Состав и способ изготовления полупроводникового нагревательного элемента Советский патент 1977 года по МПК H01L21/324 

(54) СОСТАВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА ности и примесей и способ его изготовления, включающий нанесение состава на поверхность нагревателя и иоследуюшую термическую обработку 3. Недостатком известных составов для полупроводниковых нагревательных элементов яв;1яется их малая устойчивость к электрически.м нагрузкам. Цель изобретения - повышение термоста бильности нагревателя. Поставленная цель достигается тем, что смесь дополнительно содержит буфер; буфером являются окиси, галогениды, металлоорганические соединения, карбиды и карбонаты, катион которых имеет ионный радиус на 20% меньше ионного радиуса катиона полулроводника; полупроводник электронного типа содержит буфер, валентность катиона которого ниже максимальной валентности катиона полупроводника на I-3 валентности; полупроводник дырочного типа содержит буфер, валентность катиона которого выше максимальной валентности катиона полуроводника на 1-3 валентности. Перед нанесением смеси на поверхность нагревателя ее подвергают активации путем последовательного плавления и быстрого охлаждения с одновременным интенсивным дроблением. Катионы термоэлектрического буфера должны иметь близкие по размеру ионные радиусы, чтобы они могли взаимно замещаться в ячейках решетки, т. е. образовывать постоянный раствор, а в результате буферовать соетояние электропроводимости. Вследствие небольшого радиуса катиона тер.моэлектрического буфера, он не соответствует размерам структурной ячейки решетки, не укладывается в углах решетки, а занимает пространство в середине кристаллографической ячейки, в результате чего он действует в качестве примеси, уменьшающей работу выхода носителей тока, повышая тем самым проводимость. При высокой температуре электрические условия позволяют ему занять место в освобожденных узлах рещетки, вследствие чего образуются носители тока, по своему типу противоположные основным показателям. Дальше наступает частичная рекомбинация и число носителей тока уменьшается, возвращаясь в исходное состояние. Как сами примеси, так и буферные вещества только тогда проявляют свое действие, если их вводят путе.м смешивания и совместного плавления или плавления и размельчения, а затем все вещество вновь подвергают нескольким подогревам до температуры, близкой те.мпературе плавления смеси, и интенсивному дроблению при одновременном быстром охлаждении. Тогда наступает равномерное и,активное раз.мещение при.месей буфера Б основной решетке базового материала. Из приготовленной таким образом смеси можно получить электропроводящие пленки с сопротивленим до 1 ом на квадратную единицу и нагрузку мощности свыще 20 вт/цм. Приготовление и активация полупроводника с электрически.м буфером осуществляется носредством предварительного смешивания комионентов изготовляемой смеси либо путем предварительного плавления, или растворения в растворителе, либо путем диспергирования в разбавителе, таком как вода, спирты, кислоты, эфиры. После тщательного смешивания растворов жидкость подвергают выпариванию либо дистилляции, а далее проводят процесс термоактивации, несколько раз расплавляя, а затем быстро охлаждая при одновременном быстром дроблении. В качестве основного вещества может быть использовано большинство химических соединений, катион которых обладает Переменной валентностью и которые достаточно устойчивы, например галогениды, окиси, металлические соединения, карбонаты индия, кадмия, ниобия, ванадия, олова, висмута, урана. В качестве электротермического буфера используют химическое соединение, катион которого имеет ионный радиус по меньщей мере на 20% .меньше ионного радиуса катиона базового материала. Причем в случае проводимости электронного типа применяют химические соединения, катион которых обладает валентностью ниже максимальной валентности катиона базового полупроводника, а в случае проводимости дырочного типа - химические соединения, валентность катиона которых выше валентности катиона базового полупроводника. Наиболее выгодно применять такие соединения, как окиси, галогениды, металлоорганические соединения - карбиды и карбонаты. Примесные полупроводники, изготовленные согласно изобретению, могут наноситься на поверхность стекла, фарфора и им подобных материалов путем покрывания, сублимации, электростатического напыления, причем наносят два полупроводниковых слоя: первый слой без примеси, а второй с примесью и термоэлектрическим буфером. Вертикальная поляризация, образовавшаяся в этих двух слоях, содействует стабилизации и долговечности нагревательных элементов. Они впаиваются в разогретую поверхность термостойкого материала и создают мономолекулярную поверхность - прозрачный проводящий слой. Это свойство сохранения прозрачности при небольшом стабильном сопротивлении слоя создает широкие возможности применения в стеклянной и кварцевой нагревательой химической аппаратуре, для обогрева оконных стекол в автомобилях, самолетах, корабях, а также в обширном ассотрименте нагревательных приборов до.машнего обихода, суилок, отогрева .чо;1одильников и отопления омов Ниже приведены при.меры приготовления и активации примесных полупроводников основного и с термоэлектрическим буфером. Пример 1. Состав основной смеси, при.меняемой в качестве основы полупроводник, вес.ч.: Гидратированный хлорид олова 150 Примеси: треххлористаясурьма10 фтористый аммоний2

Пример 2. Состав смеси с примесями и буфером, вес.ч.:

Гидратированиый хлорид олова120 Трсххлористаясурьма9

Фтористый аммоний2

Закись меди1

Хлорид кадмия1

Смеси, каждую отдельно, плавят, а затем, охлаждая, тщательно размельчают. Размельченные смеси наносят путем покрывания, сублимации или напыления на поверхность стеклянных изделий, подогретых до температуры, отвечающей температурному диапазону отжига данного стекла. Причем сначала накладывают основной слой в качестве основы, пользуясь смесью согласно примеру 1, а затем на него накладывают второй слой с примесями и буфером, пользуясь смесью согласно примеру 2.

Формула изобретения

1. Состав для изготовления полупроводникового нагревательного элемента, представляющий собой смесь полупроводника переменной валентности и примесей, отличающийся те.м что,с целью повышения термостабильности нагревателя, смесь допо;1нительпо содержит буфер.

2. Состав по п. 1, отличаюи ийся тем, что буфером являются окиси, галогсниды, металлоорганическяе соединения, карбиды и карбонаты, катион которых имеет ионный радиус на 20VG меньше ионного радиуса катиона иолугфовол.ника.

3.Состав по п. 1, отличающийся тем, что полупроводник электронного тина содержит буфер, валентность катиона которого ниже максимальной валентности катиона полупр()К)дника на 1-3 валентности.

4.Состав по п. 1, отличающийся гем, что полупроводник дырочного типа содержит буфер, валентность катиона которого выше максимальной валентности катиона полупроводника на 1-3 валентности.

5, Способ изгото, ;ения состава по п. 1, включающий Haneceiiiie состава на новерхность нагревателя и пос.чедующую термическую обработку, отличающийся тем, что перед нанесением смеси на поверхность нагревателя ее подвергают активации путем последовате,пьного плавления и быстрого охлаждения с одновременным интенсивным дроблением.

Источники информации, нрипятые во внимание при экспертизе:

1.Barta К., lilawac J. «Sklarstwi SXTL Praha, 1963, p. 163-164.

2.Espew «Werkstoffkunde der Kochrakuiimtechnik Band 11 VEB Deutscher Verlag der XVissenschaften Berlin, 1966, s. 253- 257

3.Fritzsche Ch. Технология полупроводниковых материалов. PWN, Warszawa, 1963.