Полупроводниковый преобразователь

Полупроводниковый преобразователь тепловой энергии окружающей среды в энергию постоянного электрического тока. Преобразователь представляет собой следующую принципиальную схему см. рис. 1. Рис.1. Принципиальная схема преобразователя. где П кристалл полупроводника кремний n-типа р-n переход с контактным электрическим полем Ек М1 металлический контакт с р-областью алюминий М2 - металлический контакт с n-областью алюминий d глубина залегания р-n перехода не более 10 мКм RH сопротивление нагрузки внешней цепи. Принцип работы преобразователя заключается в следующем.

Например, работа выхода электрона из полупроводника n-типа составляет 4,25 эВ, р-типа 5,25 эВ, из алюминия 4,25 эВ. Поэтому, контакт М2 с полупроводником n-типа является оммическим и не влияет на работу преобразователя, а контакт М1 с полупроводником р-типа является инжектирующим. Под действием сил теплового движения и в результате различия работ выхода, электроны из металлического контакта М1 будут инжектироваться в р-область полупроводника.

Часть электронов рекомбинирует с дырками р-области кристалла, а остальная часть электронов будет перебрасываться электрическим полем р-n перехода Ек в n-область кристалла.При этом n-область полупроводникового кристалла и контакт М2 будут заряжаться отрицательно, а контакт М1, из-за ухода из него электронов положительно, что в итоге приведет к возникновению разности электрических потенциалов между контактами М1 и М2. Поток электронов из М1 в М2 будет иметь место до тех пор, пока возрастающее электрическое поле между контактами не вызовет встречный поток электронов из n-области в р-область кристалла из-за снижения потенциального барьера р-n перехода.

Когда эти токи электронов сравняются, в изолированном кристалле установится электрическое и термодинамическое равновесие.При этом между контактами М1 и М2 установится разность потенциалов равная половине контактной разности потенциалов p-n перехода в данном случае 0,55В, что означает наличие между ними Э.Д.С. холостого хода. Если замкнуть контакты М1 и М2 внешним металлическим проводником с сопротивлением RH, то электрическое и термодинамическое равновесие полупроводникового кристалла нарушится и в цепи нагрузки потечет электрический ток I RH. При этом p-n переход будет охлаждаться, т. к. энергия электронов переходящих из р-области в n-область полупроводника будет увеличина за счет внутренней тепловой энергии кристаллической решетки полупроводника.

Для поддержания в цепи нагрузки постоянного по величине тока к нему необходимо подводить теплоту от окружающей среды Qo.c. Автор Зерний Анатолий Николаевич.