Міністерство Освіти і Науки України

Національна Металургійна Академія України

Технологічний факультет

Реферат

на тему:

? Напівпровідникові матеріали?

Підготувала ст.гр.МТ-97-2 Черних Е.С.

Проверила професор Губенко
С.І.

м.Дніпропетровськ

2001р.

Зміст:

1.Загальні відомості

3
2.Металлургія германію та кремнію 7
3.Прімененіе напівпровідників

3.1.Тепловие опору (термістори) 9

3.2.Фотосопротівленія
11

3.3.Термоелементи

12

3.4.Холодільнікі та нагрівачі 12
Література

15

1.Загальні відомості

напівпровідниками називають речовини, що володіють електронноїпровідністю, що займає проміжне положення між металами іізоляторами.

Від металів вони відрізняються тим, що носії електричного струму в нихстворюються тепловим рухом, світлом, потоком електронів і т.п. джереломенергії. Без теплового руху (поблизу абсолютного нуля) напівпровідникиє ізоляторами. З підвищенням температури електропровідністьнапівпровідників зростає і при розплавлюванні носить металевий характер.

Напівпровідники - це нові матеріали, за допомогою яких протягомостанніх десятиліть вдається вирішувати ряд надзвичайно важливихелектротехнічних задач. В даний час налічується понад двадцятьрізних областей, в яких за допомогою напівпровідників вирішуютьсянайважливіші питання експлуатації машин і механізмів, контролювиробничих процесів, одержання електричної енергії, посиленнявисокочастотних коливань і генерування радіохвиль, створення за допомогоюелектричного струму тепла або холоду, і для здійснення багатьох іншихпроцесів.

До напівпровідниковим матеріалами відноситься більшість мінералів,неметалічні елементи IV, V, VI груп періодичної системи Менделєєва,неорганічні сполуки (оксиди, сульфіди), деякі сплави металів,органічні барвники. Широко застосовуються напівпровідниковими матеріаламиє елементи IV групи періодичної системи Менделєєва - германій ікремній. Це речовини, кристалізуються у решітці типу алмазу. Такарешітка є тетраедр, з вершин якого розташованічотири атома, що оточують атом, що знаходиться в центрі тетраедра. Тут коженатом пов'язаний з чотирма найближчими сусідами силами ковалентного зв'язку, такяк кожен з них має чотири зовнішніх валентних електрона.

При температурах близько абсолютного нуля в ідеальному кристалі кремніюабо германію все ковалентні зв'язку заповнені, а всі електрони пов'язані затомами і не можуть брати участь у процесі електропровідності. Щобелектрон міг проводити електричний струм, потрібно затратити деяку роботудля його звільнення з ковалентного зв'язку.

Це відбувається при висвітленні кристала. Світло, як відомо,представляє собою потік часток - фотонів, або квантів світла. Якщо енергіяфотона більше або дорівнює енергії розриву зв'язку, то електрон може стативільним і зможе брати участь у процесі електропровідності. Тутвідбувається перехід електронів із зовнішньої заповненої зони в зонупровідності. При цьому замість пішов електрона в кристалі з'являєтьсянезаповнена зв'язок, який може бути зайнята електроном з іншої якої -небудь зв'язку. Одночасно в раніше заповненої зоні утворюється дірка. Такимчином, незаповнена зв'язок або дірка може переміщатися по кристалу. Цянезаповнена зв'язок еквівалентна позитивної частці, що рухається покристалу під дією зовнішнього електричного поля. Насправдідірки не являють собою позитивно заряджених частинок. Очевидно, що відеальному кристалі кількість дірок буде дорівнює кількості вільнихелектронів.

З припиненням освітлення електропровідність кристала почнезменшуватися, тому що електрони, які звільнилися під дією світла,будуть розміщатися в зв'язках, тобто відбудеться рекомбінація електронів ідірок. Цей процес закінчується протягом тисячних часток секунди абоменше і кристал знову перестає проводити електричний струм. Явище, приякому виникає електричний струм під дією світла в кристалі,вміщеному в зовнішнє електричне поле, називається фотопровідність.

Найменша енергія, яка необхідна для перекладу електрона ззаповненої зони в зону провідності, визначає собою величинуенергетичного інтервалу між цими двома або ширину забороненої зони.

Для розриву валентних зв'язків при дуже низьких температурах необхіднаенергія, що дорівнює 1.2 еВ (~ 0.1922 аДж) для кремнію та 0.75 еВ (~ 0.1201 аДж)для германію. У світловому промені енергія фотонів значно вище: так, дляжовтого світла вона становить 2 еВ (0.3204 аДж).

Звільнення електронів може статися й іншим шляхом, наприклад принагріванні кристала, коли енергія коливання атомів у кристалічнійрешітці може збільшитися настільки, що зв'язки зруйнуються і електронизможуть звільнитися. Цей процес також протікає з утворенням дірок.

В ідеальних кристалах, де кількості електронів і дірок рівні,провідність називається власною. Оскільки питомий опірідеальних кристалів напівпровідників залежить тільки від температури, товеличина його може служити характеристикою даного напівпровідника.
Опір ідеальних кристалів називають власним опоромнапівпровідника, наприклад, для кремнію при 300 ° К власне питомийопір одно 63600 му · см (636 ом • м), а для германію при тій жетемпературі 47 му · см (0.470 му • м).

Ідеальні кристали, що не містять жодних домішок, зустрічаються дужерідко. Домішки в кристалах напівпровідників можуть збільшувати кількістьелектронів чи дірок. Було встановлено, що введення одного атома сурми вкубічний сантиметр германію або кремнію приводить до появи одногоелектрона, а одного атома бору - до появи однієї дірки.

Поява електронного чи доречний провідності при введенні відеальний кристал різних домішок відбувається наступним чином.
Припустимо, що в кристалі кремнію один з атомів заміщений атомом сурми.
Сурма на зовнішній електронній оболонці має п'ять електронів (V групаперіодичної системи). Чотири електрона утворюють парні електронні зв'язкуз чотирма найближчими сусідніми атомами кремнію. , Що залишився, п'ятий електронбуде рухатися близько атома сурми по орбіті, подібної орбіті електрона ватомі водню, але сила його електричного тяжіння до ядра зменшитьсявідповідно діелектричної проникності кремнію. Тому, щобзвільнити п'ятий електрон, потрібна незначна енергія, що дорівнює приблизно
0,05 еВ (~ 0,008 аДж). Слабо пов'язаний електрон легко може бути відірваний відатома сурми під дією теплових коливань решітки при низькихтемпературах. Така низька енергія іонізації домішкових атомів означає, щопри температурах близько -100 ° с, всі атоми домішок в германии і кремнії вжеіонізовані, а що звільнилися електрони беруть участь в процесіелектропровідності. У цьому випадку основними носіями заряду будутьелектрони, тобто тут має місце електронна провідність або провідністьn-типу (n - перша літера слова negative).

Після того як «зайвий», п'ятий, електрон видалений, атом сурми стаєпозитивно заряджених іоном, що має чотири валентних електрони, як івсі атоми кремнію, тобто іон сурми стає заступником кремнію вкристалічній решітці.

Домішки, що обумовлюють виникнення електронної провідності вкристалах, називаються донорами. У кремнії та германии ними є елементи
V групи таблиці Менделєєва - сурма, фосфор, миш'як і вісмут.
Тривалентні атом домішки бору в решітці кремнію веде себе по-іншому. Назовнішній оболонці атома бору є лише три валентних електрона. Значить,не вистачає одного електрона, щоб заповнити чотири валентні зв'язку зчотирма найближчими сусідами. Вільна зв'язок може бути заповненаелектроном, що перейшли з якої-небудь іншого зв'язку, цей зв'язок заповнитьсяелектронами наступного зв'язку і т.д. Позитивна дірка (незаповненазв'язок) може переміщатися по кристалу від одного атома до іншого (прирусі електрона в протилежному напрямку). Коли електрон заповнитьвідсутню валентну зв'язок, домішковий атом бору стане негативнозарядженим іоном, заміняє атоми кремнію в кристалічній решітці. Діркабуде слабко пов'язана з атомом бору силами електростатичного притягання ібуде рухатися біля нього по орбіті, подібної орбіті електрона в атоміводню. Енергія іонізації, тобто енергія, необхідна для відриву дірки віднегативного іона бору, буде приблизно дорівнює 0,05 еВ. Тому прикімнатній температурі всі тривалентні домішкові атоми іонізовані, адірки беруть участь у процесі електропровідності. Якщо в кристалікремнію є домішка тривалентних атомів (III група періодичноїсистеми), то провідність здійснюється в основному дірками. Такапровідність носить назву доречний або провідності р (р - перша букваслова positive). Домішки, що викликають дірковий провідність, називаютьсяакцепторами. До акцептором в германии і кремнії відносяться елементи третьогогрупи періодичної системи: галій, талій, бор, алюміній.

Кількість носіїв струму, що виникають при введенні домішки кожноговиду окремо, залежить від концентрації домішки і енергії її іонізаціїв даному напівпровіднику. Однак більшість практично використовуванихдомішок при кімнатній температурі повністю іонізована, томуконцентрація носіїв, що створюється за цих умов домішками,визначається тільки їх концентрацією і для багатьох з них дорівнює числувведених в напівпровідник атомів домішки.

Кожний атом донорно домішки вносить один електрон провідності,отже, чим більше донорних атомів в кожному кубічному сантиметрінапівпровідника, тим більше концентрація їх перевищує концентрацію дірок, іпровідність має електронний характер. Зворотне положення має місце привведення акцепторних домішок.

При рівній концентрації донорно і акцепторній домішок в кристаліпровідність буде забезпечуватися, як і у власному напівпровіднику,електронами і дірками за рахунок розриву валентних зв'язків. Такий напівпровідникназивається компенсованим.

Кількість електрики, переносимого дірками або електронами,визначається не тільки концентрацією носіїв, а й рухливістюелектронів і дірок.

Найважливішою характеристикою, що визначає якість германію та кремнію втехніці напівпровідникових приладів, є величина?, званачасом життя неосновних носіїв струму. У більшості випадків?бажано мати максимальним.

Для використання германію та кремнію в напівпровідникових приладах
(наприклад, сонячних батареях, що перетворюють світлову енергію велектричну) та інфрачервоної оптики важливо знати коефіцієнт заломлення,відбивну здатність і пропускання світла в широкому діапазоні довжинхвиль.

Поряд з елементарними напівпровідниками в напівпровідникової технікизнаходять широке застосування напівпровідникові сполуки, одержувані шляхомсплаву або хімічної обробки чистих елементів. Такі закис міді
(Cu2O), з якої виготовляють напівпровідникові випрямлячірізноманітних типів, вмістом сурми цинк (SbZn), який використовується длявиготовлення напівпровідникових Термобатареї, теллурістий свинець (PbTe),що знайшов застосування для виготовлення фотоелектричних приладів і длянегативної гілки термоелементів і багато інших.

Особливий інтерес представляють з'єднання типу АIIIВV. Одержують їх шляхомсинтезу елементів III і V груп періодичної системи елементів Менделєєва.
З з'єднань цього типу найбільш цікавими напівпровідниковими властивостямиволодіють A1P, A1As, A1Sb, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb. По ряду властивостейці сполуки близькі до напівпровідникових елементів IV групи германію ікремнію. Рухливість носіїв струму в них досягає великих значень;ширина забороненої зони у деяких з цих сполук також велика;домішки, що вводяться в них, змінюють механізм електропровідності; так,деякі атоми II групи ведуть себе як акцептори, а ряд атомів VI групи
- Як донори.

Напівпровідникова техніка вимагає застосування особливо чистих матеріалів.
Домішки, як було вже зазначено, змінюють властивості напівпровідників. Томув залежності від призначення матеріалів кількість домішок у нихобмежують. Легуючі добавки, що вводяться в напівпровідники для надання їмпевних властивостей, також повинні бути чисті від домішок.

У сучасній техніці користуються рядом способів отримання матеріаліввисокої чистоти. Такі йодідний метод, який застосовується для очищення деякихметалів, і метод зонної плавки; обидва вони описані в розділі виробництватитану. Крім цих методів, для очищення напівпровідникових матеріалівзастосовують деякі види їх переплавлення.

Найпростішим є відкрита переплавлення в тиглі, що встановлюється велектричної печі. Під час переплавлення порошкоподібного матеріалу з ньоговидаляються волога, гази і оксиди (останні спливають вгору). Деякіоксиди тверднуть на поверхні розплаву, який можна злити,пробивання отвору в шкірці окислів.

Більш повною є очищення, яка виробляється за переплавки в вакуумі.
Матеріал, що підлягає очищенню, завантажують у кварцову ампулу, якупоміщають в електричну піч. Відкритий кінець ампули з'єднують з вакуумнимустановкою і відкачують виділяються під час розплавлення матеріалу газиі летючі з'єднання. Відкачка триває від декількох хвилин до декількохгодин, у залежності від часу плавки.

Високий ступінь чистоти напівпровідникових матеріалів отримують сублімацієюабо сублімацією. Цей метод заснований на здатності деяких твердихречовин переходити в пароподібний стан, минаючи рідку фазу, а потім узворотному порядку переходити з пароподібного в твердий стан, утворюючитвердий продукт - сублімату. Такими властивостями володіють деякінапівпровідники. Можливість сублімації визначається пружністю парів домішокабо чистої речовини при даній температурі. Напівпровідникові матеріаливолодіють досить високою пружністю парів, що дає можливістьвиробляти сублімації при відносно низьких температурах і невеликійвакуумі. Сублімату осідає на стінках вертикально встановленогоконденсатора, причому найбільш летючі домішки осідають у верхній зоні,найменш летючі - внизу, а труднолетучіе залишаються в залишку. У результатіповторної сублімації отримують більш чистий продукт.

Різні методи очищення напівпровідників дають можливість отримуватипродукт необхідної чистоти. Так, наприклад, зонної плавкою забрудненогонімеччина вдається знизити число атомів домішки в ньому до одного на 10атомів германію.

2.Металлургія германію та кремнію

Германій належить до рідкісних розсіяним у природі елементам. Запасийого в земній корі складають 7.10%. Атомний вага германію 72,6,температура плавлення 958,5 ° С. виробляють його з відходів цинковоговиробництва, пилу, що отримується при спалюванні вугілля, германієвихконцентратів, що витягають із мідно-свинцево-цинкових сульфідних руд імістить германій пилу, уловлює при мідної плавці. Технологіяотримання германію здійснюється шляхом перетворення двоокису в тетрахлориднімеччина, очищення останнього і перетворення Тетрахлорид в двоокис зподальшим відновленням двоокису. Ці процеси можна представитирівняннями реакцій:

GeO2 +4 HCl? GeCl4 +2 H2O.

При концентрації HCl> 6n реакція зрушена вправо; при меншійконцентрації - реакція протікає справа наліво.

Температура кипіння отриманого Тетрахлорид германію 83єC. Так якразом з ним у сконденсованої рідини є й інші сполуки, тойого піддають ректифікації. Після цього тетрахлорид германію переводять удвоокис по рівнянню

GeCl4 + (x 2) H2O = GeO2xH2O +4 HCl.

Отриману чистий діоксид германію відновлюють в трубчастоюелектричної печі воднем. Відновлення протікає по реакції

GeO2 +2 H2 = Ge +2 H2O,

При температурі 600 ° C, протягом 20-50 хв, після чого човник звідновленим германієм пересувається у зону більш високих температур іпри 1000-1100 ° C відбувається сплавом.

Кремній - широко поширений елемент в природі. У земній корі його
27.6%. атомний вага кремнію 28.06. температура плавлення 1415 ° C, температуракипіння близько 2600 ° C. Технологія отримання його відрізняється від технологіїотримання германію. Початкова сировина у вигляді двоокису кремнію широкопоширене в природі. З кремнезему в дугових електричних печах шляхомвідновлення його вуглецьму коксу одержують кремній чистотою до 97%.
Відновлення протікає по рівнянню

SiO2 +2 C = Si +2 CO.

Шляхом хлорування технічного кремнію отримують тетрахлорид кремнію.
Найстарішим методом розкладання Тетрахлорид кремнію є методвидатного російського хіміка академіка М. М. Бекетова. Метод цей можнапредставити рівнянням:

SiCl4 + Zn = Si 2 ZnCl2.

Тут пари Тетрахлорид кремнію, киплячого при температурі 57,6 ° C,взаємодіють з парами цинку.

В даний час тетрахлорид кремнію відновлюють воднем.
Реакція протікає по рівнянню:

SiCl4 +2 Н2 = Si +4 НCl.

Кремній виходить в порошкоподібному вигляді. Застосовують і йодідний спосіботримання кремнію, аналогічний описаному раніше йодідному методу отриманнячистого титану.

Щоб отримати чистими германій та кремній, їх очищають від домішокзонної плавкою аналогічно тому, як отримують чистий титан.

Для цілого ряду напівпровідникових приладів переважнінапівпровідникові матеріали, що отримуються у вигляді монокристалів, тому що вполікристалічного матеріалі мають місце неконтрольовані зміниелектричних властивостей.

При обертанні монокристалів користуються методом Чохральського,що полягає в наступному: у розплавлений матеріал опускають стержень, накінці якого є кристал даного матеріалу; він служить зародкоммайбутнього монокристала. Стержень витягають з розплаву з невеликоюшвидкістю до 1-2 мм/хв. У результаті поступово вирощують монокристаллпотрібного розміру. З нього вирізують пластинки, що використовуються внапівпровідникових приладах.

Маркування германію та кремнію виробляють по буквено-цифрового системі.
Германій електронний, легований сурмою, позначають ГЕЛС. За буквамицифри вказують питомий опір му · см (ом • м), а якщо їх дві групи,як, наприклад, 0,3/0,2, то перша (0,3) означають питомий опір, адругий (0,2) - дифузійну довжину неосновного носія струму, мм. Кремніймонокристалічний дірковий маркують КМ-2, де цифра показує питомийопір му · см; кремній монокристалічний електронний маркують КМЕ-
2.

3.Прімененіе напівпровідників

3.1.Тепловие опору (термістори)

Зміна електропровідності напівпровідників під впливом температуридозволило застосовувати їх у приладах, робота яких заснована на використанніцієї властивості. Напівпровідники використовують як термометрів для вимірутемператур навколишнього середовища. Вони більш чутливі, ніж термометриопору, виготовлені з металу під назвою болометров ізастосовувані в лабораторній практиці для вимірювання дуже високих або самихнизьких температур. Про температуру судять, заміряючи електричний опірболометра. Але точність вимірювання за допомогою цих приладів невелика, тому щометали змінюють свій опір всього на 0,3% на кожен градус. Іншаположення має місце при використанні напівпровідників. У деякихнапівпровідників підвищення температури на 1 ° C збільшує електропровідністьна 3-6%, підвищення температури на 10 ° - приблизно на 75%, а підвищеннятемператури на 100 ° C збільшує електропровідність в 50 разів. Завдякивисокій питомій опору напівпровідників їх застосовують якчутливих термометрів при дистанційних вимірюваннях. Опірметалевих проводів навіть дуже тонких і довжиною в кілька кілометріввиявляється нікчемним у порівнянні з опором термометра. Розміринапівпровідникових опорів можуть бути надзвичайно малими довжиною вдекілька десятих часток міліметра. Це знижує інерційність приладу, такяк при малих розмірах опір швидко приймає температурунавколишнього середовища. Значна зміна електропровідності напівпровідниківв залежності від температури забезпечує точність вимірювань.

Напівпровідникові термометри опору під назвою термісторівшироко застосовують в техніці. З їх допомогою контролюють температуру у великомучислі точок, причому свідчення її можуть бути отримані на приладах,встановлених в одному пункті. При такому контролі температур в приміщеннях здопомогою термісторів можна підтримувати температуру на бажаному рівні,включаючи і вимикаючи нагрівальні прилади, коли заданий рівеньтемператури відхиляється від норми. Працюють вони при температурах до 300 ° C
(573 ° K). Термістори можуть виконувати функції обмежувача часу. Для цьогопослідовно з напівпровідниковим термоопору включається те чиінше активну Електроопір. У результаті в мережі виходитьзростаючий з часом струм, тому що струм розігріває напівпровідник іпідвищує його електропровідність, отже, підвищується і величина струмув ланцюзі. У міру розігріву напівпровідника опір падає, а струмпідвищується ще більшою мірою. Паралельно зі зростанням температуризбільшуються і втрати тепла в навколишнє середовище до тих пір, поки вони незрівняються з теплотою, що виділяється струмом; тоді буде досягнута рівноважнатемпература, яку напівпровідник і буде зберігати, поки до нього прикладенаця різниця потенціалів.

Тривалість часу, необхідного для досягнення рівноваги іпевного струму при даній різниці потенціалів, визначається розмірамизразка та умовами охолодження. Таке «реле» часу допускає регулюванняв самих широких межах. Можна підібрати умови так, щоб цей час буловід часток секунди до 10 хв. По досягненні встановленого часу можепроводитися автоматичне включення і виключення систем освітлення абодіючих установок.

термоопору застосовують як регулятори температури, температурнікомпенсатори, в приладах для вимірювання витоку газу, для дистанційноговимірювання вологості, для вимірювання високих тисків, механічнихнапруг, швидкості або кількості протікають рідини, швидкості рухугазів, для вимірювання великих прискорень.

При виготовленні термісторів користуються оксидами різних металів,таких, як CuO, Mn3O4, UO2, а також Ag2S. Хороші результати дають сумішінапівпровідників, такі, як CuO + Mn3O4; Mn3O4 + NiO; Mn3O4 + NiO + Co3O4.

Речовини, які використовуються для виготовлення термоопору,являють собою дрібнокристалічних порошки. Складаючи суміш,регулюють їх провідність, обумовлену іонами з різною валентністю. Цедозволяє задовольняти самі різні вимоги, що пред'являються дотермоопору в залежності від їх призначення.

термоопору виготовляють пресуванням напівпровідниковогопорошку з наступним спіканням у тверду компактну масу, а також шляхомплавки напівпровідника для надання йому потрібної форми і розмірів.
Виготовляють їх у вигляді кульок, стрижнів, дисків, шайб і лусочок.

Наша промисловість випускає різні типи термоопору, середяких найбільш поширеними є: ММТ-1, ММТ-4, КМТ-1, КМТ-4,
ММТ-8 і ММТ-9. У цих марках букви є умовним позначенням матеріалутермоопору, а цифри - його конструктивного оформлення. Перші чотириз наведених опорів застосовують для вимірювання та регулюваннятемператури; як «реле» часу: для дистанційного вимірюваннявологості повітря (за принципом психометрії Ассмана); для виміру малихшвидкостей руху і теплопровідності газів, рідин і для ряду іншихцілей.

В якості змінних опорів без ковзного контакт дорізних автоматичних схемах слабкого струму застосовують термоопору знепрямим підігрівом, що позначаються ТКП-300, ТКП-20, що означаєтермоопору непрямого підігріву, на відміну від ТП --термоопору прямого підігріву. Цифри вказують Електроопірнапівпровідника Омаха при номінальній потужності, що розсіюється впідігрівається обмотці.

3.2.Фотосопротівленія

Переклад електронів у вільний стан або освіту «дірок» унапівпровіднику може відбуватися не тільки під впливом тепла, а й урезультаті впливу інших видів енергії, таких, як світлова, енергіяпотоку електронів, ядерних частинок. Збільшення кількості вільнихелектронів або «дірок» проявляється підвищенням електропровідності івиникненням струму.

У багатьох напівпровідників зв'язок між електронами та атомами настількинезначна, що променистої енергії світла цілком достатньо для перекладуелектронів у вільний стан. Для жовтого світла енергія фотонастановить 2 електрон-вольта, а у деяких напівпровідників перекладелектронів у вільний стан відбувається під впливом кількох десятихчасткою електрон-вольта. У таких напівпровідників підвищення провідностіспостерігається навіть під впливом інфрачервоної частини спектру. Це даєможливість виявляти на відстані багатьох кілометрів випромінювання,що виходить від навіть слабо нагрітих тіл. У результаті такого випромінювання маємісце невелике підвищення струму в ланцюзі з відповідним напівпровідником.
Первинне слабке підвищення струму потім багато разів збільшується з допомогоюпідсилювачів, іноді навіть у мільйон разів. Це дає необхідний сигнал.

Підвищення електропровідності, викликане світлом, носить назвуфотопровідності, а засновані на цьому явищі прилади називаютьфотосопротівленіямі.

Підбирають фотосопротівленія в залежності від умов опромінення, вяких їм доводиться працювати. Найбільш вживані матеріали дляфотосопротівленій у видимій частині спектру - сірчистий кадмій, сірчистийталій, сірчистий вісмут, а для інфрачервоних променів - сірчистий, селенистийі теллурістий свинець.

Фотосопротівленія широко застосовують для сигналізації й автоматики,управління на відстані виробничими процесами, сортування виробів.
З їх допомогою попереджають нещасні випадки і аварії при порушенні ходупроцесу, автоматично зупиняючи машини.

Фотоелектричні пристрій приходить в дію від появи абозникнення променів на фотосопротівленіі або різкої зміни їхінтенсивності, наприклад, при появі полум'я, настання темряви,переривання променя.

Для контролю ходу процесу промінь світла направляють на фотосопротівленіе.
Між джерелом світла і фотосопротівленіем знаходиться або проходить
«Покажчик», що свідчить про нормальний перебіг процесу. Таким покажчикомможуть бути вироби, безперервно рухаються на конвеєрній стрічці. У разіпорушення нормального ходу процесу конвеєр може автоматичновиключатися.

Фотосопротівленіе використовують для сортування виробів з їх забарвленням аборозмірами. В залежності від зміни розміру або забарвлення вироби кількістьсвітлової енергії, що потрапляє на фотосопротівленіе, може змінюватися, аразом з цим змінюється провідність і струм в напівпровіднику. Це даєможливість направляти відсортовані вироби в призначені длякожного з них місця.

3.3.Термоелементи

термоелементи - прилади, в яких теплова енергія безпосередньоперетворюється в електричну.

базуються вони на явищі Зеєбека, що полягає в тому, що при нагріваннімісця спаяний двох різнорідних металів в замкнутій ланцюга виникаєелектрорушійна сила. Явище Зеєбека давно використовується для вимірюваннятемператур за допомогою термопар. Для отримання електричної енергії зтеплової металеві провідники не придатні, тому що коефіцієнткорисної дії (ККД) термоелементів з дроту складає всього
0,5%. Для цієї мети використовують напівпровідники, які дають можливістьбезпосередньо перетворювати теплову енергію в електричну без участібудь-яких машин.

Коефіцієнт корисної дії термоелемента, складеного знапівпровідників, доходить до 7-10%, тобто знаходиться на рівні к.к.д. такихмашин, як паровози, в яких він дорівнює 4-8%.

термоелементи складають з напівпровідників з р-і n-провідністю,з'єднаних один з одним металевою пластинкою. Конструктивневиконання такого термоелемента схоже з термоелементів з металевихдротів. Прикладом хорошої пари є цинк - сурма і сірчистий свинець.
При підігріві місця «спаяний» напівпровідникових платівок у замкнутої ланцюгавиникає електрорушійна сила. З'єднання таких окремих термоелементів вбатарею дає можливість отримувати постійний струм необхідного напруги в
120 і більше в; потужність більшості термогенераторів обмежена кількомадесятками ват. Нещодавно створено термогенератор потужністю в 200 Вт,проектуються ще більш потужні.

Батареї з термоелементів з радіальним розташуванням окремихелементів, спаї яких сходяться в центрі кола, служать для отриманняелектроенергії, що живить радіоустановки, в місцях відсутності електричноїенергії. Спаї в цьому випадку підігрівають гасової лампою або керогаз.

3.4.Холодільнікі та нагрівачі важливою особливістю, що відкриває широкі перспективи застосуваннянапівпровідників, є отримання з їх допомогою холоду і тепла більшеекономічними шляхами.

Таке використання напівпровідників засноване на термоелектричнихявищах, зворотних що спостерігається в термоелементах. Струм, що виникає взамкнутої ланцюга термоелемента, охолоджує гарячий спай і навпаки,підігріває холодний спай. При пропущенні ж струму через термоелементи взворотному напрямку виділяється тепло в гарячому спае та віднімається тепло відхолодного. Один і той же спай двох провідників при одному напрямку струмунагрівається, а при іншому охолоджується. Користуючись цим, можна охолоджуватиповітря в холодильній шафі, в який поміщений охолоджуваний спай металу. Дляцього в термоелемент підтримують температуру нагрівається спаяний, ближчу докімнатної, відводячи від нього виділяється теплоту у навколишнє середовище; при цьомуінший спай значно охолоджується, а через нього охолоджується і навколишнійповітря.

Застосовуючи для цієї мети напівпровідники, що характеризують достатньовисокою величиною к.к.д. термоелемента, можна отримати у холодильній шафінеобхідні низькі температури. Наприклад, напівпровідники із сплавіввісмуту, селену, телуру і сурми забезпечують у термоелемент різницятемператур близько 60 ° C, а в сконструйованому за допомогою такихнапівпровідників холодильній шафі підтримується температура мінус 16 ° C.

Цим же явищем можна скористатися і для опалювання будинків.
Пропускаючи електричний струм через термоелектричних ланцюг, крім звичайногонагріву всього провідника, охолоджують один спай і нагрівають інший, тобтопереносять тепло від одного спаяний до іншого. Академік А. Ф. Іоффе розрахував,яка кількість тепла буде при цьому виділено. Від охолоджуваного спаянийвіднімається певна кількість теплової енергії

Q0 =? T0It, де? - Термоелектродвіжущая сила, в;

T0 - абсолютна температура холодного спаяний;

I - величина струму, а; t - тривалість проходження струму, сек.

Відповідно в теплому спае, абсолютну температуру якого позначимочерез Т1, виділяється теплова енергія Q1:

Q1 =? T1It.

Ця теплова енергія Q1 більше теплоти Q0, щодо:

Q1/Q0 = Т1/T0.

Якщо обмежитися розглядом процесу на обох спаях, то їх можнаописати таким чином: електричний струм віднімає від холодного спаянийтеплоту Q0 і передає теплому спаю більшу кількість тепла Q1, додаючивідсутню енергію у вигляді електричної енергії W. До теплоті Q0,віднімається від холодного спаяний, додається енергія W, і сума їх Q0 + W = Q1виділяється на теплому спае.

З наведених даних про величини Q0 і Q1 видно, що ставленнязатрачуваної електричної енергії W до теплоту Q1, що звільняєтьсяна теплому спае, дорівнює:

W/Q1 = Q1Q0/Q1 = T1T0/T.

Якщо абсолютна температура теплого спаяний Т1 = 300 °, що відповідає
+27 ° C, а температура Т0 = 270 ° або -3 ° C, то

W/Q1 = 30/300 = 0,1,

Звідси випливає, що для передачі в тепле приміщення при температурі
2727 ° C100 кал тепла можна було б використати 90 кал, взятих від холодноїсередовища (наприклад, від зовнішнього повітря) і додати всього 10 кал за рахунокелектроенергії.

Оскільки таке вилучення тепла із зовнішнього холодного повітря абоводного резервуару легко і доступно, виникає приваблива можливість,витрачаючи всього 10% від внесеного до приміщення тепла за рахунок електроенергії,опалювати приміщення практично за рахунок витягується зовні тепла. Алепроцес в термоелектричної батареї не обмежується тільки виділенням іпоглинанням тепла на спаях. Уздовж гілок самої Термобатареї виникає потіктепла від теплого спаяний до холодного, який протидіє переносу теплау зворотному напрямку, який супроводжує проходження струму. Крім того, частинаелектричної енергії перетворюється в тепло в обох гілках термоелемента. Урезультаті наявності цих двох процесів використання електроенергії різкознижується; доводиться доб?? влять не 10% електроенергії, а близько 60%, та йтакий результат становить значний інтерес: витрата електроенергіїстановить лише близько половини теплоти, що надходить в приміщення, аінша половина доставляється більш холодним зовнішнім повітрям абопроточною водою при температурах, близьких до нуля.

Чим менше різниця Т1-Т0 в порівнянні з Т1, тим вигідніше виявитьсятермоелектрична батарея в порівнянні з електричною піччюопору.

Термоелектрична батарея володіє і іншим важливим перевагою. Якщозмінити напрям струму на протилежне, то на зовнішніх спаях почневиділятися теплота Q0, а нагрівають приміщення спаї будуть віднімати теплоту
Q1, охолоджуючи приміщення. У жарку пору року та ж термобатарея можеохолоджувати повітря. Регулюючи величину і напрямок струму в батареї, можнапідтримувати в приміщенні однакову температуру за будь-яких температурахзовнішнього повітря.

Література:

1.Д.А.Браун.-Нові матеріали в техніці. -Видавництво? Вища школа?,
М. - 1965,194 с.

2.Сідорін и др. - Основи матеріалознавства