ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СОЕДИНЕНИЕ ТИПА A2В3С6 С ВЫСОКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ НА ОБРАЗЦЕ CD TL2 TE4.

Изобретение относятся к тройным
полупроводниковым соединением типа A2В3С6 и предназначенным в качестве активным элементом для создание термоэлементов.
Цель изобретения является улучшение качества термоэлементов и их коэффициента эффективностью.
Полученные полупроводниковые соединения содержат:
Кадмий ………10,8
Теллур ……… 49,5

Изобретение относится к тройным полупроводниковым соединениям и предназначен в качестве активного элемента для создания термоэлементов.
Прототипом предлагаемого изобретения является полупроводниковые соединения CdТl2Se4 [1].
Однако соединения CdTl2Se4 не обеспечивают стабильной коэффициент термоэлектрической эффективностью, так как имеют более низкую эффективность, и не дает возможность для точного измерения температуры.
Цель изобретения является улучшение качества термоэлементов, и увеличение их коэффициента добротности.
Для достижения данной целы, методом химических газотранспортных реакций синтезированы, сплавляя компонентов кадмия, теллур, таллия в графитизированных кварцевых ампулах, при следующем соотношении, мас.%
Кадмий ………10,8
Теллур ……… 49,5
Таллий ……… 39,7
Кадмий — серебристо-белый мягкий металл с гексагональной решёткой. Температура плавления — 321 °C, температура кипения — 770 °С. Если кадмиевую палочку изгибать, то можно услышать слабый треск — это трутся друг о друга микрокристаллы металла (так же трещит и пруток олова); любые примеси в металле уничтожают этот эффект. Кадмий твёрже олова, но мягче цинка — его можно резать ножом. При нагревании выше 80 °C кадмий теряет упругость до такой степени, что его можно истолочь в порошок.
Таллий — блестящий серебристый металл с голубоватым оттенком. На воздухе быстро тускнеет, покрываясь чёрной плёнкой оксида таллия Tl2O.
Существует в трёх модификациях. Низкотемпературная модификация Tl II с гексагональной решеткой, a = 0,34566 нм, c = 0,55248 нм. Выше 234 °C существует высокотемпературная модификация Tl I, с объёмноцентрированной кубической решёткой типа α-Fe, а = 0,3882 нм. При 3,67 ГПа и 25 °C — модификация Tl III с кубической гранецентрированной решёткой, а = 0,4778 нм. Температура плавления составляет 577 K (304 °C), кипит при 1746 K (1473 °C)[2]. Таллий относится к группе тяжёлых металлов; его плотность — 11,855 г/см3.
Сечение захвата тепловых нейтронов атомом — 3,4 ± 0,5 барн. Конфигурация внешних электронов — 6s26p. Энергии ионизации (в эВ): Tl0→Tl2+→Tl3+→Tl4+ соответственно равны 6,106; 20,42; 29,8; 50,0.
Таллий диамагнитен. При температуре 2,39 K он переходит в сверхпроводящее состояние. Спектр таллия в видимом диапазоне: 525,046 нм (зелёный).
Теллур — хрупкое серебристобелое вещество с металлическим блеском. В тонких слоях на просвет красно-коричневый, в парах — золотисто-жёлтый. При нагревании приобретает пластичность. Кристаллическая решётка — гексагональная. Коэффициент теплового расширения — 1,68•10−5 K−1. Диамагнетик. Полупроводник с шириной запрещённой зоны 0,34 эВ, тип проводимости — p в нормальных условиях и при повышенной температуре, n — при пониженной температуре (граница перехода — от −80 °C до −100 °C в зависимости от чистоты).
Полупроводниковые материалы системы Сd 2Te4 с оптимальным содержанием легирующего компонента (10,8 мас.% кадмий) имеет особый электрический и термодинамической свойств, создают большим коэффициентом добротностью (табл. 1), и как активный элемент можно широко использовать в качестве термоэлементов.
Таблица1

Материал α,
мкВ/К λ•10-2 Вт/(см•К) Z,
К-1 Тпл ,
0С ΔЕ,
эВ
μр,
см2/(В•с)

Сd 2Se4
Сd 2Тe4
15,9
110 9,46
8,61 5,3 ∙10-4
8,2 ∙10-4 977
822 0,87-0,92
0,54-0,61 3321 (300К)
1507 (77К)


Данные соединения по сравнению к известных материалов, который рекомендовалось для изготовления терморезисторов (табл. 1), имеет высокой коэффициент эффективностью (Z = 8,2∙10-4 К-1).
Соединение Сd 2Te4 получено следующим методом химических газотранспортных реакции:

Метод газотранспортных реакций относится к числу химических. Этот метод служит не только способом получения, но может также использоваться для глубокой очистки, выращивания монокристаллов, пленок и эпитаксиальных слоев. К достоинствам метода относятся простота аппаратypнoгo оформления; возможность управления составом растущего кристалла; менее жесткие требования, предъявляемые к конструкционным материалам.
В методе газотранспортных реакций применяются более низкие температуры, чем в металлургических процессах.
Общие закономерности транспортных реакций. Перенос вещества при газотранспортных реакциях осуществляется при наличии градиента концентрации между зонами, который создается разностью температур или давлений. Если перенос вещества идет через газовую или паровую фазу, то реакция называется газотранспортной Схематически процесс взаимодействия твердого вещества А(тв) g газообразным С(г) может быть представлен уравнением А(тв)+С(г) ⇆ АС(г), где C(г) — транспортер, в качестве которого обычно используются различные легколетучие вещества (галогены, галогено водороды, водород, сероводород, кислород, вода и т. п.).
Диаграмма состояния системы CdTe – Tl2Te3 приведено на Фиг 1.
Исследования показали, что соединение Сd 2Te4 в области 75-100% (мол.) 2Te3 представляет собой твердые растворы на основе теленида талия и кристаллизуются в сравнительно узком интервале температур. Проведённые опыты показали, что данное соединение существуют во всем интервале температур. Оно кристаллизуется в структуре сфалерита с параметрами решетки а=0,410 и с=0,658Нм.
Соединение Сd 2Te4 синтезировали, сплавляя соответствующие навески исходных компонентов в стехиометрическом соотношении в графитизирванных вакуумированых до Па, отпаянных кварцевых ампулах.
Температурная зависимость электро-проводности Сd 2Te4, исследованы в широком интервале температур, включая и жидкую фазу.
Исследование температурной зависимости электропроводности материал Сd 2Te4, дано следующий результат (Таблица 2).


(Таблица 2).

Сd 2Se4
Сd 2Te4

Т,К Z•104, К-1 Т,К Z•104, К-1
350
500
750
1000 3,5
5,5
4,3
1,5 350
500
750
1000 8,23
0,8
8,1
1,2

При повышением температуры электропроводность Сd 2Te4 в твердом состоянии увеличивается. При Тпл электропроводность Сd 2Te4 резко уменьшается, а при дальнейшем повышении температуры электропроводность увеличивается линейно. Абсолютное значение проводимости Сd 2Se4, в жидкой фазе значительно меньше, чем в случае Сd 2Тe4. При этом абсолютное значение проводимости Сd 2Te4, в твердой фазе значительно увеличивается по сравнению с CdTl2Se4, что связано с повышением концентрации носителей заряда. …………………………………

1. С. К. Каримов. Полупроводниковые
соединение типа A2В3С6 с высокой эффек-
тивностью на образце Сd 2Se4.Малый
патент РТ TJ 773.