Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике § 3. ТЕЛЛУРИД ВИСМУТА КАК МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТЕРМОЭЛЕМЕНТАЗа последние годы наибольшее распространение как материал для изготовления ветвей термоэлементов получил теллурид висмута Для увеличения отношения подвижности основных носителей к теплопроводности кристаллической решетки обычно используют твердые растворы
Рис. 6. Теплопроводность решетки На рис. 6 приведена зависимость теплопроводности решетки и подвижности электронов в твердом растворе 1.5 раза. Увеличение подвижности электронов в данном случае обусловлено тем, что эффективная масса электронов в селенистом висмуте почти в три раза меньше, чем в теллуриде висмута (рис. 7). На этом же рисунке видно, что увеличение подвижности за счет уменьшения эффективной массы не всегда благоприятно сказывается на термоэлектрической эффективности материала. Это обусловлено тем, что при увеличении подвижности электронов и уменьшении эффективной массы уменьшается значение коэффициента термоэдс, что в свою очередь ведет к снижению значения Эти же соображения подтвердились на материале для положительной ветви термоэлемента — дырочном теллуристом висмуте. Путем замены его твердым раствором малоэффективным материалом для отрицательной ветви термоэлемента: ее эффективность в этом случае оказалась не только значительно ниже, чем твердых растворов, упомянутых выше, но даже ниже, чем просто теллурида висмута. Детальное изучение этого вопроса показало, что для подвижности носителей отнюдь не безразлично, какая из компонент соединения частично замещается своим аналогом; в том случае, когда в кристаллической решетке замещается часть анионов, подвижность электронов слабо изменяется, но сильно падает подвижность дырок; напротив, при частичной замене катионов уменьшается подвижность электронов и слабо изменяется подвижность дырок.
Рис. 7. Зависимость эффективной массы На рис. 8 приведена зависимость подвижности электронов и дырок в твердом растворе — 33%. Этот состав соответствует образованию упорядоченного твердого раствора. Приведенные выше факты позволяют сделать вывод, что в полупроводниках даже со слабо выраженной ионной связью основные носители движутся не по всему объему кристалла, а преимущественно по «мостикам», образованным между ионами. Причем электроны движутся по субрешетке, образованной положительно заряженными ионами, а дырки — по субрешетке, образованной отрицательно заряженными ионами. Поэтому искажения «положительной» решетки сильно снижают подвижность электронов, а «отрицательной» — дырок. Отсюда следует, что в том случае, когда мы хотим понизить теплопроводность соединения, используемого в качестве материала для положительной ветви термоэлемента, не уменьшая при Как указывалось выше, для обеспечения в материале термоэлемента оптимальной концентрации носителей в него должны быть введены примесные атомы (донорные либо акцепторные). В теллуриде висмута донорное либо акцепторное действие примесного атома целиком определяется его валентностью. Элементы седьмой и шестой групп (включая избыток теллура по отношению к стехиометрическому составу) дают донорные уровни, а элементы с меньшим количеством электронов (включая избыток висмута по отношению к стехиометрическому составу) являются акцепторами. При этом если сопоставить влияние данной примеси на концентрацию носителей и их подвижность, то удается сделать более или менее убедительные заключения относительно того, как размещаются примесные атомы в решетке кристалла.
Рис. 8. Подвижность носителей в твердом растворе Так, например, избыточный висмут: 1) дает по одному акцепторному уровню на атом, 2) сильно снижает подвижность дырок, 3) мало влияет на подвижность электронов. Все эти три факта свидетельствуют о том, что избыточные атомы висмута частично замещают теллур в анионной субрешетке. Например, избыточный теллур: 1) дает по одному электрону на атом, 2) сильно снижает подвижность электронов и 3) слабо влияет на подвижность дырок, т. е., судя по всему, локализуется в катионной субрешетке. Избыточный иод дает по 1.5 электрона на атом и приблизительно одинаково влияет на подвижность дырок и электронов; можно поэтому полагать, что атомы иода распределяются более или менее равномерно между обеими субрешетками и, замещая висмут, дают два электрона, а замещая теллур, — один. Свинец, по-видимому, замещает частично висмут, так как его атомы являются акцепторами и резко снижают подвижность электронов. Серебро является донором, одинаково влияет на подвижность дырок и электронов и обладает аномально большой диффузионной способностью; все это говорит в пользу того, что атомы серебра располагаются в междоузлиях решетки теллурида висмута. В заключенйе необходимо упомянуть о зависимости эффективности термоэлектрического материала от температуры. Согласно (37),
Следовательно, температурная зависимость В твердых растворах термоэлементов, теплопроводность кристаллической решетки в широком интервале температур мало меняется, подвижность носителей при низких температурах Следовательно, в области низких температур Необходимо отметить, что соображения о температурных ходах
|
1 |
Оглавление
|