DE1539332B2 - Kontaktstück zur Kontaktierung von Thermoelementschenkeln in Thermogenerato ren - Google Patents
Kontaktstück zur Kontaktierung von Thermoelementschenkeln in Thermogenerato renInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kontaktstück zur Kontaktierung von Thermoelementschenkeln aus
Silizium als Legierungskomponente enthaltenden Halbleiterkörpern in Thermogeneratoren. Eine Materialkomponente
des Kontaktstückes ist Silizium. Kontaktstücke, die Silizium enthalten,, sind aus der
österreichischen Patentschrift 217 735. bekannt.
Das Kontaktstück kann als Anschlussstück für eine elektrische Leitung oder als Teil einer Kontaktbrücke
dienen. Es muß etwa den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Halbleitermaterial haben, damit
bei einer Temperaturänderung des Kontaktes keine zu großen mechanischen Spannungen entstehen. Es
muß gute mechanische Eigenschaften, z. B. eine große Festigkeit, haben. Weiterhin muß das Kontaktstück
gegenüber einer agressiven Atmosphäre beständig sein. Kontaktbrücken in einem Thermogenerator
müssen eine große elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzen, da der Wirkungsgrad eines Thermogenerators
unter anderem von diesen Größen abhängt.
Aus »Journal of Applied Physics«, Bd. 35, 1964, Nr. 1, S. 247 und 248, sind bereits Kontaktstücke zur
Kontaktierung von Thermoelementschenkeln aus Germanium-Silizium-Halbleitermaterial in Thermogeneratoren
bekannt, die am kalten Schenkelende aus Kupfer und am heißen Schenkelende aus Molypdän
bestehen. Nach der deutschen Auslegeschrift 1200 905 kann das heiße Schenkelende auch aus Wolfram
bestehen.
In der französischen Patentschrift 1 389 727 sind auch Kontaktstücke aus Tantal, Rhenium und Niob
oder entsprechenden Legierungen beschrieben. Solche Materialien ermöglichen zwar hohe Betriebstemperaturen,
es muß jedoch die Oxydation ihrer Oberfläche vor oder während der Kontaktierung verhindert
werden.
Ein Kontaktstück der einleitend genannten Art, das alle diese Forderungen erfüllt, besteht erfindungsgemäß
aus einer Hafnium-Silizium-Legierung, und das Mischungsverhältnis der Komponenten Hafnium
und Silizium entspricht wenigstens angenähert einer eutektischen oder distektischen Zusammensetzung.
Solche Kontaktstücke sind noch bei hohen Temperaturen von beispielsweise 1000° C oxydationsbeständig.
Mischungsverhältnisse der genannten Art sind besonders günstig, da man bei ihnen das Material des
Konitaktstückes entweder in Form eines mikroskopischen Gemenges der reinen Kristalle beider Komponenten
oder als stöchiometrische Verbindung ererhält. Distektika können weiterhin noch vorteilhaft
sein, wenn das Kontaktstück einen besonders hohen Schmelzpunkt besitzen soll. Ausschlaggebend für die
günstige Auswahl des Mischungsverhältnisses ist die elektrische und thermische Leitfähigkeit der Legierung für das Kontaktstück. Beide Größen sollen
besonders groß sein.
Vorzugsweise hat die Hafnium-Silizium-Legierung die Zusammensetzung
HfxSi1...
mit 0 < χ <C 0,15. Innerhalb dieses Bereiches kann
die Legierung die Zusammensetzung
TTf c:
ni0,075 O10,925
haben. Diese Legierung hat besonders gute elektrische und chemische Leitfähigkeit.
Das Kontaktstück nach der Erfindung erfüllt nicht nur die obenerwähnten Forderungen, es besitzt weitere
vorteilhafte Eigenschaften. Es hat eine sehr große Temperatur- und Temperaturwechselbeständigkeit
und wegen seiner metallischen Komponente eine große Härte und eine große Bruchfestigkeit. Versuche
haben ergeben, daß die Kontaktstelle ohne weiteres bis über 1000° C betrieben werden kann, so
daß bei Thermogeneratoren ein besserer Wirkungsgrad als bei den bisher bekannten Kontaktstückmaterialien
möglich ist. Außerdem dotiert das im Kontaktstück enthaltene Hafnium die Germanium-Silizium-Legierung
nicht.
Da das Kontaktstück eine Komponente des HaIbleitermaterial
enthält, ist der Halbleiterkörper unmittelbar auflegierbar, ohne daß die elektrischen
Eigenschaften des Halbleiters in ungünstigem Sinne merklich beeinflußt werden. Dieses unmittelbare Auflegieren
ist aus der belgischen Patentschrift 623 190 für die Verbindung von Kontaktstücken aus Wolfram
mit Germanium-Silizium-Schenkeln bekannt.
Zur Kontaktierung des Halbleiterkörpers mit dem Kontaktstück kann der Halbleiterkörper auch auf die
vorgehende Berührungsfläche mit dem Kontaktstück aufgeschmolzen werden.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der Zeichnung ist ein Thermogenerator dargestellt mit einem Wärmeaustauscher 1 für ein gasförmiges
Medium an der heißen Kontaktstelle und einem Wärmeaustauscher 2 für ein flüssiges Medium
an der kalten Kontaktstelle. Der Thermogenerator enthält zwei Thermoelementschenkel 3 und 4 aus
einer Germanium-Silizium-Legierung, von denen der eine durch eine Dotierung mit z. B. Bor, Gallium
oder Indium p-leitend, der andere durch eine Dotierung mit z. B. Phosphor, Arsen oder Antimon
η-leitend gemacht ist. Das Material der Thermoelementschenkel kann auch eine Eisen-Silizium-Legierung
sein. Die Kontaktstücke 5, 6 und 7 des Thermogenerators, von denen das erste als Brücke
ausgebildet ist, bestehen aus einer Hafnium-Silizium-Legierung. Sie sind durch eine elektrisch isolierende
und thermisch leitende Schicht 9 und 10, die AIu-
+5 miniumoxyd sein kann, von den Wärmeaustauschern
getrennt. Die Kontaktstücke 6 und 7 besitzen elektrische Zuleitungen 11 und 12.
Die Kontaktierung wird auf die folgende Weise durchgeführt: Kontaktstücke aus einer Hafnium-Silizium-Legierung
werden entsprechend vorgeformt. Auf sie werden Thermoelementschenkel an den vorgesehenen
Berührungsflächen 8 aufgeschmolzen oder aufgelötet.
Claims (4)
1. Kontaktstück zur Kontaktierung von Thermoelementschenkeln aus Silizium als Legierungskomponente
enthaltenden Halbleiterkörpern in Thermogeneratoren, dessen eine Materialkomponente
Silizium ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstück (5, 6, 7) aus einer
Hafnium-Silizium-Legierung besteht und daß das Mischungsverhältnis der Komponenten Hafnium
und Silizium wenigstens angenähert einer eutek-
tischen oder distektischen Zusammensetzung entspricht.
2. Kontaktstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hafnium-Silizium-Legierung
die Zusammensetzung
mit 0<x<0,15 hat.
3. Kontaktstück nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hafnium-Silizium-Legierung
die Zusammensetzung
hat.
4. Verfahren zur Kontaktierung des Halbleiterkörpers mit dem Kontaktstück nach einem
der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (3, 4) auf die vorgesehene
Berührungsfläche (8) mit dem Kontaktstück (5, 6, 7) aufgeschmolzen wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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