Состав и способ изготовления полупроводникового нагревательного элемента

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 581893 (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 11.06.73(21) 1926698/18-25 (23) Приоритет (32) 17,06,72 (51) М. Кл, Н 01 Ь 21/306

Государственный комитет

Совета Министров СССР па делам изооретеннй и открытий (33) ПНР (31) P-156060 (43) Опубликовано 25. 11.77,Бюллетень №43 (45) Дата опубликования описания 20.10.77 (53) УДК621.382 (088.8) Иностранцы

Янина Гуржиньская и Корнепьюш Весоповский (72) Авторы изобретения (ПНР) Иностранное предприятие

"Хута Шкпа им. Паппиньскего Пшэдсембиорство Паньствовэ Вопомин" (71) Заявитель (ПНР) (54) СОСТАВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО

НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА

Изобретение относится к изготовлению примесных полупроводников для электротеплотехники.

Примесные полупроводники в виде прозрачных слоев накладываются на изоляционные материалы, в частности на стекло и кварц.

Они имеют низкое сопротивление, большую устойчивость к электрическим нагрузкам и прозрачность свыше 80%Известны составы для изготовления примесных полупроводников, включающие в себя 10 соли или окиси металлов, катион которых обладает способностью изменять свою валентность (1) .

Соли или окиси этих металлов в чистом состоянии обычно обладают очень высоким со!

5 противлением и практически являются изоляторами. Для образования носителей тока необходимо вывести данное соединение из состояния стехиометрического равновесия. Это может произойти либо под влиянием температуры, либо под влиянием окружающей атмосферы, либо в результате введения примеси катиона другой валентности. В этом случае наступает частичное и переменное во времени преобладание ионов различной валентности, благодаря чему материал становится хорошим проводником электрического тока, так как возни- 5 кают условия для образования свободных носителей тока электронного или дырочного т..на.

Известные способы не позволяют создать такие условия, чтобы состояние отклонения от стехиометрии не зависело от температi ры H времени (2). Так как в качестве регуляторов проводимости применяются только нрнмесн соединений переходных металлов с переменной валентностью, увеличивается образованно носителей тока термического происхож.ц ння, но без возможности их регулирования.

Г1ри низких температурах наступает некоторое, но недостаточное увеличение проводимости, а при высоких температурах проводимость возрастает в геометрической прогрессии.

Эти способы не позволяют изготовлнт1 нагревательные слои со стабильными нагревательными валентностями, а тем более получить сопротивление ниже 40 ом на квадратную единицу при сохранении высокой прозрачности и неизменности сопротивления этих слоев под влиянием нагрева, что вызывает потерю проводимости.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является состав для изготовления полупроводникового нагреватслhHQго элемента, представляющий собой смесь полупроводника с катионом переменной валент581893 з ности и прл мосей и способ его изготовления, вклгочающий нанесение состава íà поверхность нагревателя и последуюгцую термическую обработку 13).

Недостатком известных составов для полупроводниковых нагревательных элементов является их малая устойчивость к электрическим нагрузкам.

Цель изобретения — повышение термостабильности нагревателя.

Поставленная цель достигается тем, что

1О смесь дополнительно содержит буфер; буфером являются окиси, галогениды, металлоорганические соединения, карбиды и карбонаты, катион которых имеет ионный радиус на 20Р/р меньше ионного радиуса катиона полупроводника; полупроводник электронного типа содержит буфер, валентность катиона которого ниже максимальной валентности катиона полупроводника на 1 — 3 валентности; полупроводник дырочного типа содержит буфер, валентность катиона которого выше максимальной валентности катиона полуроводника на — 3 валентности.

Перед нанесением смеси на поверхность нагревателя ее подвергают активации путем последовательного плавления и быстрого охлаждения с одновременным интенсивным дроблением.

Катионы термоэлектрического буфера должны иметь близкие по размеру ионные радиусы, чтобы онп могли взаимно замещаться в ячейках решетки, т. е. образовывать постоянный раствор, а в результате буферовать сос- зр тояние электропроводимости.

Вследствие небольшого радиуса катиона термоэлектрического буфера, он не соответствует размерам структурной ячейки решетки, не укладывается в углах решетки, а занимает пространство в середине кристаллографичес- З5 кой ячейки, в результате чего он действует в качестве примеси. уменьшающей работу выхода носителей тока, повышая тем самым проводимость. При высокой температуре электрические условия позволяют ему занять место в освобожденных узлах решетки, вследствие чего образуются носители тока, по своему типу противоположные основным показателям.

Зальше наступает частичная рекомбинация и число носителей тока уменьшается, возвращаясь в исходное состояние. 45

Как сами примеси, так и буферные вещества только тогда проявляют свое действие, если их вводят путем смешивания и совместного плавления или плавления и размельчения, а затем все вещество вновь подвергают нес50 кольким подогревам до температуры, близкои температуре плавления смеси, и интенсивному дроблению при одновременном быстром охлаждении. Тогда наступает равномерное и активное размещение примесей буфера в основной решетке базового материала.

Из приготовленной таким образом смеси можно получить электропроводящие пленки с сопротивленим до 1 ом на квадратную единину и нагрузку. мощности свыше 20 вт/цм .

Приготовление и активация полупроводника с электрическим буфером осуществляется 6о посредством предварительного смешивания компонентов изготовляемой смеси либо путем предварительного плавления, или растворения в растворителе, либо путем диспергировапия в разбавителе, таком как вода, спирты, кислоты, эфиры. После тщательного смешивания растворов жидкость подвергают выпариванию либо дистилляции, а далее проводят процесс термоактивации, несколько раз расплавляя, а затем быстро охлаждая при одновременном быстром дроблении. В качестве основного вещества может быть использовано большинство химических соединений, катион которых обладает -переменной валентностью и которые достаточно устойчивы, например галогениды, окиси, металлические соединения, карбонаты индия, кадмия, ниобия, ванадия, олова, висмута, урана. В качестве электротермического буфера используют химическое соединение, катион которого имеет ионный радиус по меньшей мере на 20 /р меньше ионного радиуса катиона базового материала. Причем в случае проводимости электронного типа применяют химические соединения, катион которых обладает валентностью ниже максимальной валентности катиона базового полупроводника, а в случае проводимости дырочного типа — химические соединения, валентность катиона которых выше валентности катиона базового полупроводника.

Наиболее выгодно применять такие соединения. как окиси, галогениды, металлоорганические соединения — карбиды и карбонаты.

Примесные полупроводники, изготовленные согласно изобретению, могут наноситься на поверхность стекла, фарфора и им подобных материалов путем покрывания, сублимации, электростатического напыления. причем наносят два полупроводниковых слоя: первый слой без примеси, а второй с примесью и термоэлектрическим буфером.

Вертикальная поляризация, образовавшаяся в этих двух слоях, содействует стабилизации и долговечности нагревательных элементов. Они впаиваются в разогретую поверхность термостойкого материала и создают мономолекулярную поверхность — прозрачный проводящий слой. Это свойство сохранения прозрачности при небольшом стабильном сопротивлении слоя создает широкие возможности применения в стеклянной и кварцевой нагреватель ной химической аппаратуре, для обогрева оконных стекол в автомобилях, самолетах, кораблях, а также в обширном ассотрименте нагревательных приборов домашнего обихода, сушилок, отогрева холодильников и отопления доглов.

Ниже приведены примеры приготовления и активации примесных полупроводников основного и с термоэлектрическим буфером.

Пример 1. Состав основной смеси, применяемой в качестве основы полупроводник, вес.ч.:

Гидратированный хлорид олова150

Примеси: треххлористая сурьма l0 фтористый аммоний 2

1893

Фордгула изобретения

Составитель H. Хлебников

Корректор 3. Мельниченко

Texpeд О. Луговая

Редактор 1. Иванова

Заказ 3955 4 Тираж 976 Подписное

1411И11ПИ Государственного комитета Совета Министров СССР

II0 делам изобретений II открыгий

113!13 к Москва, Ж-35, Раугиская яаб., д. 4 5

Фи.г:гал ППП «Патент», г. Ужгород. ул. Проектная, 4

Лргб11ер 2. Соcrав смеси с примесями и буфером, вес.ч.:

Гилратирован ый хлорил олова120

Треxx,!oðècòaÿ сурьма 9

Фтористый аммоний 2

Закись мели 1

Хлорид кадмия 1

Смеси, кажду1о отдельно, плавят, а затем, охлаждая, тщательно размельчают. Размельченные смеси наносят путем покрывания, сублимации или напыления на поверхность стеклянных изделий, подогретых до температуры, отвеча1ощей температурному диапазону отжига

Iанного стекла. Причем сначала накладывают основной слой в качестве основы, пользуясь смесью согласно примеру 1, а затем на него накладывают второй слой с примесями и буфером, пользуясь смесью согласно примеру 2.

l. Состав для изготовления полупроводникового нагревательного элемента. представляющий собой смесь полупроводника переменной валентности и примесей, orëè÷à!oùàéñÿ тем что,с целью повышения термостабильности Нагревателя, смесь дополнительно содержит буфер.

2. Состав по п. 1, от.гичающийся тем, что буфером являются окиси, галогcHII,411, метал6 лооргauu«ec! соединения, карбиды и карбонаты, катион которых имее-, ионный ралиус на 20", -, меньше ионного радиуса катиона полупроволнпка. 3. Состав по п. 1, от.тичающийся тем, что

5 полупроводник электронного типа содержит буфер, валентность катиона которого ниже максимальной валентности катиона полупровол!«1ка на 1-3 валентности.

4. Состав по п. 1, от.1ичающийс» —.см, что полуnpoBQIHèê дырочного типа содержит буфер, валентность катиона которого выше максима II,HoH валентности катиона полупроводника на 1-3 валентности.

5. Способ изготог:,1 —.ния состава по и. 1, включающий нанесе1 I!I. состава íà поверхность нагревателя и последующую термическую обработку, от.1инающиися тем, что перед нанесением смеси на поверхность нагревателя ее полвергаlо активации путем послеловагелbnoIo плавления и быстрого охлажленпя с олновремcunым интеHсивным лроолепием.

11сточники информации. принятые во внимание при экспертизе:

l. Вагta К., 111а л.ас 1. «Sklarstwi» 5ХТ1.

Ргaha, 1963, р 63 -164.

2. Espew «WerkstoIikunde der Kochrakunm25

technik Band 11 VEB Deutscher Ъег! а гг der

Wissenschaften Berlin, 1966, s. 253- 257

3. Fritzsche Ch. Технология полупроводниковых материалов. PWN, Warszawa. 1963.