通过高压高温烧结提高半导体的赛贝克系数制造技术

一种提高半导体的赛贝克系数的方法涉及建立包含在传压介质中的半导体的反应室， 将所述反应室暴露于提高的压力和提高的温度下足够长的时间，以提高所述半导体的赛贝 克系数；以及回收具有提高的赛贝克系数的所述半导体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用：[0001]本专利申请要求2006年6月26日递交的、题目为“Increasing the SeebeckCoefficient of Semiconductor by HP/HT Sintering(通过高压/高温烧结提高半导体的赛贝克系数)”的美国临时专利申请号60/805,805的优先权，并且通过引用将所述美国申请的披露内容的全部包括在本文中。关于联邦赞助研究或开发的声明：不适用。联合研究协议方名称：不适用。以磁盘递交的材料的引入：不适用。背景[0002]赛贝克效应，或者热电效应，是指当材料两点之间建立温度梯度(gradient)时在这两点之间存在的电压差。呈现该现象的材料(通常是半导体或导体)被称为热电学或热电材料(thermoelectrics或者thermoelectric material)。由热电材料制成的器件利用赛贝克效应来将热转换为电。例如，赛贝克效应是在温度测量中常用的热电偶的物理基础。[0003]赛贝克效应的度量被计为以μV/K(微伏每开)为单位的赛贝克系数。该赛贝克系数可以被定义为，当导体两点之间存在温差时，开路电压与导体两点间温差之比。赛贝克系数可以取正值或负值，取决于载荷子是空穴还是电子。赛贝克系数通常被称为热电动势率(thermoelectric power)或热电势率(thermopower)。[0004]良好的热电材料应当具备大绝对值的赛贝克系数、高导电性(σ，以Ωcm为>单位)以及低导热性(λ，以W/cm K为单位)。高导电性导致热电材料中的焦耳热(Jouleheating)最小化，而低导热性帮助维持材料中大的温度梯度。[0005]因此，热电材料的效率由热电品质因数(Z，以K-1为单位)来描述，该热电品质因数由关系式Z=α2σλ]]>计算。有用的无量纲品质因数被定义为ZT，其中T是温度(以开计)，并且ZT=α2σTλ.]]>[0006]在热电应用的早期发展中，金属和金属合金引起过较多兴趣，但是这些材料具-->有高导热性。此外，大多数金属的赛贝克系数在10μV/K的数量级，或更低。发现了半导体具有大于100μV/K的赛贝克系数。一般来说，半导体还具备高导电性和低导热性，这进一步提高Z，并由此提高热电材料的效率。[0007]例如，碲化铋(Bi2Te3)和碲化铅(PbTe)是两种普遍使用的半导体热电材料，具有大于200μV/K的优化的赛贝克系数。[0008]对材料的赛贝克系数的优化一般包括合成方法，通过所述合成方法，起始材料的化学定量关系(stoichiometry)被掺杂材料略微改变。通常，这产生具有完全不同组成的材料。此外，不存在容易的方法来预测具体材料组成的赛贝克系数。[0009]因此，还存在对具有大绝对值赛贝克系数的材料的需求。此外，还存在对提高材料的赛贝克系数的方法的需求，该方法不是必需包括向材料添加掺杂物。本文的实施方案解决这些和其他需求。
技术实现思路
[0010]一种提高半导体的赛贝克系数的方法，包括：将半导体暴露于提高的压力和提高的温度下足够长的时间，以提高所述半导体在使用的压力下测得的赛贝克系数；以及回收所述半导体。[0011]在实施方案中，所述提高的压力可以在约1GPa到20GPa的范围，并且所述提高的温度可以在约为所述半导体的烧结温度到在工艺压力(process pressure)下所述半导体的熔点之上约500℃的范围，例如在约500℃到约2500℃的范围。在其他实施方案中，所述压力可以在约2GPa到约10GPa的范围。在再其他的实施方案中，所述压力可以在约4GPa到约8GPa的范围，并且优选为约5GPa。[0012]在示例性实施方案中，所述温度可以在约为所述半导体的烧结温度到在工艺压力下所述半导体的熔点之上约500℃的范围。在其他实施方案中，所述温度可以在约900℃到约为在工艺压力下所述半导体的熔点的范围。可替换地，所述温度可以在所述半导体的烧结温度到约为在工艺压力下所述半导体的熔点的范围。[0013]半导体是这样的固体材料，其具有介于导体和绝缘体之间的导电性，并且通过半导体的传导通常藉由空穴和电子发生。半导体的性质一般随温度而改变，从而它们的传导性随温度降低而升高。在示例性实施方案中，半导体可以为硒化物、锑化物、碲化物、硫化物、锗化合物及其混合物。可以添加掺杂物，并且掺杂物可以包括例如Br、Cl、I、Ga、In、Na、K、Ag或其他故意的杂质，以改变基体材料的导电性或导热性。在再其他实施方案中，半导体可以为硒化铅、硫化铅、碲化铅、硫化锡、碲化锡及其混合物。在示例性实施方案中，半导体可以为碲化铅。-->[0014]在实施方案中，足够长以提高半导体的赛贝克系数的时间可以在从约30秒到约24小时的范围。在其他实施方案中，所述时间可以从约5分钟到约30分钟。在再其他实施方案中，所述时间可以从约5分钟到约15分钟。[0015]在示例性实施方案中，所述半导体可以包括半导体起始粉末，其中所述半导体起始粉末具有约50μm到约4000μm的平均颗粒尺寸。在其他实施方案中，半导体可以是多晶料或者一种或更多种分离的(discrete)单晶体。[0016]另一示例性方法可以包括提高碲化铅的赛贝克系数。所述方法可以包括将碲化铅暴露于从约4GPa到约8GPa范围的压力和从约600℃到约1300℃范围的温度下足够长的时间，以提高所述碲化铅在使用的压力下测得的赛贝克系数；以及回收所述碲化铅。在实施方案中，足够长以提高碲化铅的赛贝克系数的时间可以是约5分钟到约24小时。[0017]另一实施方案可以包括高压高温(“HPHT”)处理的高纯度半导体材料，所述高压高温处理的高纯度半导体材料具有比非高压高温处理的相同组成的半导体材料高的赛贝克系数。在实施方案中，所述具有比非高压高温处理的相同组成的半导体材料高的赛贝克系数的半导体材料可以是硒化物、锑化物、碲化物、硫化物、锗化合物及其混合物。在其他实施方案中，所述材料可以是硒化铅、硫化铅、碲化铅、硫化锡、碲化锡及其混合物。在再其他实施方案中，所述半导体材料可以是碲化铅。附图简要说明[0018]图1是示例性HPHT装置的横截面视图，该HPHT装置可以被用来提高半导体中的赛贝克系数。[0019]图2是针对未处理的和HPHT处理的碲化铅的赛贝克系数对温度的图。具体实施方式[0020]在描述本方法、系统和材料之前，要理解本公开不限于所描述的特定方法、系...

【技术保护点】
一种提高半导体的赛贝克系数的方法，包括：　将半导体暴露于提高的压力和提高的温度下足够长的时间，以提高所述半导体的赛贝克系数；以及　回收具有提高的赛贝克系数的所述半导体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.6.26 US 60/805,8051.一种提高半导体的赛贝克系数的方法，包括：
将半导体暴露于提高的压力和提高的温度下足够长的时间，以提高所述半导体的赛贝
克系数；以及
回收具有提高的赛贝克系数的所述半导体。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述提高的压力在约1GPa到20GPa的范围，并
且所述提高的温度在约500℃到约2500℃的范围。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述压力在约2GPa到约10GPa的范围。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述压力在约4GPa到约8GPa的范围。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述温度在约为所述半导体的烧结温度到在工艺
压力下所述半导体的熔点之上约500℃的范围。
6.如权利要求2所述的方法，其中所述温度在所述半导体的烧结温度到约为在工艺
压力下所述半导体的熔点的范围。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述半导体选自由硒化物、锑化物、碲化物、硫
化物、锗化合物及其混合物组成的组。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述半导体选自由硒化铅、硫化铅、碲化铅、硫
化锡、碲化锡及其混合物组成的组。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述半导体包括碲化铅。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述时间是从约30秒到约24小时。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述半导体还...

【专利技术属性】
技术研发人员：AS·马利克，
申请(专利权)人：戴蒙得创新股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US