Полупроводниковое изделие, заготовка для его изготовления, термоэлектрический элемент, содержащий полупроводниковое изделие, и термоэлектрический модуль

Авторы патента:

H01L35/32 - отличающиеся конструкцией или конфигурацией термоэлемента или термопары, образующей прибор

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам, работа которых основана на использовании эффектов Пельтье и Зеебека, а именно - к термоэлектрическим генераторам, охлаждающим и нагревательным устройствам, и, более конкретно - к термоэлектрическим элементам, входящим в состав таких устройств, и к полупроводниковым изделиям из кристаллических материалов, предназначенным для изготовления термоэлектрических элементов. Задачей изобретения является создание полупроводниковых изделий, имеющих повышенную прочность и позволяющих при небольшом количестве типов и размеров изделий создавать из них различные по размерам и мощности термоэлектрические элементы, модули и устройства, создание заготовок для изготовления таких полупроводниковых изделий и создание термоэлектрических устройств, их модулей и элементов, имеющих повышенную прочность и оптимальное сочетание прочностных, электрофизических и теплофизических качеств. Полупроводниковое изделие, изготовленное из кристаллического материала и выполненное в виде шайбы с параллельными плоскими торцами и перпендикулярной им боковой поверхностью, имеющей грани, в поперечном сечении выполнено в виде треугольника. Заготовка для изготовления полупроводниковых изделий из кристаллического материала выполнена в виде стержня, имеющего в поперечном сечении форму треугольника. Слои кристаллического материала могут быть расположены параллельные оси стержня. Термоэлектрический элемент образован одним или несколькими полупроводниковыми изделиями, имеющими поперечные сечения в виде треугольников, и может быть составлен из нескольких таких изделий, имеющих различное взаимное расположение. Термоэлектрический модуль составлен из расположенных рядом термоэлектрических элементов р-типа и n-типа, у каждого из которых количество граней боковой поверхности равно трем.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны термоэлектрические устройства с термоэлектрическими элементами р-типа, термоэлектрическими элементами n-типа, и соединенными с ними электродами, причем каждый термоэлектрический элемент содержит полупроводниковое изделие, изготовленное из кристаллического материала в виде шайбы, имеющей первый плоский торец, параллельный ему второй плоский торец и перпендикулярную указанным плоским торцам цилиндрическую боковую поверхность (WO 97/013283, 1997, ЕР 0870337 B1, 2002).

Такие известные термоэлектрические устройства с термоэлектрическими элементами в виде цилиндров имеют неоптимальное соотношение общей площади сечения термоэлектрических элементов к площади, через которую происходит подвод и отвод тепловых потоков при работе термоэлектрических устройств, из-за относительно большой общей площади зазоров между соседними термоэлектрическими элементами при заданных минимальных величинах зазоров. Это ограничивает тепловую и электрическую мощность термоэлектрических устройств при прочих равных условиях.

Известны также термоэлектрические устройства с термоэлектрическими элементами р-типа, термоэлектрическими элементами n-типа, и соединенными с ними электродами, причем каждый термоэлектрический элемент содержит полупроводниковое изделие, изготовленное из кристаллического материала в виде шайбы, имеющей первый плоский торец, параллельный ему второй плоский торец и перпендикулярную указанным плоским торцам цилиндрическую боковую поверхность, имеющую грани (RU 2075138 С1, 1997).

В этих известных термоэлектрических устройствах термоэлектрические элементы и входящие в них полупроводниковые изделия имеют боковые поверхности с четырьмя гранями каждая и в поперечном сечении выполнены в виде прямоугольников. Такое выполнение позволяет уменьшить общую площадь зазоров между термоэлектрическими элементами и, тем самым, повысить тепловую мощность и эффективность термоэлектрических устройств. Однако, известные полупроводниковые изделия из кристаллических материалов, входящие в состав известных термоэлектрических элементов, обладают сравнительно малой прочностью при высокой жесткости и хрупкости. В известных термоэлектрических устройствах промежутки между термоэлектрическими элементами проходят в двух направлениях - вдоль их граней. Известные термоэлектрические устройства имеют разную жесткость относительно этих направлений и относительно остальных направлений. При работе термоэлектрических устройств возникающие в них тепловые потоки вызывают неравномерные термические деформации частей устройств, приводящие к механическим нагрузкам, действующим в разных направлениях на термоэлектрические элементы и жесткие полупроводниковые изделия из кристаллических материалов. В результате этого под действием механических нагрузок может происходить растрескивание полупроводниковых изделий из кристаллических материалов, приводящее к ухудшению или полному нарушению работы термоэлектрических устройств.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание полупроводниковых изделий, имеющих повышенную прочность и позволяющих при небольшом количестве типов и размеров изделий создавать из них различные по размерам и мощности термоэлектрические элементы, модули и устройства, создание заготовок для изготовления таких полупроводниковых изделий и создание термоэлектрических устройств, их модулей и элементов, имеющих повышенную прочность и оптимальное сочетание прочностных, электрофизических и теплофизических качеств.

В основу изобретения положен изобретательский замысел, заключающийся в увеличении по сравнению с известными устройствами количества направлений, относительно которых снижена жесткость термоэлектрических элементов, модулей и устройств, и уменьшение, тем самым, механических нагрузок, действующих на полупроводниковые кристаллические изделия при работе термоэлектрических устройств.

Эта задача решена тем, что в полупроводниковом изделии, преимущественно для термоэлектрических устройств, изготовленном из кристаллического материала и выполненном в виде шайбы с двумя по существу параллельными плоскими торцами и по существу перпендикулярной им боковой поверхностью, имеющей грани, согласно изобретению изделие в поперечном сечении выполнено в виде треугольника.

Такое выполнение полупроводниковых изделий позволяет составлять из них термоэлектричесие элементы различной конфигурации, обладающие сниженной жесткостью относительно направлений, не совпадающих с направлениями промежутков между термоэлектрическими элементами в термоэлектрических модулях.

Полупроводниковое изделие целесообразно изготавливать из кристаллического материала со слоистой структурой, имеющей слои, перпендикулярные указанным параллельным плоским торцам. При таком выполнении полупроводникового изделия в случае воздействия на него нагрузок, превышающих предел прочности, оно раскалывется на отдельные слои так, что изделие сохраняет работоспособность без существенного ухудшения свойств.

Боковая поверхность полупроводникового изделия может быть свободна от разрушающей обработки для улучшения прочности и упрощения изготовления изделия.

Боковая поверхность полупроводникового изделия может быть покрыта электроизоляционным материалом для предотвращения электрического замыкания между соседними термоэлектрическими элементами в случае попадания влаги или посторонних частиц в зазоры между элементами.

В поперечном сечении полупроводниковое изделие в зависимости от конфигурации термоэлектрического элемента, для которого оно предназначено, может быть выполнено в виде прямоугольного равнобедренного треугольника со скругленными углами или в виде равностороннего треугольника со скругленными углами или в виде треугольника со скругленными углами, имеющего две прямолинейные стороны и одну дугообразную сторону.

Заготовка для изготовления полупроводниковых изделий, преимущественно для термоэлектрических устройств, выполненная из кристаллического материала, согласно изобретению выполнена в виде стержня с прямолинейной осью, имеющего в поперечном сечении форму треугольника.

Заготовку целесообразно выполнять из кристаллического материала со слоистой структурой, имеющей слои, параллельные оси стержня.

Наружная поверхность заготовки может быть покрыта электроизоляционным материалом.

В поперечном сечении заготовка может быть выполнена в виде прямоугольного равнобедренного треугольника со скругленными углами или в виде равностороннего треугольника со скругленными углами или в виде треугольника со скругленными углами, имеющего две прямолинейные стороны и одну дугообразную сторону, в зависимости от того, для изготовления каких изделий заготовка предназначена.

В термоэлектрическом элементе, содержащем по меньшей мере одно полупроводниковое изделие из кристаллического материала и имеющем первый плоский торец, образованный первым торцем полупроводникового изделия, на который нанесено электропроводное покрытие, по существу параллельный ему второй плоский торец, образованный вторым торцем полупроводникового изделия, на который нанесено электропроводное покрытие, и боковую поверхность, по меньшей мере частично образованную боковой поверхностью полупроводникового изделия, имеющего грани, согласно изобретению полупроводниковое изделие в поперечном сечении выполнено в виде треугольника.

Термоэлектрический элемент может быть составлен из расположенных рядом полупроводниковых изделий, каждое из которых в поперечном сечении выполнено в виде треугольника со скругленными углами, и выполнен в виде призмы с гранями, по меньшей мере частично образованными гранями указанных полупроводниковых изделий.

В таком термоэлектрическом элементе первые торцы полупроводниковых изделий могут быть электрически и механически соединены между собой и вторые торцы полупроводниковых изделий могут быть электрически и механически соединены между собой.

Это соединение может быть осуществлено посредством пластин из электро- и теплопроводного материала.

Термоэлектрический элемент может быть составлен из полупроводниковых изделий, каждое из которых в сечении, перпендикулярном граням его боковой поверхности, выполнено в виде прямоугольного равнобедренного треугольника со скругленными углами.

Термоэлектрический элемент может быть составлен их двух указанных полупроводниковых изделий и выполнен в виде трехгранной призмы, одна грань которой образована двумя гранями двух указанных полупроводниковых изделий, а две остальные грани образованы каждая одной гранью каждого из указанных полупроводниковых изделий, при этом термоэлектрический элемент в сечении, перпендикулярном его граням, выполнен в виде прямоугольного равнобедренного треугольника со скругленными углами.

Термоэлектрический элемент может быть составлен также из четырех указанных полупроводниковых изделий и выполнен в виде четырехгранной призмы, грани которой образованы гранями указанных полупроводниковых изделий, при этом термоэлектрический элемент в сечении, перпендикулярном его граням, выполнен в виде квадрата со скругленными углами.

Термоэлектрический элемент также может быть составлен из четырех указанных полупроводниковых изделий и выполнен в виде трехгранной призмы, каждая грань которой образована двумя гранями указанных полупроводниковых изделий, при этом одно из указанных полупроводниковых изделий расположено посередине между тремя остальными полупроводниковыми изделиями, и термоэлектрический элемент в сечении, перпендикулярном его граням, выполнен в виде прямоугольного равнобедренного треугольника со скругленными углами.

Термоэлектрический элемент может быть составлен из полупроводниковых изделий, каждое из которых в сечении, перпендикулярном граням его боковой поверхности, выполнено в виде равностороннего треугольника со скругленными углами.

Такой термоэлектрический элемент может быть составлен из шести указанных полупроводниковых изделий и выполнен в виде шестигранной призмы, грани которой образованы гранями указанных полупроводниковых изделий, при этом термоэлектрический элемент в сечении, перпендикулярном его граням, выполнен в виде шестиугольника.

Термоэлектрический элемент может быть составлен также из четырех указанных полупроводниковых изделий и выполнен в виде трехгранной призмы, каждая грань которой образована двумя гранями указанных полупроводниковых изделий, при этом одно из указанных полупроводниковых изделий расположено посередине между тремя остальными полупроводниковыми изделиями, и термоэлектрический элемент в сечении, перпендикулярном его граням, выполнен в виде равностороннего треугольника со скругленными углами.

Термоэлектрический элемент может быть составлен их трех указанных полупроводниковых изделий и выполнен в виде четырехгранной призмы, одна грань которой образована двумя гранями двух указанных полупроводниковых изделий, а три остальные грани образованы каждая одной гранью одного из указанных полупроводниковых изделий, при этом термоэлектрический элемент в сечении, перпендикулярном его граням, выполнен в виде трапеции со скругленными углами.

Пластина, посредством которой соединены торцы полупроводниковых изделий, может быть выполнена с одной или несколькими прорезями, проходящими над частью стыка между гранями боковых поверхностей соседних полупроводниковых изделий. Такое выполнение обеспечивает дальнейшее уменьшение жесткости термоэлектрических элементов, составленных из нескольких полупроводниковых изделий.

Термоэлектрический модуль, содержащий термоэлектрические элементы р-типа, имеющие каждый эквидистантные торцевые поверхности и перпендикулярную им боковую поверхность, имеющую грани, термоэлектрические элементы n-типа, имеющий каждый эквидистантные торцевые поверхности и перпендикулярную им боковую поверхность, имеющую грани, и электроды, соединенные с указанными торцевыми поверхностями термоэлектрических элементов, согласно изобретению составлен из расположенных рядом термоэлектрических элементов, у каждого из которых количество граней боковой поверхности равно трем.

Термоэлектрический модуль может быть составлен из двух термоэлектрических элементов р-типа, имеющих в сечении, перпендикулярном граням боковой поверхности, форму прямоугольных равнобедренных треугольников, и двух термоэлектрических элементов n-типа, имеющих в сечении, перпендикулярном граням боковой поверхности, форму прямоугольных равнобедренных треугольников, при этом вершины прямых углов указанных треугольников обращены внутрь модуля, и лежащие против прямых углов стороны указанных треугольников расположены по сторонам квадрата.

Термоэлектрический модуль может быть составлен также из трех термоэлектрических элементов р-типа, имеющих в сечении, перпендикулярном граням боковой поверхности, форму равносторонних треугольников, и трех термоэлектрических элементов n-типа, имеющих в сечении, перпендикулярном граням боковой поверхности, форму равносторонних треугольников, при этом одна вершина каждого указанного треугольника обращена внутрь модуля, и лежащие против указанных вершин стороны указанных треугольников расположены по сторонам шестиугольника.

Далее изобретние раскрыто на примерах осуществления с ссылками на приложенные чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ

На приложенных чертежах изображено:

на фиг.1 - полупроводниковое изделие согласно настоящему изобретению - вид сбоку;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, (первый вариант);

на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1, (второй вариант);

на фиг.4 - разрез А-А на фиг.1, (третий вариант);

на фиг.5 - заготовка для изготовления полупроводникового изделия согласно настоящему изобретению - общий вид;

на фиг.6 - увеличенный разрез В-В на фиг.5 (первый вариант);

на фиг.7 - увеличенный разрез В-В на фиг.5 (второй вариант);

на фиг.8 - увеличенный разрез В-В на фиг.5 (третий вариант);

на фиг.9 - термоэлектрический элемент согласно настоящему изобретению (первый вариант) вид сбоку;

на фиг.10 - разрез С-С на фиг.9;

на фиг.11 - термоэлектрический элемент согласно настоящему изобретению (второй вариант) вид сбоку;

на фиг.12 - вид сверху на фиг.11;

на фиг.13 - разрез D-D на фиг.11;

на фиг.14 - термоэлектрический элемент согласно настоящему изобретению (третий вариант) вид сбоку;

на фиг.15 - вид сверху на фиг.14;

на фиг.16 - разрез Е-Е на фиг.14;

на фиг.17 - термоэлектрический элемент согласно настоящему изобретению (четвертый вариант) вид сбоку;

на фиг.18 - вид сверху на фиг.17;

на фиг.19 - разрез F-F на фиг.17;

на фиг.20 - термоэлектрический элемент согласно настоящему изобретению (пятый вариант) вид сбоку;

на фиг.21 - вид сверху на фиг.20;

на фиг.22 - разрез G-G на фиг.20;

на фиг.23 - термоэлектрический элемент согласно настоящему изобретению (шестой вариант) вид сбоку;

на фиг.24 - вид сверху на фиг.23;

на фиг.25 - разрез Н-Н на фиг.23;

на фиг.26 - термоэлектрический элемент согласно настоящему изобретению (седьмой вариант) вид сбоку;

на фиг.27 - вид сверху на фиг.26;

на фиг.28 - разрез J-J на фиг.26;

на фиг.29 - термоэлектрический модуль согласно настоящему изобретению (первый вариант) вид сбоку;

на фиг.30 - вид сверху на фиг.29;

на фиг.31 - разрез К-К на фиг.29;

на фиг.32 - вид снизу на фиг.29;

на фиг.33 - термоэлектрический модуль согласно настоящему изобретению (второй вариант) вид сбоку;

на фиг.34 - вид сверху на фиг.33;

на фиг.35 - разрез L-L на фиг.33;

на фиг.36 - вид снизу на фиг.33.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЙ

Как показано на фиг.1, полупроводниковое изделие 1, предназначенное для использования в термоэлектрических устройствах (не показаны на фиг.1), выполнено в виде шайбы с двумя параллельными плоскими торцами 2, 3 и перпендикулярной им боковой поверхностью 4, имеющей три грани 5, 6, 7 (фиг.2 и 3) или две грани 5, 6 (фиг.4). Изделие 1 изготовлено из кристаллического материала со слоистой структурой, имеющий слои 8а, 8b, 8с, 8d (фиг.2-4), перпендикулярные плоским торцам 2, 3.

Боковая поверхность 4 изделия 1 свободна от разрушающей обработки и покрыта электроизоляционным материалом 9.

В поперечном сечении А-А изделие 1 выполнено в виде прямоугольного равнобедренного треугольника со скругленными углами 10, 11, 12 (фиг.2 - первый вариант выполнения), или в виде равностороннего треугольника со скругленными углами 10, 11, 12 (фиг.3 - второй вариант выполнения) или в виде треугольника со скругленными углами 10, 11, 12, имеющего две прямолинейные стороны 5, 6 и одну дугообразную сторону 7 (фиг.4 - третий вариант выполнения).

Заготовка 13 для изготовления полупроводниковых изделий 1, выполнена в виде стержня (фиг.5) с прямолинейной осью 14. Стержень 13 имеет наружную поверхность 4с тремя гранями 5, 6, 7 (фиг.6 и 7) или двумя гранями 5, 6 (фиг.8).

Заготовка выполнена из кристаллического материала со слоистой структурой, имеющей слои 8а, 8b, 8c, 8d, параллельные оси 14стержня 13.

Наружная поверхность 4 заготовки 13 покрыта электроизоляционным материалом 9.

В поперечном сечении Б-Б заготовка 13 выполнена в виде прямоугольного равнобедренного треугольника со скругленными углами 10, 11, 12 (фиг.6 - первый вариант выполнения), или в виде равностороннего треугольника со скругленными углами 10, 11, 12 (фиг.7 - второй вариант выполнения) или в виде треугольника со скругленными углами 10, 11, 12, имеющего две прямолинейные стороны 5, 6 и одну дугообразную сторону 7 (фиг.8 - третий вариант выполнения).

Для изготовления полупроводниковых изделий 1 заготовку 13 разрезают на части перпендикулярно ее оси 14.

Показанный на фиг.9 и 10 термоэлектрический элемент 15 (первый вариант) содержит полупроводниковое изделие 1 из кристаллического материала. Элемент 15 имеет первый плоский торец 16, образованный первым торцем (не обозначен) полупроводникового изделия 1, параллельный ему второй плоский торец 17, образованный вторым горцем (не обозначен) полупроводникового изделия 1, и боковую поверхность 18, образованную боковой поверхностью 4 изделия 1. Боковая поверхность 4 изделия 1 имеет три грани (не обозначены), образующие.три грани 19а, 19b, 19с боковой поверхности 18 элемента 15 (фиг.10). На первый торец (не обозначен) изделия 1 нанесено электропроводное покрытие 20а. На второй торец (не обозначен) изделия 1 нанесено электропроводное покрытие 20b. Изделие 1 в поперечном сечении (фиг.10) выполнено в виде треугольника.

Показанный на фиг.11-13 термоэлектрический элемент 15 (второй вариант) составлен из двух расположенных рядом полупроводниковых изделий 1a, 1b (фиг.13). Каждое полупроводниковое изделие 1a, 1b имеет первый торец (не обозначен), образующий первый плоский торец 16 элемента 15, параллельный ему второй торец (не обозначен), образующий второй плоский торец 17 элемента 15, и боковую поверхность (не обозначена) с тремя гранями (не обозначены).

Каждое из изделий 1а, 1b в сечении, перпендикулярном граням его боковой поверхности, выполнено в виде прямоугольного равнобедренного треугольника со скругленными углами.

Элемент 15 выполнен в виде трехгранной призмы, имеющей боковую поверхность 18, одна грань 19а которой образована двумя гранями двух полупроводниковых изделий 1а, 1b, а две остальные грани 19b, 19с образованы каждая соответственно одной гранью полупроводникового изделия 1а и одной гранью полупроводникового изделия 1b. Элемент 15 в сечении, перпендикулярном его граням 19а, 19b, 19с (фиг.13), имеет форму прямоугольного равнобедренного треугольника со скругленными углами.

На первые торцы (не обозначены) полупроводниковых изделий 1а, 1b нанесено электропроводное покрытие 20а. На вторые торцы (не обозначены) полупроводниковых изделий 1а, 1b нанесено электропроводное покрытие 20b. Первые торцы (не обозначены) полупроводниковых изделий 1а, 1b электрически и механически соединены между собой посредством пластины 21а из электро- и теплопроводного материала (фиг.11). Вторые торцы (не обозначены) полупроводниковых изделий 1а, 1b электрически и механически соединены между собой посредством пластины 21b из электро- и теплопроводного материала (фиг.11). Пластина 21a выполнена с прорезью 22 (фиг.12), проходящей над частью стыка между гранями боковых поверхностей соседних полупроводниковых изделий 1а, 1b. Аналогично выполнена пластина 21b (не показано на чертежах).

Показанный на фиг.14 термоэлектрический элемент 15 (третий вариант) составлен из четырех полупроводниковых изделий 1a, 1b, 1c, 1d (фиг.16). Каждое полупроводниковое изделие 1a, 1b, 1c, 1d имеет первый торец (не обозначен), образующий первый плоский торец 16 элемента 15, параллельный ему второй торец (не обозначен), образующий второй плоский торец 17 элемента 15, и боковую поверхность (не обозначена) с тремя гранями (не обозначены).

Каждое из изделий 1a, 1b, 1c, 1d в сечении, перпендикулярном граням его боковой поверхности, выполнено в виде прямоугольного равнобедренного треугольника со скругленными углами. Элемент 15 выполнен в виде четырехгранной призмы, имеющей боковую поверхность 18, грани которой образованы гранями указанных полупроводниковых изделий, при этом термоэлектрический элемент в сечении, перпендикулярном его граням, имеет форму квадрата со скругленными углами (фиг.16).

Первые торцы (не обозначены) полупроводниковых изделий 1а, 1b, 1c, 1d электрически и механически соединены между собой посредством пластины 21а из электро- и теплопроводного материала (фиг.14 и 15). Вторые торцы (не обозначены) полупроводниковых изделий 1a, 1b, 1c, 1d электрически и механически соединены между собой посредством пластины 21b из электро- и теплопроводного материала (фиг.14). Пластина 21а выполнена с прорезями 22а, 22b, 22с, 22d (фиг.15), проходящими над частями стыка между гранями боковых поверхностей соседних полупроводниковых изделий 1a, 1b, 1c, Id. Аналогично выполнена пластина 21b (не показано на чертежах).

Показанный на фиг.17 термоэлектрический элемент 15 (четвертый вариант) составлен из четырех полупроводниковых изделий 1a, 1b, 1c, 1d (фиг.19). Каждое полупроводниковое изделие 1a, 1b, 1c, 1d имеет первый торец (не обозначен), образующий первый плоский торец 16 элемента 15, параллельный ему второй торец (не обозначен), образующий второй плоский торец 17 элемента 15, и боковую поверхность (не обозначена) с тремя гранями. Каждое из изделий 1a, 1b, 1c, 1d в сечении, перпендикулярном граням его боковой поверхности, выполнено в виде прямоугольного равнобедренного треугольника со скругленными углами. Элемент 15 выполнен в виде трехгранной призмы, имеющей боковую поверхность 18, каждая грань которой образована двумя гранями двух соседних полупроводниковых изделий, при этом одно из полупроводниковых изделий (изделие 1а) расположено посередине между тремя остальными полупроводниковыми изделиями 1b, 1c, 1d (фиг.19), и термоэлектрический элемент в сечении, перпендикулярном его граням, имеет форму прямоугольного равнобедренного треугольника со скругленными углами.

На первые торцы (не обозначены) полупроводниковых изделий 1a, 1b, 1с, 1d нанесено электропроводное покрытие 20а. На вторые торцы (не обозначены) полупроводниковых изделий 1a, 1b, 1c, 1d нанесено электропроводное покрытие 20b.

Показанный на фиг.20 термоэлектрический элемент 15 (пятый вариант) составлен из шести полупроводниковых изделий 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f (фиг.22). Каждое полупроводниковое изделие 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f имеет первый торец (не обозначен), образующий первый плоский торец 16 элемента 15, параллельный ему второй торец (не обозначен), образующий второй плоский торец 17 элемента 15, и боковую поверхность (не обозначена) с тремя гранями (не обозначены). Каждое из изделий 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f в сечении, перпендикулярном граням его боковой поверхности, выполнено в виде равностороннего треугольника со скругленными углами. Элемент 15 выполнен в виде шестигранной призмы, имеющей боковую поверхность 18, грани которой образованы гранями указанных полупроводниковых изделий, при этом термоэлектрический элемент в сечении, перпендикулярном его граням, имеет форму шестигранника со скругленными углами (фиг.22).

На первые торцы (не обозначены) полупроводниковых изделий 1а, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f нанесено электропроводное покрытие 20а. На вторые торцы (не обозначены) полупроводниковых изделий 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f нанесено электропроводное покрытие 20b. Первые торцы (не обозначены) полупроводниковых изделий 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f электрически и механически соединены между собой посредством пластины 21а из электро- и теплопроводного материала (фиг.20 и 21). Вторые торцы (не обозначены) полупроводниковых изделий 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f электрически и механически соединены между собой посредством такой же пластины 21b (фиг.20).

Показанный на фиг.23 термоэлектрический элемент 15 (шестой вариант) составлен из четырех полупроводниковых изделий 1a, 1b, 1c, 1d (фиг.25). Каждое полупроводниковое изделие 1a, 1b, 1c, 1d имеет первый торец (не обозначен), образующий первый торец 16 элемента 15, параллельный ему второй торец (не обозначен), образующий второй торец 17 элемента 15, и боковую поверхность (не обозначен) с тремя гранями (не обозначены). Каждое из изделий 1a, 1b, 1c, 1d в сечении, перпендикулярном граням его боковой поверхности, выполнено в виде равностороннего треугольника со скругленными углами. Элемент 15 выполнен в виде трехгранной призмы, имеющей боковую поверхность 18, каждая грань которой образована двумя гранями двух соседних полупроводниковых изделий, при этом одно из полупроводниковых изделий (изделие 1а) расположено посередине между тремя остальными полупроводниковыми изделиями 1b, 1c, 1d (фиг.25), и термоэлектрический элемент в сечении, перпендикулярном его граням, имеет форму прямоугольного равнобедренного треугольника со скругленными углами.

На первые торцы (не обозначены) полупроводниковых изделий 1а, 1b, 1c, 1d нанесено электропроводное покрытие 20а. На вторые торцы (не обозначены) полупроводниковых изделий 1a, 1b, 1c, 1d нанесено электропроводное покрытие 20b. Первые торцы (не обозначены) полупроводниковых изделий 1a, 1b, 1c, 1d электрически и механически соединены между собой посредством пластины 21а из электро- и теплопроводного материала (фиг.23 и 24). Вторые торцы (не обозначены) полупроводниковых изделий 1a, 1b, 1c, 1d электрически и механически соединены между собой посредством такой же пластины 21b (фиг.23).

Показанный на фиг.26 термоэлектрический элемент 15 (седьмой вариант) составлен из трех полупроводниковых изделий 1а, 1b, 1c (фиг.28).

Каждое полупроводниковое изделие 1а, 1b, 1c имеет первый торец (не обозначен), образующий первый плоский торец 16 элемента 15, параллельный ему второй торец (не обозначен), образующий второй плоский торец 17 элемента 15, и боковую поверхность (не обозначена) с тремя гранями (не обозначены).

Каждое из изделий 1а, 1b, 1c в сечении, перпендикулярном граням его боковой поверхности, выполнено в виде равностороннего треугольника со скругленными углами.

Элемент 15 выполнен в виде четырехгранной призмы, имеющей боковую поверхность 18, одна грань которой образована двумя гранями двух указанных полупроводниковых изделий, а три остальные грани образованы каждая одной гранью одного из указанных полупроводниковых изделий, при этом элемент 15 в сечении, перпендикулярном его граням, имеет форму трапеции со скругленными углами (фиг.28).

Показанный на фиг.29-32 термоэлектрический модуль 23 (первый вариант), содержит два термоэлектрических элемента 15а, 15с р-типа, два термоэлектрических элемента 15b, 15d n-типа и электроды 24а, 24b, 24с, 24d, 24е. Каждый термоэлектрический элемент 15а, 15с р-типа имеет эквидистантные торцевые поверхности 16а, 17а, 16с, 17с и перпендикулярную им боковую поверхность 18а, 18с, имеющую три грани (не обозначены). Каждый термоэлектрический элемент 15b, 15d n-типа имеет эквидистантные торцевые поверхности 16b, 17b, 16d, 17d и перпендикулярную им боковую поверхность 18b, 18d, имеющую три грани (не обозначены). Электроды 24а, 24b, 24с, 24d, 24е соединены с соответствующими торцевыми поверхностями термоэлектрических элементов 15а, 15b, 15с 15d.

Каждый термоэлектрический элемент 15а, 15с р-типа и каждый термоэлектрический элемент 15b, 15d n-типа имеет в сечении, перпендикулярном граням боковой поверхности, форму прямоугольного равнобедренного треугольника со скругленными углами. Вершины прямых углов указанных треугольников обращены внутрь модуля, и лежащие против прямых углов стороны указанных треугольников расположены по сторонам квадрата (фиг.31).

Показанный на фиг.33-36 термоэлектрический модуль 23 (второй вариант), содержит три термоэлектрических элемента 15а, 15с, 15е р-типа, три термоэлектрических элемента 15b, 15d, 15f n-типа и электроды 24а, 24b, 24с, 24d, 24е, 24f, 24g. Каждый термоэлектрический элемент 15а, 15с, 15е р-типа имеет эквидистантные торцевые поверхности 16а, 17а, 16с, 17с, 16е, 17е и перпендикулярную им боковую поверхность 18а, 18с, 18е, имеющую три грани (не обозначены). Каждый термоэлектрический элемент 15b, 15d, 15f n-типа имеет эквидистантные торцевые поверхности 16b, 17b, 16d, 17d, 16f,. 17f и перпендикулярную им боковую поверхность 18b, 18d, 18f имеющую три грани (не обозначены). Электроды 24а, 24b, 24с, 24d, 24е, 24f, 24g соединены с соответствующими торцевыми поверхностями термоэлектрических элементов 15а, 15b, 15с, 15d, 15е, 15f.

Каждый термоэлектрический элемент 15а, 15с, 15е р-типа и каждый термоэлектрический элемент 15b, 15d, 15f n-типа имеет в сечении, перпендикулярном граням боковой поверхности, форму равностороннего треугольника со скругленными углами. Одна вершина каждого указанного треугольника обращена внутрь модуля, и лежащие против указанных вершин стороны указанных треугольников расположены по сторонам шестиугольника (фиг.35).

Описанные термоэлектрические модули и входящие в них термоэлектрические элементы имеют оптимальное сочетание прочностных, электрофизических и теплофизических качеств. Описанные полупроводниковые изделия позволяют при небольшом количестве типов и размеров изделий создавать из них различные по размерам и мощности термоэлектрические элементы, модули и устройства. Описанные заготовки позволяют без значительных затрат изготавливать из них такие полупроводниковые изделия.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Изобретение может быть применено в термоэлектрических генераторах, термоэлектрических охлаждающих и нагревательных устройствах, а также в измерительных и иных устройствах.

1. Полупроводниковое изделие преимущественно для термоэлектрических устройств, изготовленное из кристаллического материала, имеющее два параллельных плоских торца и перпендикулярную им граненую боковую поверхность, отличающееся тем, что изделие в поперечном сечении выполнено, по существу, в виде прямоугольного равнобедренного треугольника.

2. Полупроводниковое изделие по п.1, отличающееся тем, что его боковая поверхность свободна от разрушающей обработки.

3. Заготовка для изготовления полупроводниковых изделий преимущественно для термоэлектрических устройств, выполненная из кристаллического материала в виде стержня с прямолинейной осью, имеющего в поперечном сечении, по существу, форму треугольника, отличающаяся тем, что в поперечном сечении она выполнена, по существу, в виде прямоугольного равнобедренного треугольника.

4. Термоэлектрический элемент, составленный из полупроводниковых изделий и имеющий первый плоский торец, образованный первыми торцами полупроводниковых изделий, на которые нанесено электропроводное покрытие, параллельный ему второй плоский торец, образованный вторыми торцами полупроводниковых изделий, на которые нанесено электропроводное покрытие, и боковую поверхность с несколькими гранями, отличающийся тем, что каждое из указанных полупроводниковых изделий в поперечном сечении выполнено, по существу, в виде прямоугольного равнобедренного треугольника.

5. Термоэлектрический элемент по п.4, отличающийся тем, что он составлен из двух указанных полупроводниковых изделий и выполнен в виде призмы, имеющей боковую поверхность с тремя гранями, одна грань которой образована двумя гранями двух указанных полупроводниковых изделий, а две остальные грани образованы каждая одной гранью каждого из указанных полупроводниковых изделий, при этом термоэлектрический элемент в сечении, перпендикулярном его граням, выполнен в виде прямоугольного равнобедренного треугольника.

6. Термоэлектрический элемент по п.4, отличающийся тем, что он составлен их четырех указанных полупроводниковых изделий и выполнен в виде четырехгранной призмы, имеющей боковую поверхность, грани которой образованы гранями указанных полупроводниковых изделий, при этом термоэлектрический элемент в сечении, перпендикулярном его граням, выполнен, по существу, в виде квадрата.

7. Термоэлектрический элемент по п.4, отличающийся тем, что он составлен из четырех указанных полупроводниковых изделий и выполнен в виде трехгранной призмы, имеющей боковую поверхность, каждая грань которой образована двумя боковыми гранями указанных полупроводниковых изделий, при этом одно из указанных полупроводниковых изделий расположено посередине между тремя остальными полупроводниковыми изделиями, и термоэлектрический элемент в сечении, перпендикулярном его граням, выполнен, по существу, в виде прямоугольного равнобедренного треугольника.

8. Термоэлектрический модуль, содержащий термоэлектрические элементы p-типа, имеющие каждый эквидистантные торцевые поверхности и перпендикулярную им боковую поверхность, имеющую грани, термоэлектрические элементы n-типа, имеющие каждый эквидистантные торцевые поверхности и перпендикулярную им боковую поверхность, имеющую грани, и электроды, соединенные с указанными торцевыми поверхностями термоэлектрических элементов, и составленный из расположенных рядом термоэлектрических элементов, у каждого из которых количество граней боковой поверхности равно трем, отличающийся тем, что он составлен из двух термоэлектрических элементов p-типа, имеющих в сечении, перпендикулярном граням боковой поверхности, форму, по существу, прямоугольных равнобедренных треугольников, и двух термоэлектрических элементов n-типа, имеющих в сечении, перпендикулярном граням боковой поверхности, форму, по существу, прямоугольных равнобедренных треугольников, при этом вершины прямых углов указанных треугольников обращены внутрь модуля, и лежащие против прямых углов стороны указанных треугольников расположены по сторонам квадрата.

Похожие патенты:

Полупроводниковое устройство // 69320

Воздушное термоэлектрическое нагревательно-охладительное устройство на основе эффекта пельтье для обитаемых объектов // 109531