ВЫБОР ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ РАДИОИЗОТОПНОГО
ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
У.М.Эрматов, Т.К.Жабборов, М.Б.Набиев*, Я.Усмонов*.
Ферганский политехнический институт, e-mail:
ferpi_info@edu.uz
, Telegram: +99891 328 34 68,
*Ферганский государственный университет e-mail:
fardu_info@umail.uz
, Telegram: +99891 650
08 52
Условия работы низкотемпературных термоэлектрических материалов значительно
благоприятнее, чем средне – и высокотемпературных. Трехкомпонентные сплавы, представляющие
собой твердый раствор
𝑆𝑏
2
𝑇𝑒
3
и
𝐵𝑖
2
𝑇𝑒
3
впервые былы предложены в качестве материала для
положительной ветви термоэлемента в работе [1]. Были получены образцы (молярное содержание
50%
𝐵𝑖
2
𝑇𝑒
3
и 50%
𝑆𝑏
2
𝑇𝑒
3
) с
𝑍 = 2.5 × 10
−3
град
-1
. Диаграмма состояний и электрические свойства
сплава
𝑆𝑏
2
𝑇𝑒
3
-
𝐵𝑖
2
𝑇𝑒
3
описании в работе [2]. Показано, что наибольшие значения
𝛼
2
𝜎 могут быть
получены для сплавов с молярным содержанием 74%
𝑆𝑏
2
𝑇𝑒
3
и 26%
𝐵𝑖
2
𝑇𝑒
3
при некотором избытке
теллура по сравнению со стехиометрическим составом. При введении в тройной состав избытка
𝑆𝑏
или
𝐵𝑖 против стехиометрии происходит увеличение 𝜎 и уменьшение 𝛼, что указывает на
акцепторное действие примесей. Избыток
𝑇𝑒 против стехиометрии вызывает увеличение 𝛼 и
уменьшение
𝜎, т.е. 𝑇𝑒 действует как донор на рис.1
На рис-1 приведена зависимость электропроводности и термо ЭДС от концентрации
избыточного теллура.
Исходя из выше указанных, было проведено для исследования влияния среды на
термоэлектрические свойства материала две серии плавок. В первый сплавление компонентов
производили в открытой кварцевых тиглях под давлением в инертной среде (аргоном), с
откачкой давлении воздуха 10
-2
мм.рт.ст. Затем кварцевых тиглей нагревали до 750÷850
℃, его
“Fizikaning hozirgi zamon ta’limidagi o’rni”. Samarqand 2019-yil 13-14 dekabr.
308
выдерживали при этой температуре в течение 30 мин. и охлаждали на воздухе; во второй серии
приготовление сплавов производили в среде аргона при избыточным давлении 2 атм. С учетом
термоэлектрические свойства (образцов) изготовленных сплавлением в вакууме. [3]
После горячего прессования измерены параметров α и σ. Тогда при Т
гор
=250
0
С было
получено электропроводность σ=1250 ом
-1
см
-1
и термо эдс α=150 мкв/град. Измерение
термоэлектрические свойства образцов изготовленных сплавлением под давлением в аргоне
было получены σ=1000 ом
-1
см
-1
, α=178 мкв/град при Т
гор
=400
0
С.
Заключение: после длительной времени, отжига термоэлектрические свойства образцов
изготовленных сплавлением в вакууме и под давлением в аргоне, различаются незначительно.
Получение термоэлектрических материалов в открытых кварцевых тиглях под давлением
инертного газа (аргона) проще и экономично [4]. Из полученных термоэлектрических
материалов можно использовать как термоэлементы в создании радиоизотопными
источниками электрической энергии ваттного диапазона, кроме этого конструктивных
изготовления миллимикроваттных источников энергии.
Литературы:
1. Evans W.G. Characterictics of themolectric- Semiconductor Products, 1963, v6. №4. pp34.
2. Иорданишвили Е.К. Термоэлектрические источники питания. Сов.радио. 1968 г.
3. Г.М.Фрадкина, В.М.Кодюков и др., Радиоизотопные источники электричкской энергии,
Атом-издат, 1978 г.
4. М.Б.Набиев, Я.Усмонов, К.И.Гайназарова, Л.К.Мамадалиева “Разработка получения
термоэлектрических свойств материалов на основе (
3
2
Te
Bi
-
3
2
Se
Bi
) под давлением в
инертной среде” Бьеловарский университет прикладных наук, г.Бьеловар, Хорватия
«Технологический университет» Москва 12 декабря 2018 г. Наукоград Королёв VI
Международной научно-практической интернет-конференции «Инновационные технологии
в современном образовании».
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ТЕРМОЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕРМО-ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО
ОХЛАЖДЕНИЯ
М.Б.Набиев., Р.Я.Расулов., А.Зокиров., О.Сидиков., Ш.Абдуллаев.,
*
У.М.Эрматов
Ферганский гос. университет., г.Фергана, e-mail:fardu_info@umail.uz, телеграмм номер: 91
6500852
*Ферганский политехнические институт. телеграмм номер: 91 328-3468
Эксперименты были проведены на полупроводниковых термоэлементах, которые имели
следующие размеры. Длина ветвей
=102 мм, поперечное сечение S=0,370
2
см
, форма обоих
ветвей полуцилиндрическая. Обе ветви коммутированы медной пластинкой, толщиной 1,5 мм,
площадью сечения 0,370
2
см
(рис.1).
“Fizikaning hozirgi zamon ta’limidagi o’rni”. Samarqand 2019-yil 13-14 dekabr.
309
В качестве исходных термоэлектрических материалов использовались твердые
растворы: 75%/мол
мол
Te
Sb
/
%
25
3
2
вес
Te
Bi
/
%
4
3
2
Se для ветвей p-типа и 90%/мол
вес
Te
Bi
/
%
10
3
2
вес
Se
Bi
/
%
06
,
0
3
2
для ветвей n-типа[1,2].
Исследованы характерные температурные зависимости
,
,
и Z этих материалов.
Предельные относительные погрешности при определении термоЭДС не превышали 3%
удельного сопротивления -3%. теплопроводности -7%, добротности Z по измерений
макс
спец
-
2%.
Значения указанных параметров для использованных нами веществ при комнатной
температуре приведены в таблице 1.
Таблица 1. Исходные данные исследованных термоэлементов
Слитки вещества представляли собой цилиндрические столбики длиной
110 мм и диаметром 9,6 мм.
На электроискровом станке столбик вещества разрезался на две части вдоль, таким
образом образовывались ветви требуемой геометрии и размеров. Затем торцы ветвей
подвергались электрополировке в травителях состава: для n-типа NaOH -83 г:
6
6
6
O
H
С
-67 г:
O
H
2
-1 литр.
для p-типа KOH -90 г:
6
6
6
O
H
С
-55 г:
O
H
2
-1 литр.
После травления ветви промывались спиртом и заслуживались сначала припоем состава
К
573
,
04
,
0
96
,
0
пл
Sn
Bi
, а затем наносился коммутационный припой
К
413
,
42
,
0
58
,
0
пл
Sn
Bi
.
При этом были опробованы два варианта коммутации:
а) флюс, состоящий на 20% нашатыря (
C
NH
4
), смешанного с глицерином, использовался
с залуживающим и коммутационным припоями:
б) залуживающий припой использовался с флюсом, состоящим из раствора хлористого
аммония (250г), цинка (590г) и никеля (200г) в дистиллированной воде (1л), а коммутационный
припой с нашатырно-глицериновым флюсом.
Н
омер
терм
оэ
лемент
а
К
онфигур
аци
я
Дл
ин
а
терм
оэ
лемент
а
L
,см
П
лоща
дь
се
чени
я,
S
,
см
2
О
пт
им
аль
ный т
ок
,
A
J
опт
П
лотн
ость
тока(
рас
чет
) А
/см
2
О
пт
им
плот
ность
тока
J
опт
, А
/см
2
Ти
п м
атериала
,
град
мкв
,
1
1
см
Ом
град
см
Вт
,
10
3
2
6
2
,
10
град
см
Вт
,
10
1
3
град
Z
расчет
ные
,
10
1
3
град
Z
Экспе
римент
П
ТЭД
-1
П
-обра
з
ная
3
0,3
48
6
16,6
17,2
n
p
-202
194
1084
1188
14,7
14,9
44,2
45,0
3,0
2,67
П
ТЭД
-2
10,6
0,7
23
3,8
4,8
5,2
n
p
-220
210
900
1000
15,0
15,5
43,5
44,5
2,92
2,57
П
ТЭД
-3
10,2
0,3
45
2
4,9
5,7
n
p
-220
210
900
1000
15,0
15,5
43,5
44,5
2,92
2,65
П
ТЭД
-4
2,75
0,6
66
10
15,5
14,9
n
p
-221
218
896
913
14,5
14,7
43,7
43,5
3,07
2,61
П
ТЭД
-5
2,75
0,6
73
3,5
4,6
5,2
n
p
-194
210
978
1045
14,1
14,0
38,8
46,0
2,94
2,66
“Fizikaning hozirgi zamon ta’limidagi o’rni”. Samarqand 2019-yil 13-14 dekabr.
310
Плоскость торцов ветвей полупроводникового термоэлемента залуживалась паяльником
с никелевым наконечником.
Был изготовлен и исследован ряд длинных полупроводниковых термоэлементов,
конструктивные и технологические данные которых приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 2. Величины пиковых охлаждений холодного спая термо-элементов в режиме
Номер
термоэлеме
нта
S
j
J
L,см
S,
2
см
,
j
2
/ см
А
град
макс
стац
,
К
0
0
,
макс
стац
,
с помощью
экрана град
,
0
град
макс
стац
0
ПТЭД-1
5,98
3
0,348
17,2
61
296,2
69
54,5
0,78
ПТЭД-2
3,79
10,6
0,723
5,23
54
296,2
69
51
0,74
ПТЭД-3
1,99
10,2
0,348
5,74
44
298,2
69
43,5
0,63
ПТЭД-4
9,99
2,75
0,668
14,97
66
299,2
69
53
0,76
ПТЭД-5
3,49
2,75
0,673
5,20
67
298,2
69
56
0,81
Примечание:
м
- значение
м
при
опт
j
j
2
. Исходная температура
0
.
Заключение: следует отметить, что измерение контактного сопротивления зондовым
методом показало, что длинные полупроводниковые термоэлементы, изготовленные по
варианту (б), имеют несколько ниже контактное сопротивление по сравнению с вариантом
коммутации (а).
Литература
1. Иорданишвили Е.К., Бабин В.П. Нестационарные процессы в термоэлектрических
и термомагнитных системах преобразования энергии. М.: Наука, 1983, с. 33-104, 105-106.
2. М.Б.Набиев,
Я.Усмонов,
К.Гайназарова,
К.Тожиматов,
Ж.Холмирзаев
«Нестационарное термоэлектрические охлаждение (НТЭО) с учетом выделения тепла
джоуля в коммутационном слое» Китоб. Илмий тўплам. Анталия 2016. С.302-307 «Gazi
Turkiyat» nashriyyati, Baki sayisi 600 adet. Gik. 02.02.2016Siparis №1792, Vustafa Kamal Sokak-
125.
УПРАВЛЕНИЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ КРЕМНИЯ НА ОСНОЕ
ФОРМИРОВАНИЯ В ЕГО ОБЪЕМЕ БИНАРНЫХ КЛАСТЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ III И V
ГРУПП
М.К. Бахадирханов, Х.М. Илиев, С.Б. Исамов, С.В. Ковешников, Х.Ф. Зикриллаев, Н.
Норкулов, Б.О. Исаков
Ташкентский государственный технический университет,
Кремний является одним из основных материалов современной электроники и
фотоэнергетики. Однако дальнейшее развитие микроэлектроники, оптоэлектроники, фотоники,
а также фотоэнергетики показывает, что ограниченные функциональные возможности этого
полупроводникового материала приводят к существенному ограничению его применения в
современных новых направлениях электроники, в том числе фотоэнергетике и
оптоэлектронике. Это в основном связано с фундаментальными параметрами кремния, т.е.
маленьким значением подвижности электронов, которая ограничивает использование этого
материала при разработке и создании быстродействующих микроэлектронных приборов и,
наконец, непрямозонная зонная структура кремния, которая не позволяет создать на его основе
светоизлучающие приборы.
Существующие современные технологические методы выращивания и легирования
кремния не позволяют решить эти проблемы. Успешное решение дало бы существенный
толчок развитию всех отраслей современной электроники и фотоэнергетики, и являлось бы
новым научным направлением в области полупроводникового материаловедения, а также
открыло бы уникальные возможности по созданию принципиально новых электронных
приборов и высокоэффективных фотоэлементов.
“Fizikaning hozirgi zamon ta’limidagi o’rni”. Samarqand 2019-yil 13-14 dekabr.
311
В работе предлагаются физические основы нового технологического подхода к
управлению фундаментальными параметрами кремния. Суть этого подхода заключается в
формировании бинарных элементарных ячеек полупроводниковых соединений в решетке
кремния.
Элементы третьей и пятой группы в кремнии в основном находятся в узлах решетки,
образуя твердые растворы замещения. Максимальная растворимость этих примесей в кремнии
составляет 10
20
– 10
21
см
-3
.
В условиях последовательного легирования кремния элементами третьей и пятой группы
с последующей дополнительной термообработкой при определенных термодинамических
условиях можно сформировать в решетке кремния бинарные кластеры с участием этих
примесных атомов.
При этом атомы третьей и пятой групп будут находиться рядом и занимать два соседних
узельных положения в решетке (образуя электронейтральные молекулы А
III-
В
V+
). В результате
этого формируются новые ячейки типа (Si
2
A
III-
B
V+
), которые могут образовывать более
сложные ассоциаты, в том числе нанокристаллы А
III
В
V
.
Размер,
структура,
а
также
концентрация
появляющихся
нанокристаллов
полупроводниковых соединений А
III
В
V
в основном определяются термодинамическими
условиями легирования и отжига.
Установлено, что для формирования элементарных ячеек и их ассоциаций необходимо
после
диффузионного
легирования
провести
дополнительный термоотжиг при более низких
температурах.
На рисунке – I область кремния, обогащенная
нанокристаллами A
III
B
V
(0,7 – 1 мкм). II область с
ассоциатами ячеек A
III
B
V
(0,7 – 3 мкм). III область
содержащая отдельные молекулы A
III
B
V
(1 – 5 мкм).
Новые ячейки А
III
В
V
в отличии от кристаллической
решетки кремния имеют ионно-ковалентную связь,
поэтому
необходимая
энергия
освобождения
электронов из данных ячеек будет существенно
отличаться от ширины запрещенной зоны кремния. Она
в зависимости от структуры и состава ячеек может быть больше или меньше, чем ширина
запрещенной зоны кремния.
У нанокристаллов ширина запрещенной зоны будет близка к E
g
соединения А
III
В
V
. При
достаточно высоком уровне легирования каждая из ячеек, их ассоциаций и нанокристаллов
будут вносить существенный вклад в поглощение в видимой, УФ и ИК областях спектра, т.е.
получается новый полупроводниковый материал на основе кремния.
Нанокристаллы А
III
В
V
в кристаллической решетке кремния, должны обладать зонной
структурой соответствующего полупроводникового соединения А
III
В
V
, т.е. образуется
локальной область с прямозонной структурой. Это означает, что в кристаллической решетке
кремния появляется локальная область с высокой излучательной способностью.
Таким образом, выбирая оптимальные пары атомов элементов III и V групп, а также
определяя оптимальные условия легирования и формирования бинарных элементарных ячеек
с участием элементов III и V групп, можно управлять основными фундаментальными
параметрами кремния, т.е. на основе кремния можно создать новый материал с необходимыми
фундаментальными параметрами, который может обладать уникальными электрофизическими,
фотоэлектрическими, оптическими и магнитными свойствами и другими функциональными
возможностями, которыми не обладает не только кремний, но и сами полупроводниковые
соединения А
III
В
V
.
“Fizikaning hozirgi zamon ta’limidagi o’rni”. Samarqand 2019-yil 13-14 dekabr.
312
ЗАВИСИМОСТИ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ В ТВЕРДОМ
РАСТВОРЕ р(GaAs)
1-x
(ZnSe)
x
ОТ УСЛОВИЙ РОСТА
Гаимназаров К.Г.
Гулистанский Государственный Университет
В настоящем сообщении приводятся результаты исследований времени жизни неосновных
носителей в эпитаксиальном слое твердого раствора р(GaAs)
1-x
(ZnSe)
x
выращенного на подложках
GaAs (100) электронного типа проводимости (АГЧО n=3 ּ10
17
см
-3
) методом принудительного
охлаждения из жидкой фазы [1].
Жидкой фазой служил раствор-расплав состава Sn-GaAs-ZnSe, ограниченные между двумя
горизонтально расположенными подложками, толщина которого варьировался в интервале 0,45-
1,6 мм специальными графитовыми подпорками. Эпитаксиальный слой твердого раствора
р(GaAs)
1-x
(ZnSe)
x
, оказались почти однородным составом (х=0,02; y=0,03) дырочного типа
проводимости (р=5 ּ10
17
- 5 ּ10
18
см־
3
, μ=15-30 см
2
В
-1
сек
-1
при Т=300 К
). Содержание селенида
цинка в области гетерограницы структуры nGaAs-p(GaAs)
1-x
(ZnSe)
x
составляет 40-50 моль% и
незначительно уменьшается вдоль направлении роста. Концентрация дырок в таких
эпитаксиальных слоях составляла 10
18
см־
3
а подвижность 45 см
2
В
-1
сек
-1
при Т=300 К.
Таблица
№
Э
пи
та
кс
иа
ль
ны
й
сл
ой
тв
ер
до
го
р
ас
тв
ор
а
Ра
сп
ол
ож
ен
ие
п
од
ло
ж
ки
п
о
от
но
ш
ен
ию
р
ас
тв
ор
а-
ра
сп
ла
ва
За
зо
р
м
еж
ду
п
од
ло
ж
ка
м
и
(м
м
)
Т
ем
пе
ра
ту
рн
ы
й
ин
те
рв
ал
ро
ст
а,
0
К
В
ел
ич
ин
а
на
ча
ла
пе
ре
ох
ла
ж
де
ни
я.
Т
,
0
К
Особенности
дифрактограммы
О
со
бе
нн
ос
ти
р
ел
а
кс
ац
ио
нн
ы
х
ха
ра
кт
ер
ис
ти
к
Э
ф
ф
ек
ти
вн
ое
з
на
че
ни
е
вр
ем
ен
и
ж
из
ни
, с
ек
.
1
р(
G
aA
s)
1
-
x
(Z
n
S
e)
x
Верх.
0,5
720-620
5
Соответствует хорошей
моно кристалличности
2
***
3*10
-3
2
---//---
Ниж.
0,5
720-620
5
1
***
2
***
7*10
-3
3
---//---
Верх.
0,7
700-630
8
Соответствует хорошей
моно кристалличности
2
***
1*10
-3
4
---//---
Ниж.
0,7
700-630
8
1
***
2
***
1*10
-3
5
---//---
Верх.
0,5
660-580
5
Соответствует хорошей
моно кристалличности
2
***
5*10
-3
6
---//---
Ниж.
0,5
660-580
5
1
***
2
***
9*10
-3
Исследование спада и нарастания величины фотоЭДС на гетеропереходе nGaAs-p(GaAs)
1-
x
(ZnSe)
x
при подаче световых импульсов со стороны “окна’’ показало что, время жизни
неосновных носителей в этих структур зависит от кристаллического совершенства полученного
слоя (Таблица). Обозначения в таблице имеют следующие содержания.
1*** Наличия дополнительных пиков соответствующие напряженным состояниям и второй
фазы вариюцитной модификации.
2*** Три характерных участка в релаксационной зависимости и наличие участка с
отрицательной проводимости.
Кристаллическое совершенство слоя указанного твердого раствора зависят от реальной
скорости его образования, которые в свою очередь определяется условиями роста. Полученные
результаты показывают, что совершенство эпитаксиального слоя, следовательно, на эффективное
значение времени жизни неосновных носителей в значительной мере влияет как зазор между
“Fizikaning hozirgi zamon ta’limidagi o’rni”. Samarqand 2019-yil 13-14 dekabr.
313
подложками, так и величина начального переохлаждения на границе раздела фаз, непосредственно
перед погружением подложек в раствор-расплав.
Литература.
1.
Саидов А.С., Кошчанов Э.А., Раззаков А.Ш., Насыров У., Гаимназаров К.Г. Гелиотехника,
1998, №6, стр. 23-26.
2.
Саидов А.С., Раззаков А.Ш., Гаимназаров К.Г. ДАН РУз, 8-9, стр.23-25.
3.
Милнс А., Фойхт Д. Гетеропереходы и переходы металл-полупроводник. Москва,Мир,1975.
Dostları ilə paylaş: |