半导体致冷元件的生产

在外电场作用下，由于满带中“空穴”所产生的导电性能称“空穴”导电，由于空带中电子所产生的导电性能称“电子”导电。依靠空穴导电的半导体为p型半导体，依靠电子导电的半导体为n型半导体。

当将p型半导体一端与n型半导体一端焊接起来，如图1所示。

图1  帕尔帖效应示意图

当按一定方向通以电流时，焊接点变热，而通以反向电流时，焊接点变冷，这种现象称为帕尔帖效应。

半导体的帕尔帖效应在工业上常用来制造致冷器。由p型半导体和n型半导体焊接组成致冷元件，由许多致冷元件围成致冷井，可用于电冰箱与空调器。

下面简单介绍以碲化铋单晶为主组成的致冷元件。

一、原料技术标准

半导体无件要求采用纯或高纯级的元素配制，各种元素的化学纯度要求：铋采用1号精铋；碲采用1号精碲；硒采用1号精硒；锑采用四九精馏锑；铅采用五九高纯铅。

其中精镏锑采用含锑高于99.85%的1号锑经真空蒸馏制得；将1号精铋经真空过滤提纯为五九高纯铋。

二、工艺流程

如图2所示。

图2  半导体致冷元件工艺流程图

三、主要技术条件

（一）配料

1、配四碘化碲。作n型材料掺杂剂。

原料Te≥99.99%，碘为试剂纯。

将碲研成80目左右粉末。

配比（质量比）I∶Te＝4∶1

真空度不高于6.7帕。

合成温度：缓慢升温至350～380℃。

合成时间：8小时，后缓慢冷却至室温。

研磨：将合成料在玻璃研钵内磨至100目，贮于磨口玻璃瓶中，置干燥器内。

2、碲真空蒸馏。原料含碲高于99%。

蒸馏温度：500～520℃；冷凝温度：320～350℃。

真空度不高于6.7帕。

时间：4～4.5小时／炉。

3、锑真空蒸馏。原料含锑高于99.85%。

蒸馏温度700～720℃；冷凝温度500～550℃。

真空度不高于1.3帕。

时间：1～5小时／炉。

4、铋真空过滤。原料含铋不低于99.99%。

过滤温度：350～400℃。

真空度不高于6.7帕。

出料温度：室温。

5、配料比。如表4。

表4  半导体的化学组成（%）

（二）区域熔炼。垂直拉晶。

合成温度：620～630℃。

真空度不高于6.7帕。

（三）切片。进刀速度≥1.5分钟／片。

（四）元件搪铋。采用Bi－Sb合金（Bi90，Sb10）。

熔点350℃。

（五）元件挂锡。温度380℃。

焊锡成分（%） Sn60，Pb40。

（六）瓷片金属化。包括线路印制、烘结、镀钢、瓷片上锡。

（七）组装。包括元件摆阵、焊盖板、焊冷板、通电检验。