Спосіб нанесення антидифузійного бар’єру на поверхні термоелектричного матеріалу

Реферат: Спосіб створення антидифузійного бар'єрного шару на поверхні термоелектричного матеріалу включає нанесення тонких шарів сплаву нікель-залізо-вольфрам, який внаслідок своєї аморфної будови забезпечує надійні антидифузійні властивості при підвищених температурах експлуатації. UA 108561 U (54) СПОСІБ НАНЕСЕННЯ АНТИДИФУЗІЙНОГО БАР'ЄРУ НА ПОВЕРХНІ ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНОГО МАТЕРІАЛУ UA 108561 U UA 108561 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до термоелектричного приладобудування і може бути використана для електрохімічного нанесення антидифузійного шару на поверхню напівпровідникових матеріалів. Також може бути використана для електрохімічного нанесення металевих покриттів на поверхню термоелектричного матеріалу на основі телуриду вісмуту. Технічним результатом є: підвищення адгезійних властивостей антидифузійного бар'єру, зменшення швидкості дифузії та підвищення температури експлуатації термоелектричних пристроїв. Спосіб, що заявляється, включає електролітичне нанесення тонких шарів сплаву нікельзалізо-вольфрам на поверхню термоелектричного матеріалу. В термоелектричному приладобудуванні контакт напівпровідника з металом зазвичай здійснюють шляхом пайки. Дифузія домішок з припою (олово, свинець) змінює електричні властивості приконтактних зон термоелектричних елементів і призводить до руйнування контакту між напівпровідником і припоєм. Для запобігання прямого контакту термоелектричного матеріалу з припоєм між ними створюють проміжний антидифузійний шар, що перешкоджає дифузії домішок в термоелектричний матеріал. Наявність якісного антидифузійного шару суттєво покращує характеристики термоелектричних перетворювачів та подовжує час їх експлуатації. Якість антидифузійного шару характеризується величиною контактного опору та адгезійною міцністю. Чим вища адгезійна міцність між покриттям і термоелектричним матеріалом, тим кращі електричні характеристики термоелектричних пристроїв. Загальновідомий спосіб створення антидифузійного бар'єру з використанням шарів нікелю. Нікелювання здійснюють хімічним осадженням нікелю з розчину, який містить нікель хлористий, нікель гіпофосфіт, амоній хлористий, натрій лимоннокислий, аміак. Процес осадження проводять при рН=8-9, температурі 82-87 °C в присутності каталізатора шляхом короткочасного його контакту з поверхнею матеріалу на початковій стадії процессу. Як каталізатор використовують метал, на якому відбувається більш активне відновлення нікелю, ніж на поверхні напівпровідників [1]. Недоліком способу є відносно висока температура ведення процессу, при якій відбувається випаровування розчину і, внаслідок цього, зміна концентрації основних компонентів. Це потребує постійного аналітичного контролю і корекції складу введенням концентрованих розчинів солей нікелю і натрію гіпофосфіту і доведенням розчину до потрібного значення рН. Розчини для хімічного нікелювання мають одноразове використання із-за накопичення і випадання в осад фосфіду нікелю. Окрім цього, процес хімічного нікелювання супроводжується виділенням водню, що підвищує небезпеку процесу. Відомий спосіб створення антидифузійного бар'єру на гілках напівпровідникових термоелементів нанесенням нікелевого шару шляхом термічної дисоціації тетракарбонілу нікелю у вакуумі на поверхні напівпровідника, нагрітого до температури 100-140 °C, тиск 1-10 -4 мм рт.ст… Тетракарбоніл нікелю спрямовують в камеру дозовано зі швидкістю (2-6)·10 моль/хв. [2]. Недоліком способу є складність апаратного оформлення процесу і його тривалість (осадження шару нікелю ~10 мкм відбувається протягом 1-2 год.). Відомий спосіб створення антидифузійного бар'єру на пластинах телуриду вісмуту електрохімічним осадженням нікелю. Спосіб включає попередню обробку поверхні пластин розчинами азотної і соляної кислот при температурі 50 °C і подальше осадження нікелю. Гальванічне осадження нікелю проводять з водного розчину, який містить нікелю сульфат, 2 нікелю хлорид, кислоту борну при ік-25-50 А/см [3]. Даний спосіб не дозволяє повністю видалити зруйнований і окислений шари, утворені у процесі різки пластин ТЕМ. Видалення порушеного шару є необхідною умовою для досягнення прийнятних значень адгезійної міцності антидифузійного бар'єру. Окрім цього, нікелеве покриття, яке внаслідок своєї структури має тріщини, пори та інші дефекти, не забезпечує високого антидифузійного захисту, особливо при підвищених температурах експлуатації. Спосіб вибраний як найближчий аналог. Відомий спосіб електроосадження сплаву нікель-залізо-вольфрам з електроліту, який містить нікель сірчанокислий, нікель хлористий, залізо сірчанокисле, натрію вольфрамат, натрію 2 цитрат, кислоту борну, магній сірчанокислий при 3-10 мА/см [4]. Вищевказаний сплав раніше не застосовувався як антидифузійний бар'єр на термоелектричному матеріалі, не проводились виміри адгезійної міцності покриття та його антидифузійні властивості. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення адгезійних і антидифузійних властивостей покриття. 1 UA 108561 U 5 10 15 20 25 Електроліт крім нікелю додатково містить залізо і вольфрам, що значно покращує антидифузійні властивості і температуру експлуатації антидифузійного бар'єру. Застосування гальванічно осадженого сплаву нікель-залізо-вольфрам дозволяє створити на поверхні термоелектричного матеріалу антидифузійний бар'єр у вигляді покриття з адгезійною міцністю 2 200-215 кг/см , що перевищує міцність самого матеріалу (когезійну міцність). Приклад конкретного здійснення. Полікристалічний злиток термоелектричного матеріалу на основі телуриду вісмуту розрізають на диски, які піддають попередній підготовці. При цьому відбувається знежирення, видалення з поверхні матеріалу механічних домішок та зруйнованого поверхневого шару. Далі пластини промивають дистильованою водою і висушують гарячим повітрям. Процес осадження сплаву нікель-залізо-вольфрам проводять при катодній густині струму 2 0,5 А/дм і кімнатній температурі електроліту (Т = 20 °C). Отриманий шар сплаву мас товщину 3 2 мкм. Величина адгезії складає 200-215 кг/см , що значно перевищує когезійну міцність термоелектричного матеріалу. Таким чином корисна модель дозволяє отримувати плівки сплаву нікель-залізо-вольфрам на термоелектричному матеріалі, які можуть використовуватись як антидифузійний бар'єр. При цьому для отримання покрить використовують електроліт, який працює при кімнатній температурі, що є важливою перевагою перед високотемпературними способами отримання антидифузійних шарів. Отримані покриття відповідають сукупності вимог, які пред'являють до антидифузійних бар'єрних покриттів, що використовуються в термоелектричному приладобудуванні. Джерела інформації:: 1. Способ химического никелирования полупроводников, а. с. СССР № 213512, С23С 18/30, 1976. 2. Способ получения антидиффузионного барьера, а. с. СССР № 361748, Н01L 35/34, 1978. 3. Method of joining thermoelectric elements and thermocouple, патент US № 3249470, 1966. 4. Защитное покрытие никель-железо-вольфрам и способ его получения, патент RU 2116388 СІ С25D 3/56, 1998. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Спосіб створення антидифузійного бар'єрного шару на поверхні термоелектричного матеріалу, що включає нанесення тонких шарів сплаву нікель-залізо-вольфрам, який внаслідок своєї аморфної будови забезпечує надійні антидифузійні властивості при підвищених температурах експлуатації. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2