Реферат: Полупроводниковый преобразователь тепловой энергии окружающей среды

Рис. 4. Диаграмма энергетических зон

ΔE_с – высота потенциального барьера между концами полупроводникового кристалла, φ_k – разность потенциалов между концами полупроводникового кристалла, α – угол наклона энергетических зон.

tgα = q_n E_x .

Это означает, что между противоположными концами полупроводникового кристалла существует разность потенциалов, φ_k а значит, развивается ЭДС (холостого хода).

ЭДС, выраженная в Вольтах будет по величине численно равна половине ширины запрещенной зоны полупроводника:

ЭДС = (E_c – E_v ) / 2 [B].

Например, для германия ЭДС_Gе = 0,35В, для кремния ЭДС_Si = 0,55В при температуре 293ºК.

Если замкнуть разноименные концы полупроводникового кристалла металлическим проводником с сопротивлением R, то в цепи потечет электрический ток J_R , и как следствие в кристалле нарушится электрическое и термодинамическое равновесие, а именно: электроны уйдут с правого конца кристалла и перейдут в левый конец кристалла через проводник, чем будет увеличен градиент концентрации электронов, а значит ток диффузии J_диф. . увеличится, а ток дрейфа J_др. уменьшится, так как уменьшится напряженность электрического поля E_х .

Ток J_R в проводнике будет составлять разницу между токами диффузии J_диф. и дрейфа J_др. :

J_R = J_диф. – J_др. .

При увеличении тока диффузии электроны будут отбирать тепловую энергию от кристаллической решетки полупроводника, вследствие преодоления ими потенциального барьера ΔЕ_с , в результате чего кристалл будет охлаждаться. Для поддержания постоянного тока в цепи нагрузки необходимо непрерывно подводить к кристаллу теплоту Q от окружающей среды (воздух, вода и т.п., см. рис.5).

Рис. 5. Электрическая схема полупроводникового преобразователя

Аналогичные рассуждения и выводы можно сделать при легировании кристалла полупроводника акцепторной примесью (N_a ) или встречно легировать донорной и акцепторной примесями (N_д – N_a ).