В настоящее время в промышленности остаточное низко потенциальное тепло (вода от охлаждающих устройств с температурой менее 100°С, отработанный пар, дымовые газы с температурой ниже 300°С.)  рассеиваются в атмосфере.

Одним из перспективных способов использования  остаточной потенциальной энергии является непосредственное преобразование тепла в электричество с помощью полупроводниковых термоэлектрических генераторов (ТЭГ).

Принцип работы ТЭГ , достоинства и недостатки достаточно широко освещены в технической литературе, поэтому останавливаться на них не будем.

Целью публикации является предложение самой простой и доступной технологии (гаражной)  изготовления объёмных полупроводниковых материалов для НИОКР.

Предлагается простая технология изготовления полупроводника для ТЭГ — эвтектическая смесь сульфида меди и сульфида свинца.

Сульфид меди (I) и свинца (II) плавятся соответственно при    1114 и 1121  градусов. При этом смесь , содержащая 52% (масс.)  сульфида меди и 48% (масс.) сульфида свинца является эвтектической и плавится при температуре 550 градусов.  Эта смесь в твёрдом состоянии является полупроводником.

Сульфиды меди и свинца получают  взаимодействием  при нагревании металлов с серой.

2Cu+S=CuS

Pb+S=PbS

Серу берут в двукратном количестве  от стехиометрического количества.

Выполнение работ:

Получение сульфида меди.

Берём порошок меди в стехиометрическом количестве, рис. № 2.1.

Рис. № 2.1.  Порошок меди.

Закрытый тигель с серой нагреваем газовой горелкой, периодически открывая его.   Осторожно (РАБОТАТЬ ПОД ТЯГОЙ). Температура плавления серы 113 градуса, рис. № 2.2. Температура кипения 444 градуса.  

Рис. № 2.2. Расплав серы.

После расплавления всей серы  высыпаем в расплав порошок меди , перемешиваем и закрываем крышку.  Продолжаем нагревать до полного выгорания серы.  Охлаждаем тигель .  Размельчаем в ступе , и сульфид меди готов, рис. № 2.3.

Рис. № 2.3. Сульфид меди

Аналогично получаем такое же количество сульфида свинца.

Из порошков сульфидов готовим смесь состава, отвечающего эвтектонике. Тщательно растираем в ступе оксиды. Нагреваем до полного плавления. Выливаем в форму и получаем готовый полупроводник, рис. № 2.4.

Рис. № 2.4. Готовая полупроводниковая таблетка — эвтектоника сульфида свинца и сульфида меди.

При этом всем известно, что по виду проводимости полупроводники подразделяют на n-тип и р-тип. У чистых или собственных полупроводников концентрация электронов и дырок одинакова. Электропроводимость собственного (беспримесного) полупроводника очень низка.

Чтобы превратить собственный полупроводник в примесный, необходимо ввести в его кристаллическую решетку некоторое количество специально подобранной химической добавки, т.е. осуществить легирование полупроводника.
Примеси создают ряд энергетических уровней в запрещенной зоне. В результате вероятность образования электронно-дырочных пар при температуре возбуждения оказывается значительно более высокой, чем в собственном полупроводнике.

В таких полупроводниках электрическая проводимость осуществляется в основном за счет носителей зарядов одного знака – электронов или дырок. Чтобы обеспечить электронную или дырочную проводимость, достаточно, как правило, ввести один атом соответствующей примеси на  атомов собственного полупроводника. Атомы примеси в кристаллической решетке германия или кремния (4 группа таблицы Менделеева) обычно замещают часть основных атомов в узлах решетки. Результаты такого замещения зависят от материала примеси.

Существуют легирующие примеси двух видов: доноры – пятивалентные элементы, такие как P, As, Sb (донор – дающий, жертвующий). Концентрацию доноров будем обозначать Nd. Акцепторы – трехвалентные элементы, такие как B, Al, In, Ga (акцептор – принимающий, берущий). Концентрацию акцепторов будем обозначать Na. На основании этого различают полупроводники n-типа и p-типа.

Для получения полупроводника n-типа в кристалл 4-х валентного кремния вводят примесь донора (валентность — 5).

Для получения полупроводника p-типа в кристалл 4-х валентного кремния вводят примесь акцептора (валентность 3).

Пример: в 1  (≈ 2 г) кремния – 4,99* атомов. Собственная концентрация ni=pi – 2* носит/ . При введении в кремний 2* атомов фосфора (все ионизированы), проводимость будет складываться из суммы электронов (2* +2* ≈2* ), что увеличит проводимость кремния после легирования в  раз (100 тыс. раз). При этом 2* атомов фосфора, составляют 0,5* атомов кремния, а значит 0,5*2* г, что составляет 1* г=0,1* г=0,1мкг P (на 2 г Si) или 50мкг P на 1 кг Si.

ВЫВОД:

Предложен простой способ изготовления объёмного полупроводника. Объёмный полупроводник изготавливается плавление эвтектической смеси сульфида меди и сульфида свинца с последующей заливкой в любые формы.

Получение объёмного полупроводника N или зависит от легирующих примесей.