ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ ИЗДЕЛИЕ Российский патент 2001 года по МПК H01L35/00 H01L35/16 

Изобретение относится к полупроводниковой технике, более конкретно к полупроводниковым изделиям из кристаллических материалов с определенной структурой, предназначенным для термоэлектрических устройств, основанных на эффектах Пельтье и Зеебека - термоэлектрических генераторов, охлаждающих и нагревательных устройств.

При создании термоэлектрических устройств, основанных на эффектах Пельтье и Зеебека - термоэлектрических генераторов, охлаждающих и нагревательных устройств - существует проблема обеспечения как хороших преобразующих свойств, так и достаточной их механической прочности, долговечности и стойкости к воздействию окружающей среды.

Известно, что используемые в известных термоэлектрических устройствах известные полупроводниковые изделия с проводимостью p - типа и n - типа, изготовленные из кристаллических материалов типа A^VB^VI со слоистой структурой, имеющих поверхности спайности между слоями, обладают существенной разницей прочностных, электрофизических и теплофизических свойств в разных направлениях относительно поверхностей спайности (A.D.Belava, S.A.Zavakin, V. S.Zemskov "Mechanical properties of Bi-Sb single crystals solid solutions grown by Czochralski method", XIV International Conference on Thermoelectrics Transactions, June 27-30, 1995, St.Petersburg, Russia, p.p. 37-41).

Хорошее сочетание прочностных, электрофизических и теплофизических свойств было достигнуто в известном полупроводниковом изделии, выполненном из кристаллического материала типа A^VB^VI и имеющем две параллельные плоскости и перпендикулярную им замкнутую наружную поверхность (RU-C1 N 2120684, 1998, кл. МКИ (6) H 01 L 35/00, 35/16, 35/32). Это известное полупроводниковое изделие является наиболее близким к заявляемому.

В этом известном полупроводниковом изделии, выполненном в виде многогранника, у которого замкнутая наружная поверхность, перпендикулярная двум параллельным плоскостям, образована первой парой параллельных граней и второй парой граней, хорошие электрофизические и теплофизические свойства достигнуты благодаря тому, что поверхности спайности между слоями кристаллического материала расположены перпендикулярно указанным двум параллельным плоскостям, которые в термоэлектрическом устройстве соединены с электродами, а удовлетворительные прочностные свойства получены благодаря тому, что указанные поверхности спайности, в частности плоскости спайности, расположены относительно параллельных граней первой пары под углами не более 7^o, и в случае растрескивания изделия по поверхностям спайности при эксплуатации термоэлектрического устройства сохраняются его электрофизические и теплофизические свойства. Однако при этом остается возможность растрескивания изделий, особенно вследствие диффузии между слоями кристаллического материала разных веществ из окружающей среды, ослабляющих связь слоев между собой, что может происходить как при производстве термоэлектрического устройства, так и при его эксплуатации.

Задачей настоящего изобретения является создание полупроводниковых изделий, преимущественно для термоэлектрических устройств, обладающих повышенными прочностными свойствами.

Эта задача решена тем, что в полупроводниковом изделии, преимущественно для термоэлектрических устройств, выполненном из кристаллического материала типа A^VB^VI со слоистой структурой и имеющим две по существу параллельные плоскости и по существу перпендикулярную им замкнутую наружную поверхность, согласно изобретению несколько слоев указанного кристаллического материала, образующие армирующий пояс, расположены по существу эквидистантно указанной наружной поверхности изделия, которая по меньшей мере частично свободна от разрушающей обработки.

Такое выполнение полупроводникового изделия уменьшает возможность растрескивания изделия и тем самым повышает его прочность.

Полупроводниковое изделие дополнительно может быть снабжено по меньшей мере одним сквозным каналом, поверхность которого по существу перпендикулярна указанным параллельным плоскостям изделия, при этом несколько слоев указанного кристаллического материала расположены по существу эквидистантно указанной поверхности сквозного канала, которая по меньшей мере частично свободна от разрушающей обработки.

Такое выполнение изделия целесообразно для его использования в ряде случаев.

Далее приведено подробное описание изобретения с ссылками на приложенные чертежи, позволяющее понять его особенности и преимущества.

На фиг 1 показано полупроводниковое изделие - общий вид, первый вариант; на фиг. 2 - вид по стрелке A на фиг. 1; на фиг. 3 - полупроводниковое изделие - общий вид, второй вариант; на фиг. 4 - вид по стрелке В на фиг. 3.

Варианты осуществления изобретения.

Как показано на фиг. 1 и 2, полупроводниковое изделие 1 с проводимостью p-типа или n-типа, выполненное из кристаллического материала типа A^VB^VI, например из твердого раствора Bi-Te с легирующими примесями или без них, имеет форму бруска с двумя противолежащими параллельными плоскостями 2, 3 и перпендикулярной им замкнутой наружной поверхностью 4, образованной первой парой противолежащих боковых параллельных граней 5, 6, и второй парой противолежащих торцевых параллельных граней 7, 8. Соотношение L/W между длиной L полупроводникового изделия 1 и его шириной W (фиг. 2) может быть от 1 : 1 до 100 : 1. Ребра 9 - 12 между гранями 5 - 8 скруглены (фиг. 2). Кристаллический материал, из которого изготовлено полупроводниковое изделие 1, имеет слоистую структуру с плоскостями спайности 13, 14 между слоями (не обозначены). Полупроводниковое изделие 1 имеет охватывающий его армирующий пояс 15, внешняя поверхность которого является указанной наружной поверхностью 4 изделия 1.

Армирующий пояс 15 образован несколькими слоями 16, эквидистантными наружной поверхности 4 на всем ее протяжении. На своих частях, расположенных в зоне ребер 9 - 12, слои 16 армирующего пояса 15 изогнуты в соответствии со скруглением ребер. Армирующий пояс 15 выполнен из такого же кристаллического материала со слоистой структурой, что и остальная часть изделия 1. Внешняя поверхность 4 армирующего пояса 15 получена в результате кристаллизации материала, из которого выполнен армирующий пояс 15, и полностью или частично свободна от разрушающей обработки.

Показанное на фиг. 3 и 4 полупроводниковое изделие 1', выполненное из такого же материала, что и полупроводниковое изделие 1, показанное на фиг. 1 и 2, имеет форму диска с двумя противолежащими параллельными плоскостями 2', 3' и перпендикулярной им изогнутой замкнутой наружной поверхностью 4'. Кристаллический материал, из которого изготовлено полупроводниковое изделие 1' (фиг. 4), имеет слоистую структуру с поверхностями спайности 13', 14' между слоями (не обозначены). Поверхности спайности 13', 14' перпендикулярны противолежащим параллельным плоскостям 2', 3' и могут быть расположены концентрично (не показано на фиг. 4). Полупроводниковое изделие 1' имеет охватывающий его армирующий пояс 15', внешняя поверхность которого является указанной наружной поверхностью 4' изделия 1'. Армирующий пояс 15' образован несколькими слоями 16', эквидистантными наружной поверхности 4' на всем ее протяжении. Слои 16' армирующего пояса 15' изогнуты в соответствии с изгибом наружной поверхности 4'. Армирующий пояс 15' выполнен из такого же кристаллического материала со слоистой структурой, что и остальная часть изделия 1'. Внешняя поверхность 4' армирующего пояса 15' получена в результате кристаллизации материала, из которого выполнен армирующий пояс 15', и полностью или частично свободна от разрушающей обработки.

Полупроводниковое изделие 1' выполнено со сквозным каналом 17, криволинейная поверхность 18 которого перпендикулярна противолежащим параллельным плоскостям 2', 3'. Сквозной канал 17 имеет армирующий пояс 19 с поверхностью, образующей указанную поверхность 18 сквозного канала.

Армирующий пояс 19 образован несколькими слоями 20, эквидистантными поверхности 18 на всем ее протяжении. Слои 20 армирующего пояса 19 изогнуты в соответствии с изгибом поверхности 18. Армирующий пояс 19 выполнен из такого же кристаллического материала, что и остальная часть полупроводникового изделия 1'. Поверхность 18 армирующего пояса 19 получена в результате кристаллизации материала, из которого выполнен армирующий пояс, и полностью или частично свободна от разрушающей обработки.

В термоэлектрическом устройстве, в котором использовано описанное полупроводниковое изделие, плоскости 2, 3 (2', 3') полупроводникового изделия 1 (1') закрыты электродами и, тем самым, защищены от воздействия окружающей среды. Армирующий пояс 15 (15') повышает прочность полупроводникового изделия 1 (1') и также защищает его от воздействия окружающей среды, в результате чего повышена прочность и долговечность устройств, в которых использованы такие полупроводниковые изделия.

Изобретение может быть применено в термоэлектрических генераторах, охлаждающих и нагревательных устройствах, а также в измерительных и иных устройствах.

Изобретение относится к полупроводниковой технике, более конкретно к полупроводниковым изделиям из кристаллических материалов с определенной структурой, предназначенным для термоэлектрических устройств, основанных на эффектах. Пельтье и Зеебека, - термоэлектрических генераторов, охлаждающих и нагревательных устройств. В полупроводниковом изделии преимущественно для термоэлектрических устройств, выполненном из кристаллического материала типа A^VB^VI со слоистой структурой и имеющим две по существу параллельные плоскости и по существу перпендикулярную им замкнутую наружную поверхность, несколько слоев указанного кристаллического материала, образующих армирующий пояс, расположены по существу эквидистантно указанной наружной поверхности изделия, которая по меньшей мере частично свободна от разрушающей обработки. Такое выполнение полупроводникового изделия уменьшает возможность растрескивания изделия и тем самым повышает его прочность. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Полупроводниковое изделие преимущественно для термоэлектрических устройств, выполненное из кристаллического материала типа A^VB^VI со слоистой структурой и имеющее две по существу параллельные плоскости и по существу перпендикулярную им замкнутую наружную поверхность, отличающееся тем, что несколько слоев указанного кристаллического материала, образующих армирующий пояс, расположены по существу эквидистантно указанной наружной поверхности изделия, которая по меньшей мере, частично свободна от разрушающей обработки. 2. Полупроводниковое изделие по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере одним сквозным каналом, поверхность которого по существу перпендикулярна указанным параллельным плоскостям изделия, при этом несколько слоев указанного кристаллического материала расположены по существу эквидистантно указанной поверхности сквозного канала, которая по меньшей мере частично свободна от разрушающей обработки.