Полупроводниковый преобразователь тепловой энергии окружающей среды в энергию постоянного электрического тока.
Преобразователь представляет собой следующую принципиальную схему (см. рис. 1).
Рис.1. Принципиальная схема преобразователя.
где: П – кристалл полупроводника (кремний
n-типа);р-
n – переход с контактным электрическим полем Ек;М
1 – металлический контакт с р-областью (алюминий);М
2 - металлический контакт с n-областью (алюминий);d – глубина залегания р-n перехода (не более 10 мКм);
R
H – сопротивление нагрузки внешней цепи.Принцип работы преобразователя заключается в следующем.
Например, работа выхода электрона из полупроводника
n-типа составляет 4,25 эВ, р-типа – 5,25 эВ, из алюминия – 4,25 эВ. Поэтому, контакт М2 с полупроводником n-типа является оммическим и не влияет на работу преобразователя, а контакт М1 с полупроводником р-типа является инжектирующим.Под действием сил теплового движения и в результате различия работ выхода, электроны из металлического контакта М
1 будут инжектироваться в р-область полупроводника. Часть электронов рекомбинирует с дырками р-области кристалла, а остальная часть электронов будет перебрасываться электрическим полем р-n перехода Ек в n-область кристалла. При этом n-область полупроводникового кристалла и контакт М2 будут заряжаться отрицательно, а контакт М1, из-за ухода из него электронов, - положительно, что в итоге приведет к возникновению разности электрических потенциалов между контактами М1 и М2.Поток электронов из М1 в М2 будет иметь место до тех пор, пока возрастающее электрическое поле между контактами не вызовет встречный поток электронов из n-области в р-область кристалла из-за снижения потенциального барьера р-n перехода. Когда эти токи электронов сравняются, в изолированном кристалле установится электрическое и термодинамическое равновесие. При этом между контактами М1 и М2 установится разность потенциалов равная половине контактной разности потенциалов p-n перехода (в данном случае – 0,55В), что означает наличие между ними Э.Д.С. (холостого хода).
Если замкнуть контакты М1 и М2 внешним металлическим проводником с сопротивлением RH, то электрическое и термодинамическое равновесие полупроводникового кристалла нарушится и в цепи нагрузки потечет электрический ток I RH. При этом p-n переход будет охлаждаться, т. к. энергия электронов переходящих из р-области в n-область полупроводника будет увеличина за счет внутренней (тепловой) энергии кристаллической решетки полупроводника. Для поддержания в цепи нагрузки постоянного по величине тока к нему необходимо подводить теплоту от окружающей среды – Qo.c.
Автор Зерний Анатолий Николаевич
инженер-радиоконструктор
г. Желтые Воды, Украина.
01.12.2001 г.
Для контактов:
E-mail zernij @ hotmail.comТел. 05652-5-50-80
Факс 05652-2-76-47
Все права автора защищены.
Приложение
Технические условия на изготовление полупроводниковой структуры согласно договора N 41/01 от 05.10.2001 г.
Вариант 3
где: П – полупроводник – кремний n-типа толщиной Д (200-400 мКм);
р-n – переход выполнить с одной стороны методом диффузии акцепторной примеси на глубину d (не более 10 мКм);
М1 М2 - металлические контакты (алюминий) выполнить методом вакуумного напыления.
Площадь структуры – не менее 100 мм2 .
Количество - ____________ шт.
Согласовано:
Заказчик Исполнитель
_________________ _________________
“_____” _________ 2001 г. “_____” _________ 2001 г.
АКТ
сдачи-приемки научно-технической
продукции согласно договора
N 41/01 от 05.10.2001 г.
Исполнитель сдал, а Заказчик принял продукцию, а именно полупроводниковые структуры, изготовленные согласно техническим условиям Заказчика (Вариант 3) со следующими параметрами:
1.
Полупроводник – кремний n-типа с концентрацией донорной примеси
N
g __________________ толщиной _________ мКм, площадью _______ мм2 .
2. р-
n переход выполнен, с одной стороны, методом диффузии акцепторной
примеси _______, на глубину _______ мКм с поверхностной концентрацией
акцепторов _______________________.
металла – алюминия толщиной _______ мКм.
Претензий Заказчика по качеству изготовления не имеется.
Сдал: Принял:
Исполнитель Заказчик
_________________ _________________
“_____” _________ 2001 г. “_____” _________ 2001 г.