Способ коммутации термоэлементов

 

Класс 21Ь, 27„ № 137558

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Подписная группа М 90

Г. И. Шмелев, А. Д. Финогенов и И. М. Крашенинникова

СПОСОБ КОММУТАЦИИ ТЕРМОЭЛЕМЕНТОВ

Заявлено 4 октября 1960 г. за № 681976/24 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Опубликовано в «Бюллетене изобретений» № 8 за 1961 r.

При изготовлении термогенераторов на основе термопары сплав сурьма-цинк-константан широкое распространение в производственных условиях получил метод запрессовки константановой ветви термоэлемента в толщу второй ветви термоэлемента, состоящей из сплава сурьма-цинк (см. авт. св. М 110933 В. С. Даниель-Бэка, Н. С. Рогинской и др,).

Вышеуказанный метод коммутации обеспечивает высокий срок службы таких термоэлементов при температуре горячего спая около 400, однако наряду с его простотой, он имеет и серьезный недостаток, заключающийся в том, что холодный и горячий спаи термоэлемента расположены на расстоянии примерно 1 — 1,5 ми от концов образцов из сплава сурьма-цинк. Это ведет к тому, что температуры холодного и горячего спаев термоэлементов не соответствуют температурам на торцах термоэлемента, ввиду наличия градиентов температуры на этих участках. В результате этого снижается эффективность термоэлемента и тем больше, чем меньше общая высота термоэлемента.

Кроме того, этот метод не применим при коммутации термоэлемептов, положительная и отрицательная ветвь которых выполнена из различных полупроводниковых материалов.

В таких случаях с успехом может быть применен метод заливки коммутационного металла или сплава по подготовленным поверхностям коммутируемых ветвей термоэлемента.

На микрофотографии (фиг. 1) представлена микроструктура переходного слоя, образующегося в результате заливки сурьмы между сурьмой и тройным положительным сплавом.

Образующийся при этом переходный слой представляет собой сплав переменного состава от чистой сурьмы до чистого тройного сплава. Образующиеся сплавы в переходном слое обладают повышенной окисляемостью при рабочих температурах горячего спая термоэлемента (порядка 400 ), что ведет к его разрушению в процессе эксплуатации термоэлементов, № 137558

В связи с этим наличие переходного слоя является крайне нежелательным.

С целью устранения этого недостатка и предложен диффузионный метод коммутации термоэлементов, сущность которого заключается в следующем.

Коммутируемые поверхности образцов полупроводника и металлической перемычки тщательно обрабатываются на правильную плоскость, после чего коммутируемые образцы подготовленными поверхностями составляются между собой, подвергаются сжатию и, в условиях исключающих окисление (в вакууме, в инертной или восстановительной средах), прогреваются при определенной температуре в течение некоторого времени.

После выполнения указанных операций происходит сращивание по правильной плоскости за счет взаимной диффузии атомов коммутируемых образцов.

На фиг. 2 представлена структура переходного слоя, образующегося между сурьмой и тройным положительным сплавом, скоммутированных диффузионным методом, из которой видно, что переходный слой при этом значительно тоньше (по сравнению с методом заливки).

В процессе осуществления диффузионного сращивания применим также ультразвук, поскольку при этом решающим фактором является обеспечение тесного контакта атомов разноименных веществ, коммутируемых между собой.

Наложение ультразвуковых колебаний по сращиваемым поверхностям способствует интенсификации процесса диффузионного сращивания, снижению температур, удельного давления, необходимого времени, а также более тесному сближению атомов, принадлежащих коммутируемым разноименным материалам, и, следовательно, повышению качества коммутации.

С помощью диффузионного метода с применением ультразвука могут решаться и задачи осуществления электрического контакта без переходных сопротивлений между разноименными полупроводниковыми элементами при необходимости создания многокаскадных термоэлементов, состоящих из включенных последовательно различных полупроводниковых материалов.

В качестве примера, на фиг, 3 представлена микроструктура переходного слоя, образующегося между селенистым свинцом и теллуридом висмута, скоммутированных между собой диффузионным методом.

Использование диффузионного метода с применением ультразвука позволяет осуществлять контакты между такими разноименными материалами, которые, в силу ряда причин (химическое взаимодействие, невозможность взаимного сплавления), принципиально не могут быть скоммутированы.

В таких случаях необходимо путем напыления на поверхность одного из образцов вводить тонкий слой промежуточного металла или сплава, который порознь хорошо соединяется с коммутируемыми образцами и че вступает с ними в химическое взаимодействие.

Предмет изобретения

1. Способ коммутации термоэлементов, выполненных из полупроводниковых материалов, отличающийся тем, что, с целью снижения окисляемости спаев в местах сращивания, контакт между разноименными полупроводниковыми материалами или между ними и металлом осуществляют путем взаимной диффузии. — 3— № 137558

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса диффузии и повышения качества контакта, на коммутируемые элементы накладываюг ультразвуковые колебания.

3. Способ по пп. 1 и 2, отл ич а ю щи и с я тем, что, между коммутируемыми элементами вводят промежуточный слой вещества, которое порознь хорошо соединяется с указанными элементами.

Фиг. 1

Фпг. 2 № 137558 чвв МЮРОМ

Фиг. 3

Редактор Л. Н. Гольцов Техред В. И. Сушкевич

Корректор Л. Якубовская

Формат бум. 70Х108 / 6

Тираж 800

ЦБТИ при Комитете по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, М. Черкасский пер., д. 2/6.

Поди. к печ. 5Х11-61 г

Зак. 6423

Объем 035 изд.

Цена 7 коп

Типография ЦБТИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР, Москва, Петровка, 14.