Шляхи підвищення ЕРС напівпровідникових елементів на основі термоелектричних ефектів

Abstract

У роботі розглянуто розвиток термовольтаичного ефекту у варізонних напівпровідникових багатошарових структурах. Досліджено ефект виникнення електрорушійної сили (ЕРС) у напівпровідникових зразках без ізотипних переходів та бар'єрів типу метал-напівпровідник при їх нагріванні вздовж зразка при термовольтаичному ефекті. Розглянуто можливості отримання стабільної термостимульованої ЕРС у напівпровідникових зразках з неоднорідним складом, зокрема у варізонних напівпровідниках при їх нагріванні. Змодельовано напівпровідник з неоднорідним складом, у якому концентрації носіїв заряду – як електронів, так і дірок, достатньо для виникнення відчутного електричного струму за його збудженні. Розглянуто випадки одиничного варізонного шару напівпровідника та комбінації декількох шарів за різних температурних умов. Проаналізовано виникнення ЕРС і кількісні характеристики цього процесу. Підтверджено, що поява термо ЕРС обумовлюється нерівноважністю стану та неоднорідністю середовища, а також його біполярністю. Показано, що у замкнутому контурі з неоднорідним легуванням та зі змінною шириною забороненої зони виникає ЕРС в умовах однорідного нагрівання всього контуру. Отримано рівняння, яке описує виникнення ЕРС у варізонних напівпровідниках. Для розрахунку теплового поля побудовано теплофізичну модель на основі нестаціонарного рівняння теплопровідності з граничними умовами 2-го та 3-го роду. Використовувана теплофізична модель характеризує двошарову структуру з параметрами, що плавно змінюються. Результати чисельного експерименту дозволили отримати рекомендовані межі температури до роботи розглянутих елементів з урахуванням твердого розчину SiGe і розрахувати величину додаткової ЕРС.