термоэлектрические свойства,термоэдс,теплопроводность

д.с.
Для контактов 2-х металлов величина удельной термо-э.д.с., как правило, очень малая , а для контактов полупроводников эта величина в сотни раз больше.
Явление Зеебека используется для измерения температуры приборами, которые называются термопарой. Один спай в термопаре поддерживают при известной температуре, а второй спай помещают в среду с неизвестной температурой. В соответствии с силой тока І или величиной термо-э.д.с. можно установить неизвестную температуру с точностью до ~ 10–2 К. Термопары также можно использовать в качестве источников напряжения. Чаще всего с этой целью используют контакты полупроводников. Такие термопары имеют к.к.д. ~ 10% и могут достигать мощности в сотни кВт.

3. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Количеством теплоты, переданным системе, называется количество энергии, которая передана системе внешними телами во время теплообмена. Всегда происходит между телами или частями одного тела, нагретыми до разной температуры. Существует три вила теплообмена:
- конвективный;
- теплопроводность;
- теплообмен излучением.
Теплопроводность — способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на противоположных поверхностях. Различные материалы проводят теплоту по-разному: одни быстрее (например, металлы), другие медленнее (теплоизоляционные материалы).
Теплопроводность характеризуется количеством теплоты (Дж), проходящей в течение 1 ч через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м2, при разности температур на противоположных плоскопараллельных поверхностях в 1 К [4, c. 78].
Теплоемкостью тела называется физическая величина, которая численно равняется количеству теплоты, необходимую телу для повышения его температуры на 1 К, то есть:
, . (16)
Удельной теплоемкостью называется теплоемкость единицы массы тела, то есть:
, . (17)

Часто используют понятие молярной теплоемкости тела, которая равняется теплоемкости одного моля (или киломоля) вещества:
, , (18)
где – внутренняя энергия моля (или киломоля).
Согласно выводам классической физики: одной колебательной степени свободы соответствует средняя тепловая энергия . Поскольку, колебание каждого узла кристаллической решетки раскладывается на три нормальных (то есть взаимно перпендикулярных) колебания, то внутренняя энергия моля (киломоля) равняется:
, (19)
где – число Авогадро, к – постоянная Больцмана, а – универсальная газовая постоянная.
Тогда, с учетом выше сказанного, для теплоемкости киломоля вещества получим выражение:
(20)
Это выражение носит название закона Дюлонга и Пти (в 1819 г.). Если кристалл состоит из молекул, которые содержат п атомов (например, для имеем п = 5), то
. (21)
Закон Дюлонга и Пти (16) является справедливым для температур . При этих температурах в кристалле возбуждаются фононы всех возможных частот вплоть до . В этом случае средняя энергия квантового осциллятора равняется . Когда проявляются квантовые эффекты, и средняя энергия колебаний осциллятора
. (22)
Соответствующий расчет для температур дает такое выражение теплоемкости киломоля вещества
. (23).
Теплопроводность зависит от средней плотности материала (с увеличением средней плотности теплопроводность возрастает), его структуры, пористости, влажности и средней температуры слоя материала. Чем выше пористость (меньше средняя плотность) материала, тем ниже теплопроводность. С увеличением влажности материала теплопроводность резко возрастает, при этом понижаются его теплоизоляционные свойства. Поэтому все теплоизоляционные материалы хранят в помещении или под навесом, а в теплоизоляционной конструкции защищают от попадания влаги покровным слоем.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Уровень развития современной полупроводниковой электроники тесно связан с достижениями в технологии полупроводниковых материалов. История технологии полупроводникового кремния характеризуется непрерывным стремлением к совершенству. Это вызвано тем, что совершенство кристаллов, однородность свойств по объему не только влияет на рабочие характеристики приборов и микросхем, но и определяет эффективность их производства. С увеличением степени интеграции свойства отдельного элемента все более определяются локальными свойствами кристаллической подложки. Кремний является основным материалом для изготовления интегральных схем высокой эффективности. Возможность совершенствования полупроводниковых приборов заложена в повышении качества подложек, характеристики которых находятся в прямой зависимости от свойств монокристаллов и изготавливаемых из них пластин. Задача получения монокристаллов с равномерным распределением электрических свойств, пониженным содержанием остаточных фоновых примесей и структурных дефектов весьма актуальна. Таким образом, один из главных путей улучшения качества изделия полупроводниковой микроэлектроники - это улучшение качества исходных кристаллов кремния. Термостабильность свойств кристаллов кремния относится к основным параметрам качества полупроводникового материала. Именно термостабильность свойств кристаллов кремния определяет устойчивость к деградации параметров микроэлектронных приборов при повышенных температурах и расширяет области их применения. Термостабильность кристаллов кремния имеет также существенное значение при изготовлении микроэлектронных приборов, поскольку в технологических процессах кристалл подвергается воздействию высоких температур, которые часто необратимо ухудшают свойства исходных кристаллов.
Дестабилизирующими факторами также являются напряженные состояния решетки кремния, возникающие при термической и механической обработке кристаллов или же при создании многослойных полупроводниковых структур. Имеются и другие дестабилизирующие факторы, например, радиационное облучение. Актуальность проблемы обусловлена, с одной стороны, улучшением термостабильности кристаллов кремния, а с другой - необходимостью создания полупроводниковых приборов на основе кремния со стабильными параметрами.
Возможности экстенсивного развития технологии кремния в настоящее время уже исчерпаны. Поэтому различные исследования, приводящие к дальнейшему совершенствованию технологии монокристаллов нужны, интересны и перспективны.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. С.С.Горелик, М.Я Дашевский. Материаловедение полупроводников и диэлектриков, Москва МИСИС 2003. С. 479.
2. Савельев И.В. Курс общей физики. – т.2. – М.: Наука, 1987-88 §§ 79.
3. Савельев И.В. Курс общей физики. – т.3. – М.: Наука, 1987-88 §§ 64, 65.
4. Бушманов Б.Н., Хромов Ю.А. Физика твердого тела. – М.: Наука, 1987-88, Гл. 5 §§ 5, 11.17.












2





dn

Іосн

Інеосн

n

n, р

nn

рn

рр

nр

х

0

dp

p

ионы примеси

электроны

ионы примеси


«дыры»

ЕФn

ЕФp

e·Uк

n

р

d

ЗП

ВЗ

Рис. 1. Получение р-п перехода

а)

d

б)

в)

Іосн

e(Uк – Uпр)

Інеосн

d

ЕФp

ЕФn

Рис. 2. Прямое включение р-п перехода

n

р

e(Uк + Uобр)

d

Іосн

Інеосн

ЕФp

ЕФn

n

р

Рис. 3. Обратное включение р-п перехода








































































































































Б

К

Э

п-р-п

Б

К

ЭЕ

р-п-р

Рис. 5. Схематическое обозначение транзисторов

Uвх

Rвых

Rвх

Рис. 4. Схема включения с общей базой

εэ

–

n

p

+

n

–

+

εК

Uвых

эмитер

база

коллектор

Рис. 6. Энергетические диаграммы п-р-п транзистора

Е

Б

εБЕ

εБК

εБЕ

εБК

инжекция

Iнеосн

К

ЕФ

п

п

р

а)

Е

Б

К

п

п

р

б)

C

A

a

b

ℓ











Рис. 7. К объяснению эффекта Холла















п-тип

р-тип

е–

h+

Рис. 8. Эффект Холла в полупроводниках п- и р-типа

М1

В

А

С

D

М2

Е = 0

ЕФ1

ЕФ2

еUа

еUі

φА

φВ

φС

φD

Рис. 10. Энергетическая диаграмма контакта 2-х металлов

А

В

ЕР1

М1

М2

ЕФ1

А1

ЕР2

Е = 0

А2

ЕФ2

Рис. 9. Потенциальные ямы 2-х металлов до контакта

е–

М2

М1

A

B

C

D

1

1

a)

б)

1

B

1

D

C

A

Ua

Ui

D

Рис. 11. Эпюра потенциала при контакте 2-х металлов

П

d

ε

М1

В

Усилитель

Осциллогр.

М2

r

–q

+q

Рис. 12. Схема для измерения контактной разницы потенциалов

Рис. 13. Электрическая схема термопары

Г

М1

Т1

Т2

І

М1

М2

М2

Рис. 8. Електрична схема термопари

Г

М1

Т1

Т2

І

М1

М2

М2