РОЛЬ ДИФФУЗИИ В РАЗРУШЕНИИ КОНТАКТОВ В ТЕТРИМИТОВЫХ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТАХ

Для исследования термоэлементов в условиях, близких к рабочим, микромодуль отжигался при 170 ° С в течение 1000 часов. Выяснилось, что после отжига более 40 часов наблюдаются разрушения приконтактной зоны n-типа, что приводит к полному разрыву контактов микромодулей. Наши результаты показали, что при отжиге припой SnSb протекает в незащищенную боковую поверхность термоэлемента и контактирует с плоскостями расщепления, вдоль которых олово может диффундировать в объем термоэлемента. В противоположность этому, контакты p-типа не были разрушены припоем. Различие воздействия припоя на термоэлементы n- и p-типа объяснялось в рамках теории функционала плотности (DFT). Моделирование процессов диффузии в Bi₂Te₃ и Sb₂Te₃ позволило расширить представления о процессе пайки термоэлементов.

1. B. Poudel, Q. Hao, Y. Ma, Y. Lan, A. Minnich, B. Yu, X. Yan, D. Wang, A. Muto, D. Vashaee, X. Chen, J. Liu, M. S. Dresselhaus, G. Chen, and Z. Ren. High-thermoelectric performance of nanostructured bismuth antimony telluride bulk alloys. Science (80-. ). 320, 634 (2008).

2. M. Kashiwagi, S. Hirata, K. Harada, Y. Zheng, K. Miyazaki, M. Yahiro, and C. Adachi. Combined effect of nanoscale grain size and porosity on lattice thermal conductivity of bismuth-telluride-based bulk alloys. Appl. Phys. Lett. 98, 023114 (2011).

3. W. Xie, D. A. Hitchcock, H. J. Kang, J. He, X. Tang, M. Laver, and B. Hammouda, Appl. Phys. Lett. 101, 113902 (2012).

4. Y. Zhang, X. Jia, L. Deng, X. Guo, H. Sun, B. Sun, B. Liu, and H. Ma. Composition controlled preparation of Cu–Zn–Sn precursor films for Cu2ZnSnS4 solar cells using pulsed electrodeposition. J. Alloys Compd. 632, 514 (2015).

5. Q. Lognoné and F. Gascoin. Reactivity, stability and thermoelectric properties of n-Bi2Te3 doped with different copper amounts. J. Alloys Compd. 635, 107 (2015).

6. L. E. Bell. Cooling, Heating, Generating Power, and Recovering Waste Heat with Thermoelectric Systems . Science (80). 321, 1457 (2008).

7. K. Koumoto and T. Mori, Thermoelectric Nanomaterials: Materials Design and Applications (Springer, Heidelberg, 2013).

8. B. M. Goltsman, B. A. Kudinov, and I. A. Smirnov, Thermoelectric Semiconductor Materials Based on Bi2Te3 (Defense Technical Information Center, Ft. Belvoir, 1973).

9. V. T. Bublik, A. I. Voronin, E. A. Vygovskaya, V. F. Ponomarev, N. Y. Tabachkova, and O. V. Toropova. Structure of Profiled Crystals Based on Solid Solutions of Bi2Te3 and Their X-Ray Diagnostics. Russ. Microelectron. 40, 634 (2011).

10. W. Liu, H. Wang, L. Wang, X. Wang, G. Joshi, G. Chen, and Z. Ren. Understanding of the contact of nanostructured thermoelectric n-type Bi2Te2.7Se0.3 legs for power generation applications. J. Mater. Chem. A 1, 13093 (2013).

11. S. Chen, T. Yang, C. Wu, H. Hsiao, H. Chu, J. Huang, and T. Liou. Residual stress measurement on TiN thin films by combing nanoindentation and average X-ray strain (AXS) method. J. Alloys Compd. 686, 847 (2016).

12. R. P. Gupta, K. Xiong, J. B. White, K. Cho, H. N. Alshareef, and B. E. Gnade. Low Resistance Ohmic Contacts to Bi2Te3 Using Ni and Co Metallization. J. Electrochem. Soc. 157, H666 (2010).

13. Y. C. Lan, D. Z. Wang, G. Chen, and Z. F. Ren. Diffusion of nickel and tin in p-type (Bi,Sb)2Te3 and n-type Bi2(Te,Se)3 thermoelectric materials. Appl. Phys. Lett. 92, 101910 (2008).

14. Y. Feutelais, B. Legendre, N. Rodier, and V. Agafonov. A study of the phases in the bismuth - tellurium system. Mater. Res. Bull. 28, 591 (1993).

15. S. A. Semiletov. Kristallografiya 1, 403 (1956).

16. A. F. Ioffe, Semiconductor Thermoelements, and Thermoelectric Cooling (Infosearch, London, 1957).

17. A. Voronin, V. Bublik, N. Tabachkova, and Y. Belov. Structure of profiled crystals based on solid solutions of Bi2Te3 and their X−ray diagnostics. J. Electron. Mater. 40, 794 (2011).