Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [16] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93

бодиых носителей эарйда МоЖйО считать, ЧТО коэффициент термоэдс находится в обратной пропорциональной зависимости от числа Пе, а значение электрической проводимости прямо пропорционально tig. Анализ влияния различных факторов на коэффициент теплопроводности, который слагается из двух величин - коэффициента теплопроводности кристаллической решетки и коэффициента электронной теплопроводности, позволяет считать, что Я- = Я- (п,).

Вышеизложенное хорошо иллюстрируется графиками зависимостей as = ccs (пе), о = о (пе), к = к (пе) И аа = / (пе), приведенными на рис. 21. Как видно из рисунка, максимум произведения аа лежит в районе концентраций свободных носителей заряда п, = 10"- Ю» l/cл характерных для классических полупроводников.

Поскольку у проводников первого рода (металлы и их сплавы) концентрации свободных носителей заряда лежат в диапазоне 1010* 1/см, значения as для них очень малы, значения к слишком велики и, несмотря на хорошую электропроводность, величина z неприемлемо мала.

В случае изоляторов количество свободных носителей аряда в единице объема незначительно. Поэтому высокие значения as и низкие значения к не могут компенсировать очень малые значения о, что в свою очередь не позволяет получить приемлемые значения коэффициента добротности.

Таким образом, наибольшей эффективностью могут обладать полупроводниковые материалы, которые, как это впервые показал академик А. Ф. Иоффе, позволяют решить проблему энергетического применения термоэлементов. Полупроводниковые материалы, помимо характерных для них наибольших значений аа, обладают той особенностью, что с введением примеси значения а могут изменяться в широком диапазоне (рис. 22).

Теория позволяет установить зависимость максимального значения коэффициента добротности от характеристик материала:

г = 1.2-10- (1у\г ii.pad, (48)


Изоляторы I ПолупроМшни Металлы

Рис. 21. Графики зависимости коэффициента термоэдс as, электрической проводимости а и теплопроводности % от концентрации носителей заряда щ

где V - подвижность свободных носителей заряда, см1в-сек\ 4* 51



К.р- теплопроЁодность кристаллической решетки, вт/см-град; Ше - эффективная масса носителя заряда, г; г - показатель, характеризующий механизм рассеяния

свободных носителей заряда; е - основание натуральных логарифмов; Т - абсолютная температура, °К. Можно считать, что наибольшее влияние на величину z, помимо ttg, оказывает отношение -у~ > т- е. отношение подвижности носителей заряда к теплопроводности кристаллической решетки.


« ю" w" w

СолупроШник

Полуметалл

<п!3 -3

W ПСМ

Металл

Рис. 22. График зависимости коэффициента термоэдс as от концентрации носителей заряда щ для полупроводников

Следовательно, максимальная эффективность полупроводникового материала обеспечивается при условии достижения оптимальной концентрации носителей заряда в диапазоне рабочих температур и получения наибольших значений отношения подвижности носителей заряда к теплопроводности кристаллической решетки.

§ 4. ТВЕРДЫЕ, ЖИДКИЕ И ГАЗООБРАЗНЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Впервые термоэлектрические свойства различных материалов экспериментально были исследованы Зеебеком. Составленный им термоэлектрический ряд охватывает твердые и жидкие металлы, их сплавы, минералы и полупроводники.

Многочисленные экспериментальные исследования термоэлектрических свойств различных материалов, которые ведутся как 52



в СССР, taK и За рубежом, ПОЗВОЛИЛИ ш ТОЛЬКО улучшить свойства многих ранее известных веществ, но открыть и синтезировать ряд новых термоэлектрических материалов, которые представляют большой практический интерес.

Полупроводниковые материалы в зависимости от их агрегатного состояния могут быть разделены на три группы: твердые, жидкие и газообразные термоэлектрические материалы.

ТВЕРДЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Твердые термоэлектрические материалы - самая обширная и наиболее полно изученная группа полупроводников. В настоящее время считается установленным, что ряд чистых химических элементов, располагающихся довольно компактно в П1-Vn группах и П-VI периодах таблицы Д. И. Менделеева, обладает ярко выраженными свойствами полупроводников (табл. 2).

Большинство этих элементов, получивших название элементарных полупроводников, находит применение в термоэлектрических устройствах и полупроводниковых приборах в виде компонентов сложных химических соединений.

Наиболее обширную группу твердых термоэлектрических материалов, представляющих практический интерес, составляют различные химические соединения, обладающие нужными термоэлектрическими свойствами. Это двойные, тройные и многокомпонентные системы, в состав которых чаще всего входят и элементарные полупроводники [103]. К числу таких соединений относятся сурьмянистый цинк (SbZn), антимонид кобальта (CoSba), теллуристый свинец (РЬТе), сернистый свинец (PbS), теллурид висмута (BigTcs), селенид висмута (BigScg), теллурид кадмия (CdTe), кремний-германий (SiGe) и др".

Наряду с этими химическими соединениями и сплавами используются и более сложные многокомпонентные полупроводниковые термоэлектрические материалы. Полезно также отметить, что несмотря на отсутствие удовлетворительных термоэлектрических свойств в химически чистом виде, некоторые элементы обнаруживают эти свойства в химических соединениях, например двуокись урана UOg.

Кроме того, следует иметь в виду, что термоэлектрические характеристики многих веществ могут быть изменены в довольно широких пределах введением примесей или созданием дефектов кристаллических решеток путем воздействия температуры, магнитных, электрических или радиационных полей.

Некоторые характеристики полупроводниковых соединений приведены в табл. 3.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [16] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93



0.0065