogst 1,2 samt att halvledaren liar en kristallstruktur, som liknar vismuttellurids, och kristallen eller varje kristall i halvledaren är orienterad med sin huvudkristallaxel i huvudsak vinkelratt mot skankelns langdriktning mellan termoelementets fogar.

2. Termoelement enligt patentanspraket 1, kannetecknat daray, att halvledaren har sadan konstitutionsformel, att bade q och r aro 0.

3. Termoelement enligt patentanspraket 1, kannetecknat darav, att halvledaren har sadan konstitutionsformel, att n har ett varde av 0,35- 1,6 ochhar ett varde av 0-0,9, varjamte halvledaren har en elektrisk ledningsformaga matt I skankelns ldngdriktning vid en temperatur av 290° K, vilken ligger vid 500-2000 (ohm-centirneter)-1.

4. Termoelement enligt nagot av patentanspraken 1-3, kannetecknat ddrav, att halvledaren innehaller minst ett av grundamnena jod, brom, klor, tellur och litium som donatorstarsubstans.

5. Termoelement enligt nagot av patentanspraken 1-3, kannetecknad darav, att halvledaren innehaller minst ett av grundamnena bly, kadmium och vismut som acceptorstOrsubstans.

6. Termoelement enligt nagot av patentanspraken 1-5, kannetecknat darav, att skankeln âr framstalld ay ett langstrackt got av halvledar material, vilket har underkastats en sasom zonsmaltning kand behandling pa sadant satt, att skankelns langdriktning dr parallell med gOtets langdaxel.

7. Termoelement enligt nagot av patentanspraken 1-6, kannetecknat daray, att halvledaren dr av p-ledningstyp.

8. Termoelement enligt patentanspraket 7, i vilket bagge ledarna dro utforda enligt patentanspraket 1, varvid den ena är av p-ledningstyp och den andra av n-ledningstyp.

9. Sat vid framstallning av termoelement enligt patentanspraket 1, eventuellt innehallande en storsubstans eller fororening, och med den all-manna formeln BiniSbnTepSegSr, dar m+n=2 och p+q+r=3, kannetecknat daray, att vismut, tellur och minst ett av elementen antirnon, selen och svavel smalls tillsammans i proportioner, som svara mot namnda konstitutionsformel, s att it har ett varde av 0-1,8, q ett varde av 0-0,4 och r ett varde av 0-0,24 och 3n+2q+2r dr minst 0,03 och 3q+5r är hogst 1,2, varefter den smdlta legeringen gjutes till ett langstrackt, massivt got, vilken underkastas zonsmaltning.

10. 8a:ft enligt patentanspraket 9, kannetecknat &ray, att zonsmaltningen genomf Ores tur och retur.

11. Satt enligt patentanspraket 10, kannetecknat darav, att till utgangsmaterialet sattes en ringa mangd av minst ett av grundamnena tellur, litium, bly, kadium och vismut.

12. Satt enligt patentanspraket 9, kannetecknat darav, att till utgangsmaterialet sattes en ringa mangd av minst ett av grundamnena jod, brom och klor och att zonsmaltningen genomfOres som en entursprocess. Anforda publikationer: Patentskrif ter !ran Tyskland 872 210; USA 2 762 857. Andra publikationer: Zurnal techni6eskoj fiziki 1956. Nr 10, p. 2398. Physical society. London. Journal 69 B (1956): Febr., p. 203-209.