ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ Ag2S
Ф.Ф. Алиев, Г.И. Исаков, Г.П. Пашаев, Т.Ф. Юсифова, А.Г. Рагимов, С.З. Дамирова
Институт Физики НАН Азербайджана, AZ-1143, Баку, пр. Г. Джавида, 33
E-mail: gudrat@physics.ab.az
В последние годы возросла актуальность применения полупроводниковых соединений со сложной структурой энергетических зон, в которых обеспечиваются запаздывание наступления собственной проводимости при достаточно большой концентрации носителей заряда. Материалы с такими особенностями можно найти среди халькогенидов серебра, обладающих несферической изоэнергетической поверхностью и имеющих достаточное количество дефектов. Использование этих материалов в приборостроении вызывает необходимость всестороннего исследования влияния внешних факторов на их параметры и качество. Так, изучение структурных изменений (фазовых переходов — ФП) полупроводниковых материалов очень важно по целому ряду причин. Исследование ФП способствует определению области стабильности свойств полупроводниковых материалов, позволяет лучше понять некоторые физические процессы, предшествующие и способствующие ФП. С практической точки зрения знание факторов, влияющих на ФП, позволяет управлять кинетикой процесса, что необходимо, например, для расширения интервала сохранения специфических свойств вещества. С другой стороны актуальность проблемы ФП возрастает в связи с тем, что на основе полупроводниковых приборов создаются устройства с эффектом переключения и памяти. Границы стабильной работы этих приборов определяются, в первую очередь, неизменностью структурного состояния вещества, поскольку на качество работы приборов могут влиять самые незначительные структурные изменения. С этой точки зрения определение области стабильного существования различных фаз халькоге-нидов серебра, (Ag2Te, Ag2Se и Ag2S), температурной области, в которой отсутствуют не только ФП, но и не
с fei
Рис. 1. Температурные зависимости тока и напряжения Ag2S
происходят другие структурные изменения, является весьма важной задачей.
В работе [1] показано, что использование эффекта Пельтье для управления ФП позволяет создать целый ряд приборов. Поэтому актуальны поиск и исследование материалов, претерпевающих структурные ФП и показывающих значительный эффект Пельтье. Применение электронно-ионных проводников в таких устройствах делает в настоящее время актуальным исследование, в часности, сульфида серебра (Аg2S), так как оно в интервале температур 430-440 К переходит из низкотемпературной а-фазы в высокотемпературную р-фазу [2]. Кроме того, электрофизические свойства Аg2S зависит от степени отклонения от стехиометрии — в отличие от Аg2Те и Аg2Sе, в Аg2S избыток серы приводит к увеличению электропроводности, а избыток серебра — к ее уменьшению. Температура ФП также зависят от содержания серебра и серы: при избытке серебра она сдвигается в высокотемпературную область [3].
На рис.1 представлены температурные зависимости тока 1(Т) через образец и падения напряжения и(Т) на образце. Как видно, ток при ~435К скачком увеличивается примерно на 4 порядка, а напряжение уменьшается на столько же. Известно, что R~U, поэтому при фазовом переходе в Аg2S сопротивление также падает скачком. Такие скачкообразные изменения тока и напряжения позволяют создать устройство для усиления слабых электрических сигналов, т.е. в позволяет использовать Аg2S в усилительных устройствах.
На рис.2 представлена схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из термоэлемента Пельтье (р-ветвь которого изготовлена из ВЬТе^Ь, ге-ветвь — из ВЬТе^е) 1 размерами 5х5х5 мм, на рабочем слое 2 которого в тепловом контакте с ним находится
Рис. 2. Устройство для усиления тока
Статья поступила в редакцию 26.01.2006. The article has entered in publishing office 26.01.2006.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE № 4(36) 2006 Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ № 4(36) 2006
Основные проблемы энергетики и альтернативной энергетики
Аg2S+0,25 ат.% Аg в виде тонкой пластины 4 размерами 6х3х0,25мм, прикрепленной через электроизолированный теплопереход 5 к элементу Пельтье.
Усилитель работает следующим образом: в термостате 3 устанавливают температуру, примерно на 1 К ниже температуры ФП материала термопреобразователя 4. Затем повышается температура электроизолированного теплоперехода на 1 К, что приводит к ФП, который сопровождается уменьшением сопротивления на ~4 порядка. Резкое уменьшение сопротивления приводит к возрастанию тока через устройство на ~ 4 порядка. При подаче ивх в термоэлементе 1 выделяется мощность W = Шех, что приводит к выделению
Т
теплоты Q = ЕW, где Е =-{(г) — холодильный ко-
ДТ
эффициент, / (г) — функция критерия Иоффе, ДТ —
разность температур для осуществления ФП.
Для изменения температуры устройства на 1 К в области ФП (435 К) достаточно 1вх=40 мА. При пере-
ходе из низкотемпературной а-фазы в высокотемпературную р-фазу (а^Р) усиливается ток, а при переходе Р^а — напряжение. Для этого достаточно в цепи термоэлементов Пельтье изменить направления I.
Таким образом, предлагаемое устройство на основе Аg2S + 0,25ат.% Аg дает возможность усиления как малых токов, так и малых напряжений.
Список литературы
1. Бугаев А.А.,Захарчения Б.П., Стильбанс Л.С., Пыжев Л.Г., Чудновский Ф.А., Шер Э.М. Устройство для усиления силы тока, эффективности термоэлектрического преобразования при малых перепадах температур //ФТП. 1979. Т.13, В.7. С.1446-1447.
2. Алиев Ф.Ф., Алиев С.А., Рагимов С.С. и др. Термоэлектрический усилитель//Авт. свид.1992, №1795844,3с.
3. Горбачев В.В. Полупроводниковые соединения АI2ВVI. М.: «Металлургия», 1980, С.132.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE № 4(36) 2006 Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ № 4(36) 2006
<
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.