Способ получения термоэлектрического элемента

Авторы патента:

Рогачев Максим Сергеевич (RU)

Штерн Юрий Исаакович (RU)

Громов Дмитрий Геннадьевич (RU)

Штерн Максим Юрьевич (RU)

Дубков Сергей Владимирович (RU)

H01L35/34 - способы и устройства для изготовления или обработки таких приборов или их частей (не предназначенные специально для этих приборов H01L 21/00)

Владельцы патента RU 2601243:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) (RU)

Изобретение относится к термоэлектрическому преобразованию энергии и может быть использовано при производстве термоэлектрических охладителей и генераторов. Сущность: способ получения термоэлектрического элемента включает подготовку верхней и нижней граней ветвей термоэлемента, создание системы контактных слоев между гранями ветвей термоэлемента и коммутирующими шинами. Систему контактных слоев образуют из гомогенного многокомпонентного сплава A-B-C. Компонент A включает по крайней мере один из металлов второй подгруппы первой и восьмой группы периодической системы элементов и сплавов между ними, например Co, Ni, Fe, Pb. Компонент B включает элементы второй подгруппы четвертой, пятой и шестой групп, например Ti, Zr, Ta, Nb. Компонент C включает азот, углерод, кислород, бор. Производят термообработку либо в вакууме, либо в инертной атмосфере. В результате на гранях ветвей формируется многослойная структура. Компоненты B и C взаимодействуют друг с другом и формируют диффузионно-барьерный слой. Компонент A формирует низкоомный контактный слой на границе с полупроводниковой ветвью и катализирует рост наноструктурированного материала на диффузионно-барьерном слое, на котором методом химического осаждения из газовой фазы выращивают наноструктурированный материал. Свободное пространство в нем заполняют металлами с высокой электропроводностью, что обуславливает образование композиционного проводящего материала. Последующую коммутацию ветвей n- и p-типа осуществляют с помощью коммутирующей шины путем неразъемного соединения. Технический результат: повышение адгезии контактной системы, снижение сопротивления омического контакта к полупроводниковому материалу термоэлемента, создание препятствия взаимодействию между слоями контактной системы и взаимодействию контактной системы и полупроводникового материала термоэлектрического элемента при повышенных температурах, повышение механической прочности, надежности и эффективности термоэлектрического элемента. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к термоэлектрическому оборудованию и может быть использовано при производстве термоэлектрических охладителей и генераторов.

Известно техническое решение по патенту РФ №2326466, опубл. 07.05.2004 г., кл. H01L 35/16, в котором предложен термоэлектрический полупроводниковый материал и способ его получения, термоэлектрический полупроводниковый элемент и способ его получения, а также способ изготовления термоэлектрического модуля из вышеуказанного материала и элемента. Однако данное техническое решение очень сложно в применении, так как требует специального оборудования.

Известно техническое решение по заявке на изобретение №2012128190, опубл. 10.01.2014 г., кл. C30B 13/00, в котором описан способ создания монокристаллических пленок твердого раствора висмут-сурьма методом зонной перекристаллизации, для этого используют растворимый защитный слой, предварительно нанесенный путем напыления в вакууме. Однако получение таких пленок затруднено, так как требуется обеспечение большой скорости движения зоны.

Известно техническое решение по патенту РФ №2515128, опубл. 10.05.1014 г., кл. H01L 35/32, в котором предложен способ изготовления полупроводниковых ветвей для термоэлектрического модуля, характеризующийся тем, что ветви изготавливают методом горячей экструзии, а после подготовки боковой поверхности на них методом катодного или анодного электроосаждения наносят контакты и термоэлектрический модуль, содержащий эти ветви. Однако данный способ получения термоэлектрического модуля является сложным в производстве ветвей.

Известно техническое решение по патенту РФ №2475889, опубл. 27.02.2012 г., кл. H01L 35/08, в котором контактные поверхности полупроводников приводят в контакт с контактным материалом, прижимают, предварительно нагревают и сваривают, при этом как контактный материал, так и полупроводники имеют по крайней мере один из следующих элементов Ta, W, Nb, Ti, Cr, Pd, V, Pt, Rh, Re, Cu, Ag, Ni, Fe, Co, Al, In, Sn, Pb, Te, Sb, Bi, Se, S, Au, Zn, Si и Ge. Контактные поверхности полупроводников снабжены диффузионными барьерами. Полупроводники имеют соединения элементов четвертой и шестой главной группы. В техническом решении, в основном, излагаются различные виды сварки, применяют контактную, точечную рельефную или шовную сварки в атмосфере защищенного газа или в вакууме. Однако предложенное техническое решение сложно в части выполнения подготовки и проведения дополнительных операций, а также используемого оборудования.

Известно техническое решение по патенту №2433506, 20.02.2007 г., кл. H01L 35/08, в котором описан способ изготовления модулей Пельтье, соединения подложки и элементов Пельтье, при этом подложки изготовлены из электроизолирующего материала с металлическими зонами и маской, соединяющейся с элементами Пельтье посредством спекания слоя, при этом отверстия в маске заполняют порошковой смесью либо из цинка и сурьмы, либо из свинца и теллура, либо из висмута и теллура, либо из серебра и сурьмы, либо из свинца и теллура, либо из висмута и теллура, либо из серебра, сурьмы и теллура, или из свинца, из теллура и селена. Соединение производят посредством пайки или приваривания спеканием с использованием искроплазменного способа под давлением. Однако данный способ является трудоемким в осуществлении.

Известно техническое решение по патенту РФ №2425434, опубл. 27.07.2011 г., кл. H01L 35/34, в котором на полупроводники методом вакуумного напыления из электродуговой сепарированной плазмы наносят барьерное покрытие, при этом предварительно обработав их плазмохимическим травлением, а поверх барьерного покрытия наносят адгезионное покрытие из Ni, Mo, Cu. Однако данное техническое решение является нетехнологичным.

Известно техническое решение по патенту РФ №2150160, опубл. 27.06.2000 г., кл. H01L 35/34, в котором для соединения термоэлементов на их ветви производят ионно-плазменное нанесение слоя молибдена или вольфрама, а затем наносят слой никеля или кобальта, чередующееся с его обработкой ионами инертного газа, затем производят вакуумный отжиг, нанесение припоя и пайку ветвей термоэлемента с коммутационными шинами. Вышеуказанные операции производят при определенных режимах. Однако данный способ является сложным и дорогостоящим.

Наиболее близким техническим решением является «Термоэлектрический модуль и способ его получения» по патенту РФ №2151450, опубл. 20.06.2000 г., кл. H01L 35/08, в котором способ изготовления термоэлектрического элемента состоит из нескольких этапов: подготовка граней термоэлектрического полупроводника, состоящего из Bi-Sb-Te или Bi-Te-Se, нанесения слоя олова с его последующим нагревом и с формированием взаимодиффузии, нанесения диффузионного барьера, состоящего из группы элементов, в которую входят Mo, W, Nb или Ni, а также материала припоя. Слой олова наносится распылением или способом осаждения из паровой фазы, а последующие все слои образуются непрерывно в вакууме. Однако данное техническое решение сложно в производстве, а кроме того, данный способ не обеспечивает получение термостабильных контактов с достаточной прочностью сцепления слоев.

Задачей настоящего изобретения является повышение механической прочности, обеспечение высокой адгезии контактной системы к полупроводниковому материалу и повышение термической стойкости термоэлектрического элемента.

Техническим результатом при использовании предлагаемого способа является повышение адгезии контактной системы, снижение сопротивления омического контакта к полупроводниковому материалу термоэлемента, использование данного способа препятствует взаимодействию между слоями контактной системы и взаимодействию контактной системы и полупроводникового материала термоэлектрического элемента при повышенных температурах эксплуатации, а также повышается механическая прочность, надежность и эффективность термоэлектрического элемента.

Для достижения указанного результата предложен способ получения термоэлектрического элемента, состоящего из двух полупроводниковых ветвей n- и p-типа проводимости, верхние грани которых соединены общей коммутирующей шиной, а к каждой нижней грани ветвей подсоединена своя индивидуальная коммутирующая шина, включающий подготовку верхней и нижней граней ветвей термоэлектрического элемента, создание системы контактных слоев между гранями ветвей термоэлектрического элемента и коммутирующими шинами, характеризующийся тем, что на грани полупроводниковых ветвей, в качестве первого слоя контактной системы любым известным методом наносят слой гомогенного многокомпонентного сплава A-B-C, где компонент A включает по крайней мере один из металлов второй подгруппы первой и восьмой группы периодической системы элементов и сплавов между ними, компонент B включает элементы второй подгруппы четвертой, пятой и шестой групп, компонент C - включает азот, углерод, кислород, бор производят термообработку либо в вакууме, либо в инертной атмосфере, в результате чего на гранях ветвей формируется многослойная структура, причем компоненты B и C взаимодействуют друг с другом и формируют диффузионно-барьерный слой, а компонент A формирует низкоомный контактный слой на границе с полупроводниковой ветвью и катализирует рост наноструктурированного материала на диффузионно-барьерном слое, на котором методом химического осаждения из газовой фазы выращивают наноструктурированный материал, а свободное пространство в нем заполняют металлами с высокой электропроводностью, что обуславливает образование композиционного проводящего материала, а последующую коммутацию ветвей n- и p-типа в термоэлектрический элемент осуществляют с помощью коммутирующей шины путем неразъемного соединения.

Способ получения термоэлектрического элемента, характеризующийся тем, что наноструктурированный материал выращивают в виде нанотрубок, нановолокон, нанопроволок, наноремней на основе углерода, кремния, германия соединений A^IIIB^V и др. из газовой фазы.

Способ получения термоэлектрического элемента, характеризующийся тем, что компонент A многокомпонентного сплава A-B-C, обуславливающий взаимодействие его с материалом полупроводника, выбирают из второй подгруппы восьмой группы периодической таблицы элементов, например Co, Ni, Fe, Pd.

Способ получения термоэлектрического элемента, характеризующийся тем, что компонент B многокомпонентного сплава A-B-C, обуславливающий формирование диффузионно-барьерного слоя, выбирают из второй подгруппы четвертой, пятой и шестой групп периодической таблицы элементов, например W, Ti, Zr, Ta, Nb.

Способ получения термоэлектрического элемента, характеризующийся тем, что компонент C многокомпонентного сплава A-B-C, обуславливающий формирование диффузионно-барьерного слоя, выбирают из группы азот, углерод, кислород, бор.

Способ получения термоэлектрического элемента, характеризующийся тем, что рост наноструктурированного материала в виде нанотрубок, нанопроволок, нановолокон, наноремней, состоящих, например, из углерода или кремния, осуществляют при температуре в диапазоне 200°C-1200°C в течение времени, обусловливающего необходимую высоту наноструктурированного материала.

Способ получения термоэлектрического элемента, характеризующийся тем, что рост наноструктурированного материала в виде углеродных нанотрубок осуществляют методом химического осаждения из газовой фазы, стимулируя плазмой, с целью понижения температуры роста наноструктурированного материала.

Способ получения термоэлектрического элемента, характеризующийся тем, что металл с высокой электропроводностью для заполнения свободного пространства в наноструктурированном материале выбирают из группы Ag, Cu, Au, Al, Mo, W, Co, Ni, Fe.

Способ получения термоэлектрического элемента, характеризующийся тем, что композиционный проводящий материал получают путем термообработки с оплавлением проводящего материала и смачивания им наноструктурированного материала в вакууме при температуре в диапазоне 600-1500°C.

На фиг. 1 представлен термоэлектрический элемент, на фиг. 2 - схематично изображено нанесение гомогенного многокомпонентного сплава, на фиг. 3 - схематично изображен результат после термообработки, на фиг. 4 - схематично изображено формирование наноструктур, на фиг. 5 - схематично изображено заполнение пространства между наноструктурами с образованием композиционного проводящего материала.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Грани полупроводниковых ветвей 1 предварительно очищают методом электрохимического полирующего травления в электролите, содержащем: KOH или NaOH; H₂C₄H₄O₆ и деионизированную воду, с последующей обработкой в парах изопропилового спирта.

На очищенную поверхность граней полупроводниковых ветвей 1 для создания системы контактных слоев в качестве первого слоя 2 любым известным методом производят нанесение слоя тонкой гомогенной пленки, а именно гомогенного многокомпонентного сплава A-B-C, где компонент A включает по крайней мере один из металлов второй подгруппы первой и восьмой группы периодической системы элементов и сплавов между ними, компонент B включает элементы второй подгруппы четвертой, пятой и шестой групп, а компонент C включает азот, углерод, кислород, бор. Далее производят термообработку либо в вакууме, либо в инертной атмосфере, в результате чего на гранях ветвей 1 формируется двухслойная структура. Наличие в сплаве компонента A способствует образованию с полупроводниковым материалом химического соединения. Так как компонент A является поверхностно-активным, он частично выдавливается из объема пленки сплава и вступает в химическое взаимодействие с материалом полупроводника, образуя контактный слой 3, а компоненты B и C взаимодействуют между собой, образуя диффузионно-барьерный слой 4.

На диффузионно-барьерном слое 4, частично содержащем компонент A, формируется наноструктурированный материал 5 на основе углерода, кремния, германия, соединений A^IIIB^V и др. из газовой фазы. Свободное пространство в наноструктурированном материале 5 заполняют металлами с высокой электропроводностью, что обуславливает образование композиционного проводящего материала 6 при термообработке. Последующая коммутация ветвей 1 n- и p-типа в термоэлектрический элемент осуществляют с помощью коммутирующей шины 8 путем неразъемного соединения 7, например припоя или проводящего клея.

Пример осуществления способа.

На полупроводниковые материалы на основе твердых растворов Bi₂Te₃ n- и p-типа проводимостей магнетронным распылением наносится тонкая пленка сплава Ti-Ni-N толщиной 100 нм. Проводится термообработка в вакууме или инертной атмосфере при температуре 700°C в течение 30 мин, в результате которой титан взаимодействует с азотом, а никель частично выдавливается на поверхность и частично на межфазную границу сплав/полупроводник, на которой вступает в химическое взаимодействие с полупроводниковым материалом, образуя слой теллурида никеля. Таким образом, из тонкой пленки гомогенного сплава Ti-Ni-N формируется двухслойная структура, в которой на полупроводниковом материале лежит слой теллурида никеля, выполняющий роль контактного слоя к полупроводнику, а поверх него слой нитрида титана, обедненный никелем, выполняющий роль диффузионно-барьерного слоя. Далее на сформированной структуре на поверхности диффузионно-барьерного слоя, содержащей никель, методом химического осаждения из газовой фазы выращивают массив углеродных нанотрубок при температуре 550°C в течение 5 мин. После этого методом химического осаждения из раствора соли никеля осаждают металлический никель, являющийся проводящим материалом, который заполняет пространство между углеродными нанотрубками. На завершающей стадии проводят термообработку структуры в вакууме при температуре 750°C в течение 60 мин, в результате которой никель смачивает углеродные нанотрубки и затекает между ними, образуя композиционный проводящий материал.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает получение на поверхности полупроводникового материала формирование контактной системы, содержащей контактный слой, диффузионно-барьерный слой и слой композиционного материала, при этом образованная контактная система обеспечивает омический контакт и высокую адгезию к полупроводниковому материалу, увеличивает механическую прочность и повышает термическую стойкость приборов, использующих термоэлектрические элементы, полученные предложенным способом.

1. Способ получения термоэлектрического элемента, состоящего из двух полупроводниковых ветвей n- и p-типа проводимости, верхние грани которых соединены общей коммутирующей шиной, а к каждой нижней грани ветвей подсоединена своя индивидуальная коммутирующая шина, включающий подготовку верхней и нижней граней ветвей термоэлемента, создание системы контактных слоев между гранями ветвей термоэлемента и коммутирующими шинами, отличающийся тем, что на грани полупроводниковых ветвей, в качестве первого слоя контактной системы любым известным методом наносят слой гомогенного многокомпонентного сплава А-В-С, где компонент А включает по крайней мере один из металлов второй подгруппы первой и восьмой групп периодической системы элементов и сплавов между ними, компонент В включает элементы второй подгруппы четвертой, пятой и шестой групп, а компонент С включает азот, углерод, кислород, бор, производят термообработку либо в вакууме, либо в инертной атмосфере, в результате чего на гранях ветвей формируется многослойная структура, причем компоненты В и С взаимодействуют друг с другом и формируют диффузионно-барьерный слой, а компонент А формирует низкоомный контактный слой на границе с полупроводниковой ветвью и катализирует рост наноструктурированного материала на диффузионно-барьерном слое, на котором методом химического осаждения из газовой фазы выращивают наноструктурированный материал, а свободное пространство в нем заполняют металлами с высокой электропроводностью, что обуславливает образование композиционного проводящего материала, а последующую коммутацию ветвей n- и p-типа в термоэлемент осуществляют с помощью коммутирующей шины путем неразъемного соединения.

2. Способ получения термоэлектрического элемента по п. 1, отличающийся тем, что наноструктурированный материал выращивают в виде нанотрубок, нановолокон, нанопроволок, наноремней на основе углерода, кремния, германия соединений A^IIIB^V и др. из газовой фазы.

3. Способ получения термоэлектрического элемента по п. 1, отличающийся тем, что компонент А многокомпонентного сплава А-В-С, обуславливающий взаимодействие его с материалом полупроводника, выбирают из второй подгруппы восьмой группы периодической таблицы элементов, например Со, Ni, Fe, Pd.

4. Способ получения термоэлектрического элемента по п. 1, отличающийся тем, что компонент В многокомпонентного сплава А-В-С, обуславливающий формирование диффузионно-барьерного слоя, выбирают из второй подгруппы четвертой, пятой и шестой групп периодической таблицы элементов, например W, Ti, Zi, Та, Nb.

5. Способ получения термоэлектрического элемента по п. 1, отличающийся тем, что компонент С многокомпонентного сплава А-В-С, обуславливающий формирование диффузионно-барьерного слоя, выбирают из группы азот, углерод, кислород, бор.

6. Способ получения термоэлектрического элемента по п. 1 отличающийся тем, что рост наноструктурированного материала в виде нанотрубок, нанопроволок, нановолокон, наноремней, состоящих, например, из углерода или кремния, осуществляют при температуре в диапазоне 200°С-1200°С в течение времени, обусловливающего необходимую высоту наноструктурированного материала.

7. Способ получения термоэлектрического элемента по п. 1, отличающийся тем, что рост наноструктурированного материала в виде углеродных нанотрубок осуществляют методом химического осаждения из газовой фазы, стимулируя плазмой, с целью понижения температуры роста наноструктурированного материала.

8. Способ получения термоэлектрического элемента по п. 1, отличающийся тем, что металл с высокой электропроводностью для заполнения свободного пространства в наноструктурированном материале выбирают из группы: Ag, Cu, Au, Al, Mo, W, Со, Ni, Fe.

9. Способ получения термоэлектрического элемента по п. 1, отличающийся тем, что композиционный проводящий материал получают путем термообработки с оплавлением проводящего материала и смачивания им наноструктурированного материала в вакууме при температуре в диапазоне 600-1500°С.

Использование: для создания гибкого термоэлектрического модуля. Сущность изобретения заключается в том, что способ создания гибкого термоэлектрического модуля включает получение полиимидной пленки и напыление на нее в вакуумной камере посредством лазера функциональных слоев, полиимидную пленку получают на металлическом основании с полированной поверхностью, которое устанавливают на горизонтальную центрифугу, осуществляют его вращение и одновременно подают посредством дозатора на его рабочую поверхность раствор полиамидоимида в течение 30-120 с с получением заданной толщины пленки, основание с нанесенной пленкой полиамидоимида размещают в вакуумной камере с нагревателями и мишенями из материалов для создания буферного, полупроводниковых и коммутирующих слоев и осуществляют сушку пленки, затем осуществляют лазерное напыление функциональных слоев в несколько этапов: а) в камеру подают кислород и при одновременном вращении мишени и основания с нанесенной пленкой осуществляют лазерную абляцию мишени из титана с формированием на полиимидном слое буферного слоя оксида титана; б) камеру откачивают на высокий вакуум, включают нагреватель на 150-170°C в зависимости от толщины наносимого слоя, включают вращение мишени и вращение подложки, устанавливают маску для слоя ветвей n-типа и производят лазерную абляцию материала мишени n-типа с формированием ветвей n-типа на поверхности полиимида; в) устанавливают маску для слоя ветвей р-типа, подают в зону лазерного воздействия мишень р-типа проводимости, производят лазерную абляцию материала мишени р-типа с формированием ветвей р-типа на поверхности полиимида; г) устанавливают маску для коммутирующего слоя, подают в зону лазерного воздействия мишень для создания слоя металлизации, производят лазерную абляцию материала мишени, и создают слой металлизации, коммутирующий электрически последовательно между собой полупроводниковые ветви, и создают контактные площадки на концах термоэлектрического модуля, после создания функциональных слоев камеру развакуумируют, извлекают из основания, которое затем для отделения полученного модуля выдерживают в ультразвуковой ванне мощностью 25-50 Вт в течение 5 мин в деионизованной дистиллированной воде, термоэлектрический модуль снимают с основания и высушивают.

Термоэлемент и способ его изготовления // 2586260

Изобретение относится к термоэлектрическому преобразованию энергии. Сущность: способ изготовления плоских термоэлементов включает обеспечение электро- и теплопроводной подложки по меньшей мере с одним проемом, который разделяет подложку на сегменты подложки, монтаж на подложке ветвей термоэлемента.

Способ калибровки термоэлектрических датчиков тепловых потоков // 2577389

Изобретение относится к области теплометрии и может быть использовано при калибровке датчиков теплового потока. Способ калибровки термоэлектрического датчика теплового потока заключается в том, что собственное электрическое сопротивление датчика теплового потока измеряют при пропускании переменного тока величины от 1 до 20 мА, а термоэлектрическую добротность измеряют при пропускании постоянного тока величины от 1 до 20 мА, после чего определяют чувствительность термоэлектрического датчика из следующего выражения: где Se - чувствительность термоэлектрического датчика; ACR - собственное сопротивление термоэлектрического датчика; Z - термоэлектрическая добротность датчика; s - площадь чувствительной поверхности термоэлектрического датчика; α - коэффициент Зеебека (термоЭДС) термоэлемента; 2N - количество термоэлементов или спаев в термоэлектрическом датчике.

Термоэлектрический модуль со средствами компенсации теплового расширения // 2575942

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам и их изготовлению. Сущность: термоэлектрический модуль (1), который простирается в продольном направлении (9), с внешней трубкой (2) и расположенной внутри внешней трубки (2) внутренней трубкой (3).

Термоэлектрический модуль // 2570429

Изобретение относится к области термоэлектрического преобразования энергии. Технический результат: повышение эффективности и надежности термоэлектрического модуля посредством увеличения теплопроводности и электроизоляционных свойств теплоконтактных электроизолирующих средств соединения коммутационных токопроводов с теплопроводами.

Полупроводниковое устройство и способ для его производства // 2565360

Изобретение относится к полупроводниковой технике. Сущность: полупроводниковое устройство включает полупроводниковую подложку, композиционную металлическую пленку и вывод для измерения.

Термоэлектрический материал, способ его получения и модуль для термоэлектрического преобразования с использованием этого материала // 2561659

Изобретение относится к области термоэлектрического преобразования энергии. Сущность: термоэлектрический материал содержит полупроводниковую подложку, полупроводниковую оксидную пленку, образованную на полупроводниковой подложке, и термоэлектрический слой, выполненный на полупроводниковой оксидной пленке.

Структура, используемая для производства термоэлектрогенератора, термоэлектрогенератор, содержащий такую структуру, и способ ее изготовления // 2557366

Изобретение относится к термоэлектрическому преобразованию энергии. Сущность: способ изготовления структуры, используемой для производства термоэлектрогенератора, включает совместное формирование по меньшей мере одной полосы из материала n-типа и по меньшей мере одной полосы из материала p-типа за одну технологическую операцию и формирование соединений по меньшей мере между одной полосой из материала n-типа и по меньшей мере одной полосой из материала p-типа с помощью полос из проводящего материала.

Способ получения термоэлектрического газочувствительного материала // 2530442

Изобретение относится к электронике и предназначено для создания материала на основе полупроводниковых наночастиц, обладающего газочувствительным термоэлектрическим эффектом, т.е.

Способ получения термоэлектрического материала // 2528280

Изобретение относится к области получения термоэлектрических материалов, применяемых для изготовления термостатирующих и охлаждающих устройств, систем кондиционирования и в других областях техники.

Термоэлектрический элемент // 2606250

Изобретение относится к термоэлектричеству. Технический результат: получение термоэлектрического элемента с высоким термическим сопротивлением, который требует меньше полупроводникового материала. Сущность: термоэлектрический элемент содержит подложку с передней стороной подложки и расположенной напротив передней стороны подложки задней стороной подложки, первый контакт, который в виде пленки нанесен на переднюю сторону положки, второй контакт, который в виде пленки нанесен на переднюю сторону положки, зазор между первым и вторым контактом, который термически и электрически отделяет первый и второй контакты друг от друга, и термоэлектрически активную пленку с верхней стороной и нижней стороной. Форма зазора между первым и вторым контактом не является прямолинейной. Контакты и термоэлектрическая пленка соединены друг с другом боковыми ограничивающими поверхностями. Термоэлектрически активная пленка расположена в зазоре таким образом, что нижняя сторона прилегает к передней стороне подложки и одна из боковых ограничивающих поверхностей прилегает к первому контакту, а вторая из боковых ограничивающих поверхностей прилегает ко второму контакту. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

Термоэлектрический генератор в выпускной системе отработавших газов двигателя внутреннего сгорания // 2606300

Изобретение может быть использовано в автомобильных двигателях внутреннего сгорания. Термоэлектрический генератор размещен в выпускной системе отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Термоэлектрический генератор состоит из горячего теплообменника (1) и термоэлектрических модулей (4), установленных на горячем теплообменнике (1). Горячий теплообменник (1) имеет правильную многогранную продольную форму с продольным оребрением с переменным по длине профилем продольных ребер (2). Поверх термоэлектрических модулей (4) установлены холодные теплообменники (5) с потоком жидкости, текущим против направления течения отработавших газов. Холодные теплообменники (5) плотно прижаты к пластинам термоэлектрических модулей (4) и через них прижаты к общему горячему теплообменнику (1) вкручиваемыми в прижимные рамки (9) винтами (8) с упругими компенсационными элементами. Технический результат заключается в обеспечении равномерности распределения температур по длине теплообменника. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ изготовления составной ветви термоэлемента, работающей в диапазоне температур от комнатной до 900o c // 2607299

Изобретение относится к области термоэлектрического преобразования энергии и может быть использовано при производстве термоэлектрических составных ветвей термоэлемента, предназначенных для изготовления генераторов электроэнергии с высоким коэффициентом преобразования. Предложенный способ изготовления составной ветви термоэлемента соединением секций из низко-, средне- и высокотемпературных термоэлектрических материалов включает предварительное нанесение на торцы соединяемых секций металлических покрытий, выбранных из группы: никель, индий, железо, молибден, вольфрам, образующих связующую прослойку между секциями, установку всех секций последовательно по нарастанию рабочей температуры встык так, чтобы между низко- и среднетемпературной секциями, а также между средне- и высокотемпературными секциями образовались связующие прослойки из пакета слоев Ni/In/N. Собранную пресс-форму помещают в установку искрового плазменного спекания и нагревают до температуры 450-460°C. Выдерживают при этой температуре в течение 5-8 мин под давлением 3-5 МПа, в вакууме, до растворения приграничной части никеля в расплавленном индии. Затем охлаждают до комнатной температуры и осуществляют изотермический отжиг в электропечи с регулируемой температурой в атмосфере, содержащей 97% аргона и 3% водорода, при температуре 420±2°C, под давлением 0,5-1,0 МПа, продолжительностью 6-10 ч до образования высокотемпературного интерметаллического соединения Ni2In3. После завершения диффузионного процесса сварки пресс-форму плавно охлаждают до комнатной температуры. Технический результат – получение надежного и прочного соединения секций составной ветви термоэлемента. 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Пространственно ориентированный термоэлектрический модуль и способ его изготовления // 2611562

Изобретение относится к области создания термоэлектрических модулей для прямого и обратного преобразования тепловой и электрической энергии. Сущность: на диэлектрическую подложку методом сеткотрафаретной печати наносят соединительные дорожки для одноименных элементов и коммутирующие дорожки для разноименных элементов. Затем наносят барьерные дорожки с помощью диэлектрической пасты так, чтобы образовались углубления (ячейки) между соединительными и коммутирующими дорожками. В углубления (ячейки) последовательно аналогичным способом наносят полупроводниковые дорожки пастой, изготовленной на основе полупроводников n-типа и p-типа, которые затем подвергают предварительной сушке для удаления органического связующего и процессу спекания под давлением. Технический результат: упрощение процесса изготовления, повышение производительности, снижение затрат. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Трубчатый термоэлектрический модуль и способ изготовления его конструктивного элемента // 2615211

Изобретение относится к области термоэлектричества, а именно к технологии изготовления конструктивных элементов для термоэлектрических модулей. Сущность: способ изготовления конструктивного элемента (12) для термоэлектрического модуля (15) имеет следующие шаги: а) обеспечение по меньшей мере одной нити (1), имеющей протяженность (2), б) обеспечение трубчатого приемного элемента (13), имеющего внешнюю периферическую поверхность (14), в) нанесение термоэлектрического материала (3) по меньшей мере на одну нить (1), г) наматывание по меньшей мере одной нити (1) вокруг трубчатого приемного элемента (13), так что на внешней периферической поверхности (14) образовывается по меньшей мере один кольцеобразный конструктивный элемент (12) для термоэлектрического модуля (15). Технический результат: упрощение технологии изготовления и согласования допусков конструктивных деталей. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил.

Способ изготовления термоэлектрического конструктивного элемента и термоэлектрический конструктивный элемент // 2621174

Изобретение относится к способу изготовления термоэлектрического конструктивного элемента и термоэлектрическому конструктивному элементу (1). Термоэлектрический конструктивный элемент (1) имеет по меньшей мере одно покрытое термоэлектрическим материалом (3) волокно (4). Термоэлектрический конструктивный элемент (1) выполнен кольцеобразным. Способ предусматривает обеспечение по меньшей мере одного волокна (2), покрытие по меньшей мере одного волокна (2) термоэлектрическим материалом (3), так что образуется по меньшей мере одно покрытое волокно (4), скручивание по меньшей мере одного покрытого волокна (4) в кольцо (5) с центральной осью (6), прессование кольца (5) для получения термоэлектрического конструктивного элемента (1), имеющего первую протяженность (7) в осевом направлении (8), и разделение полученного термоэлектрического конструктивного элемента (1) на несколько термоэлектрических конструктивных элементов (1), каждый из которых имеет в осевом направлении (8) вторую протяженность (16), меньшую первой протяженности (7). Прессование на шаге проводят при температуре, составляющей по меньшей мере 250°C, и давлении, составляющем по меньшей мере 2 бар. Термоэлектрический конструктивный элемент (1) имеет по меньшей мере одно покрытое термоэлектрическим материалом (3) волокно (4), причем термоэлектрический конструктивный элемент (1) выполнен кольцеобразным. По меньшей мере одно покрытое волокно (4) простирается в периферическом направлении (9) в угловом диапазоне (10) по меньшей мере 120°. Технический результат: повышение долговечности термоэлектрического конструктивного элемента и стойкости к переменным термическим напряжениям. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ изготовления составной ветви термоэлемента // 2624615

Изобретение относится к области термоэлектрического преобразования энергии. Сущность: формируют отдельные сегменты из низко-, средне- и высокотемпературных термоэлектрических материалов и соединяют их между собой. Низкотемпературные сегменты ветви n- и p-типа проводимости формируют из двух секций методом искрового плазменного спекания каждый. В качестве материалов для секций n-типа используют теллуриды висмута и селена составов Bi2Te2,7Se0,3 и Bi2Te2,85Se0,15. В качестве материалов для секций p-типа используют теллуриды висмута и сурьмы составов Bi0,4Sb1,6Te3 и Bi0,27Sb1,3Te3, полученные методом горячей экструзии. Соединение низкотемпературных секций n- и p-типа осуществляют в графитовой пресс-форме в установке искрового плазменного спекания в вакууме ~0,1 Па при повышении температуры от комнатной до 400-450°C в течение 1-ой минуты с выдержкой при этой температуре в течение 5-10 минут под давлением 0,5 МПа и последующим охлаждением до комнатной температуры со скоростью 3°C/мин. Технический результат: повышение коэффициента полезного действия термоэлемента. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Улучшенный способ получения термоэлектрических элементов посредством порошковой металлургии // 2639615

Использование: для получения термоэлектрического элемента. Сущность изобретения заключается в том, что множество ветвей термоэлемента, изготовленных из активного материала с термоэлектрической активностью, вводят в, по сути, плоскую подложку, изготовленную из электро- и термоизоляционного материала подложки, таким образом, что ветви термоэлемента проходят через подложку, по сути, перпендикулярно плоскости подложки, и при котором активный материал заранее подготавливают в порошкообразной форме, прессуют с получением неспеченных заготовок и затем спекают внутри подложки с получением ветвей термоэлемента. Технический результат: обеспечение возможности повышения степени свободы термо- и электроизоляционного материала подложки. 14 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил.

Низкотемпературный термоэлектрик и способ его получения // 2644913

Изобретение относится к области полупроводниковых материалов с модифицированными электрическими свойствами. Способ получения низкотемпературного термоэлетрика на основе сплава Bi88Sb12 с добавками гадолиния включает помещение навески сплава Bi88Sb12 и металлического гадолиния в количестве 0,01-0,1 ат.% в стеклянную ампулу, из которой откачивают воздух до 10-3 мм рт. ст. и запаивают, размещение ампулы в печи, ее нагрев до температуры плавления сплава до полного растворения гадолиния, зонное выравнивание со скоростью 2 см/ч и выращивание монокристалла на затравку заданной ориентации методом зонной перекристаллизации при четном проходе со скоростью 0,5 мм/ч. Полученный термоэлектрик состоит из монокристалла Bi88Sb11 с распределенными в межслоевом пространстве наночастицами гадолиния, приводящими к увеличению соотношения подвижностей электронов и дырок без изменения концентрации носителей заряда, что в конечном итоге приводит к увеличению модуля дифференциальной термоэдс и соответственно термоэлектрической эффективности до 70% при 110 К для добавок гадолиния 0,1 ат.%. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.