Перейти в начало сайта Перейти в начало сайта
Электронная библиотека «Наука и техника»
n-t.ru: Наука и техника
Начало сайта / Препринт / Техника сегодня
Начало сайта / Препринт / Техника сегодня

Научные статьи

Физика звёзд

Физика микромира

Журналы

Природа

Наука и жизнь

Природа и люди

Техника – молодёжи

Нобелевские лауреаты

Премия по физике

Премия по химии

Премия по литературе

Премия по медицине

Премия по экономике

Премия мира

Книги

Биологически активные

Загадки простой воды

Магнит за три тысячелетия

Пионеры атомного века

Сын человеческий

Этюды о Вселенной

Издания НиТ

Батарейки и аккумуляторы

Охранные системы

Источники энергии

Свет и тепло

Научно-популярные статьи

Наука сегодня

Научные гипотезы

Теория относительности

История науки

Научные развлечения

Техника сегодня

История техники

Измерения в технике

Источники энергии

Наука и религия

Мир, в котором мы живём

Лит. творчество ученых

Человек и общество

Образование

Разное

Преобразователь тепловой энергии

Анатолий ЗЕРНИЙ

Полупроводниковый преобразователь предназначен для превращения тепловой энергии окружающей среды в энергию постоянного электрического тока. Теоретическое обоснование см. «Полупроводниковый преобразователь тепловой энергии окружающей среды». Работу преобразователя поясняет принципиальная схема рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя.
П – кристалл полупроводника (кремний n-типа); р-n переход с контактным электрическим полем Ек; М1 – металлический контакт с р-областью (алюминий); М2 – металлический контакт с n-областью (алюминий); d – глубина залегания р-n перехода (не более 10 мкм); Rн – сопротивление нагрузки внешней цепи.

Принцип работы преобразователя заключается в следующем.

Работа выхода электрона из полупроводника n-типа составляет 4,25 эВ, р-типа – 5,25 эВ, из алюминия – 4,25 эВ. Таким образом, контакт М2 с полупроводником n-типа является омическим и не влияет на работу преобразователя, а контакт М1 с полупроводником р-типа – инжектирующим.

Под действием сил теплового движения и в результате различия работ выхода, электроны из металлического контакта М1 будут инжектироваться в р-область полупроводника. Часть электронов ре комбинируют 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 приводит 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 – 0,55 В), что означает наличие между ними ЭДС (холостого хода).

Если замкнуть контакты М1 и М2 внешним проводником с сопротивлением Rн, то электрическое и термодинамическое равновесие полупроводникового кристалла нарушится и в цепи нагрузки потечет электрический ток Iн. 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.

Преобразователь изготавливается из кремния n-типа толщиной Д (200...400 мкм); р-n переход выполняется односторонней диффузией акцепторной примесью на глубину d (не более 10 мкм); металлические контакты М1 и М2 (алюминий) наносятся методом вакуумного напыления. Площадь структуры при изготовлении не менее 100 мм2.

 

Об авторе:

Анатолий Николаевич Зерний, инженер-радиоконструктор,
г. Желтые Воды, Украина.
Тел.: 05652-5-5080; факс: 05652-2-7647, e-mail: zernij@hotmail.com.

Дата публикации:

21 января 2002 года

Электронная версия:

© НиТ. Препринт, 1997

В начало сайта | Книги | Статьи | Журналы | Нобелевские лауреаты | Издания НиТ | Подписка
Карта сайта | Cовместные проекты | Журнал «Сумбур» | Игумен Валериан | Техническая библиотека
© МОО «Наука и техника», 1997...2017
Об организацииАудиторияСвязаться с намиРазместить рекламуПравовая информация
Яндекс цитирования
Яндекс.Метрика