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


Рис. 31. Конструктивная схема термоэлемента с компенсированной коммутационной пластиной

Рис. 32. Конструктивная схема термоэлемента с разрезной коммутационной пластиной

между материалом ветвей и коммутационными пластинами [17], [144], [147]. Материалом таких прослоек могут служить вещества, обладающие хорошей пластичностью в рассматриваемом

диапазоне температур и не вызывающие увеличения электрического и теплового сопротивлений в месте сопряжения полупроводниковых материалов с коммутационными пластинами. В качестве демпфирующих прослоек при относительно небольших температурах чаще всего применяются свинец, висмут или их сплавы с другими металлами. Конструктивные схемы термоэлементов с демпфирующими прослойками приведены на рис. 33.

Не менее сложной, чем вопрос компенсации термических деформаций, является проблема коммутации, т. е. соединения ветвей термоэлемента с токоведущими коммутационными пластинами. Обычно Б качестве материалов коммутационных пластин используются медь, никель или их сплавы, имеющие удельную электрическую проводимость на два или три порядка больше, чем полупроводниковые материалы. Поэтому электрическим сопротивлением собственно коммутационных пластин без ущерба для точности при расчетах можно пренебречь.

В равной степени это утверждение может быть отнесено и к термическому сопротивлению коммутационных пластин, которые, являясь хорошими проводниками, вместе с тем характеризуются более высокими значениями коэффициента теплопроводности, чем полупроводниковые вещества.

Несмотря на это суммарное электрическое сопротивление коммутации непосредственно Б местах контакта коммутационных пластин и ПОЛупрОБОДНИКОБЫХ материалов, т. е. на горячих и холодных спаях, может оказаться неприемлемо большим. Величина сопротивления спаев обычно не поддается расчету, .а ее измерение связано с определенными трудностями. Кроме того, в процессе длительной эксплуатации термоэлементов она может изменяться под влиянием различных

И"

Рис. 33. Конструктивные схемы термоэлементов с демпфирующими прослойками: а - двухслойной; 6 - однослойной



факторов. Естественно, что величина электрического сопротивления спаев должна быть по возможности .минимальной, так как только в этом случае при прочих равных условиях может быть достигнута эффективность термоэлементов, приближающаяся к эффективности термоэлектрических материалов. Как указывалось ранее, эффективность термоэлементов представляет собой функцию коэффициента добротности полупроводникового вещества:

z= -,- "- .о 1/гпад.

Если предположить, что электрическое сопротивление зоны контакта пренебрежимо мало, этот коэффициент будет учитывать электрическое сопротивление (электропроводность) лишь собственно полупроводникового вещества.

Обозначив удельное электрическое контактное сопротивление коммутации гконт. Гпкот, ом-см И высоту термоэлсмснта tan, формулу для определения коэффициента добротности в этом случае можем записать в виде

Г-,- г-1-1Р- (57)

р конт конт

Легко заметить, что в этом случае термоэлектрическая эффективность процесса преобразования энергии уменьшается, в результате чего могут быть сведены на нет все усилия, связанные с подбором и разработкой эффективных полупроводниковых материалов.

Минимальное электрическое сопротивление спаев - не единственное требование, предъявляемое к способу коммутации термоэлементов. Этот способ должен обеспечивать механическую прочность под действием термических напряжений, по возможности исключать диффузию материала токоведущих коммутационных пластин или связующих материалов в полупроводник, т. е. предотвращать диффузионное легирование полупроводника примесью, которое неизбежно приведет к изменению его термоэлектрических свойств. Эти, как и многие другие, технологические требования в значительной степени ограничивают выбор коммутационных материалов и методов коммутации.

Наиболее широко используемыми в настоящее время методами коммутации являются пайка и прижимное механическое контактирование. В некоторых случаях применяются также методы совместного прессования полупроводникового и коммутационного материалов, диффузионного сращивания, напыления или заливки коммутационной перемычки, а также гальванический и химический (с использованием пересыщенных солей металлов) методы (табл. 6) [43].



Электрическое сопротивление контактирующих поверхностей металл-полупроводник при различных методах коммутации

Материал

Технология коммутации

Электрическое сопротивление контакта

Припой

Флюс

Метод коммутации

стержня термоэлемента

О I Н •£ о о

- o" .

3 p и

о- i? ш Ц> Г л д -й ел К >,Ч S

Е- г- е 1

к и й X и S я

Подготовительные операции

Значение

Характеристика

BiaTeg-BijSeg (п-тип)

Bi Bi Sn Bi Sn Bi Sn

100 99 1

95 5

90 10

544 538

Стеарин

ом см-

Контакт обладает высокой механической прочностью

Пайка

BijTea-SbnTe (р-тип)

Bi Sb Bi Sb

90 10 80 20

623 673

Нашатырь

Глицерин

20 80

Пайка

Интерметаллические соединения на основе Bi, Sb, Те и Se

Bi Sn Bi Sn

85 15 70 30

Перед пайкой осуществляется травление в 2 стадии:



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



0.0011