Процес отримання термоелектричного матеріалу р-типу провідності на основі твердих розчинів халькогенідів bi i sb

Процес отримання термоелектричного матеріалу р-типу провідності на основі твердих розчинів халькогенідів Ві і Sb, який включає етапи синтезу, охолодження, вертикальну зонну перекристалізацію та подальше вимірювання роз поділу значень термоелектрорушійної сили (термоЕРС) і електропровідності вздовж злитка, який відрізняється тим, що невідповідні параметрам початкові та кінцеві за напрямком росту частини злитка відрізають і повторно сплавляють у вакуумованих ампулах при ваговому співвідношенні k цих частин, яке вибирається з інтервалу 2 : k: 3 , охолоджують та проводять повторно вертикальну зонну перекристалізацію. Корисна модель відноситься до термоелектрики і може бути використаний у технології отримання термоелектричних матеріалів, наприклад, кристалів твердих розчинів халькогенідів Bi-Sb, які використовуються у виробництві термоелектричних охолоджувачів, генераторів та теплових насосів, а також різноманітних теплових і температурних сенсорів. Існуючі процеси отримання матеріалів цих твердих розчинів використовують такі відомі методи, як Чохральського та зонної перекристалізації [1]. Вони дозволяють отримувати кристалічні злитки певної якості та геометричних розмірів, які застосовуються для виготовлення низки термоелектричних модулів Пельтьє. Із відомих аналогів найбільш близьким за технічною суттю є процес отримання кристалів р-типу провідності на основі твердих розчинів Ві і Sb методом вертикальної зонної перекристалізації [2]. Він складається з етапів підготовки наважки і синтезу та вирощування монокристалічного злитка методом вертикальної зонної плавки. Він дозволяє отримувати однорідні злитки цих твердих розчинів діаметром 20-ЗОмм, довжиною 300-400мм і значеннями Z=3,0-3,2 • 10"3К"1. Недоліком цього процесу є значна неоднорідність початкової та кінцевої частин злитка, що пов'язано з різними значеннями коефіцієнта сегрегації застосовуваних вихідних матеріалів, яка досягає значень 20-30% від значення геометричних параметрів середини злитка. Наявність такої неоднорідності веде до зниження коефіцієнта застосування отриманого матеріалу. Тому досить актуальним є завдання створення технології термоелектричного матеріалу, яка б характеризувалась підвищеним процентом виходу придатного матеріалу. Вказане завдання вирішується тим, що запропонований процес отримання термоелектричного матеріалу р-типу провідності на основі твердих розчинів халькогенідів Ві і Sb, який включає етапи синтезу, охолодження, вертикальну зонну перекристалізацію та подальше вимірювання розподілу значень термоелектрорушійної сили (термоЕРС) і електропровідності вздовж злитка, при цьому, невлаштовуючі по параметрах початкові та кінцеві по напрямку росту частини злитка відрізають, і повторно сплавляють у вакуумованих ампулах при ваговому співвідношенні к цих частин, яке вибирається з інтервалу 2 < к < 3 , охолоджують та проводять повторно вертикальну зону перекристалізацію. Така технологічна послідовність веде до підвищення проценту виходу придатного матеріалу. З існуючого рівня техніки також не слідує можливість підвищення проценту виходу придатного матеріалу шляхом повторного сплавлювання початкових та кінцевих частин злитків у співвідношенні, яке знаходиться в інтервалі 2 < к 3% початкова некондиційна частина теж існує, але значним чином погіршуються параметри кінцевої через надмірну кількість включень Те. Оптимальний вихід придатного матеріалу є тоді, коли відбраковується 10% від початкової і 10% кінцевої частини вирощеного злитка. В табл. 1 наведені дані по відбракуванню початкової та кінцевої частин злитка в залежності від їх співвідношення в наважці. Таблиця 1 Частка в загрузці (відходів) № злитка початкових частин кінцевих часзлитка тин злитка 1 1 1,5 1 2 2 1 3 2,5 1 4 3 5 1 3,5 Частка в отриманому злитку (відходів) % виходу придав початковій частині в кінцевій части- тного матеріалу злитка ні злитка 7% 70% 23% 14% 77% 9% 80% 10% 10% 12% 10% 78% 32% 59% 9% Аналіз даних, наведених в табл.1, показують, що максимальний вихід придатних кристалів (7780%) спостерігається у випадку, коли співвідношення початкових та кінцевих частин наважки знаходяться в інтервалі від 2-х до 3-х. Термоелектрична добротність отриманих злитків при цьому складає Z=(3,0-3,2) • 10"3К*1. Застосування запропонованого процесу дозволяє в кінцевому рахунку підняти вихід придатних матеріалів на основі твердих розчинів халько генідів Bi-Sb до 95%, що веде до економії вихідних матеріалів та зменшення відходів. ЛІТЕРАТУРА: 1. В.А.Гольцман, В.А.Кудинов, Г.А.Смирнов. Полупроводниковые термоэлектрические материалы на основе Ві2Тез- - М.: Наука, 1972. - 216с. 2. Пат. України №36796А. А.А.Ащеулов, Ю.Г.Добровольський, І.С.Романюк. Спосіб отримання монокристалів твердих розчинів на основі телуриду вісмуту методом вертикальної зонної перекристалізації. 10479 "« і. "«Г -«г -•• - 0 і 50 " Г 238 220 40 і -JL oftr 30 ^ 1400 210 1300 190 1200 180 1100 СГ 170 _1™_L -1 10 X 20 J L JL t, cm і 30 40 1000 ФІГ Л Фіг.2 Комп ютерна верстка А Попік Підписне Тираж 26 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 4 2 , 01601