УДК 621.315.592

          Исследовано воздействие ионизирующих излучений на термоэлектрические параметры термоэлементов твердых растворов систем Bi₂Te₃--Bi₂Se₃ и Bi₂Te₃--Sb₂Te₃.

          Термоэлектрические охладители (ТЭО) широко применяются в ИК-технике и работают при различных условиях, в том числе и в условиях повышенной радиации.
          В литературе имеются данные об исследованиях влияния ионизирующих излучений на электрические и тепловые свойства твердых растворов систем Bi₂Te₃--Bi₂Se₃ и Bi₂Te₃--Sb₂Te₃ [1-3].
          В данной статье рассматривается влияние ионизирующих излучений различного вида на термоэлектрические параметры термоэлементов на основе указанных твердых растворов.
          Для выяснения механизма действия облучения на термоэлектрические параметры ТЭО предварительно исследовали также влияние этих излучений на свойства исходных кристаллов.
          Исследуемые образцы были получены направленной кристаллизацией - методом Бриджмена и подвергались воздействию гамма-излучения в интервале флюенсов 10⁶ - 10⁸ Р, электронного облучения с энергией 25 МэВ в интервале флюенсов 10¹³-10¹⁴ см^-2 и импульсного гамма-нейтронного облучения в интервале флюенсов 10¹³-10¹⁴ см^-2.
          В качестве коммутационного сплава применялся сплав Bi + Sn с температурой плавления 413 К. До и после облучения измерялись значения электропроводности ветвей термоэлемента, контактное сопротивление границ раздела образцов, термоэлектрические параметры модулей и охладителей.
          Полученные результаты представлены в табл. 1 и 2, где s₀r_к0 - значения электропроводности ветвей термоэлемента и контактного сопротивления границ раздела образцов до, а s и r_к0 - после облучения.
          Из табл. 1 следует, что при гамма-нейтронном облучении границы раздела системы Bi₂Te₃--Sb₂Te₃ со сплавами Bi + Sn их r существенно (в 2-4 раза) падает. В случае же облучения границы раздела системы Bi₂Te₃--Sb₂Te₃ с эвтектикой Bi + Sn электронами и системы Bi₂Te₃-Bi₂Se₃ с эвтектикой Bi + Sn гамма-квантами r_к растет. Результаты измерений удельной электропроводности показали хорошую корреляцию между изменениями t_к и s, т.е. уменьшение контактного сопротивления при облучении сопровождается ростом электропроводности кристаллов и наоборот. По-видимому, при облучении гамма-нейтронами границы раздела кристалла Bi₂Te₃--Bi₂Se₃ с эвтектикой Bi + Sn в поверхностном слое возникают дефекты, создающие в запрещенной зоне полупроводника большое число локальных уровней акцепторного типа. Это приводит к увеличению концентрации дырок в поверхностном слое и уменьшению контактного сопротивления [4, 5]. При облучении границы раздела кристаллов систем Bi₂Te₃--Sb₂Te₃ с эвтектикой Bi + Sn электронами с энергией 25 МэВ, а также систем Bi₂Te₃--Bi₂Se₃ с эвтектикой Bi + Sn гамма-квантами в поверхностном слое образуются локальные центры, создающие основные носители заряда. Вследствие этого концентрация основных носителей заряда и проводимость поверхностного слоя в обоих случаях падают, что приводит к увеличению контактного сопротивления границы раздела, что подтверждается характером изменения электропроводности кристаллов [4].

Образец	s0, Ом-1·см2	rкo, Ом·см2	Виды и флюенсы облучения	s, Ом-1·см2	rк, Ом·см2	rкo / rк	s0 / s
Bi2Te3--Sb2Te3 (p-тип)	1108 1076 1115	8,5·10-5 9,2·10-5 8,3·10-5	1013 н/см2 5·1013 н/см2 1014 н/см2	1450 1530 1480	3,1·10-5 2,1·10-5 3,2·10-5	2,74 4,38 2,59	0,76 0,71 0,75
	975 926	7,5·10-5 7,6·10-5	1013 н/см2 1014 н/см2	910 900	9,2·10-5 9,0·10-5	0,81 0,84	1,01 1,02
Bi2Te3--Bi2Se3 (n-тип)	1114 1050 932	7,5·10-5 9,0·10-5 7,6·10-5	106 Р 107 Р 108 Р	750 730 708	1,3·10-5 1,5·10-5 1,9·10-5	0,57 0,60 0,40	1,49 1,43 1,31

          Следует отметить, что облучение поверхности раздела может привести также к исчезновению локальных деформаций, образовавшихся при коммутации и взаимной диффузии атомов компонентов кристалла и контактного материала, что может влиять на сопротивление переходного контакта.
          Исследуемые термоэлектрические модули представляют собой унифицированные одно- и многокаскадные термобатареи из последовательно или параллельно- последовательно включенных термоэлементов. Они состоят из различных узлов: термоэлементов, теплопереходов, коммутирующих контактов.
          Влияние ионизирующих излучений на температурный перепад на модулях, возникающий при прохождении через него постоянного тока, равного 2 А до и после облучения, представлено в табл. 2.

Номер модулей
	DТ, град при I = 2А
	Импульсные гамма-нейтроны, н/см2				Электронное облучение с энергией 25 МэВ, э/см2				Гамма-кванты, Р
	До облучения	1013	5·1013	1014	До облучения	1013	5·1013	1014	До облучения	106	107	108
1 2 3	39 40 38	42	44,5	40,0	39,5 39,0 38,5	36,5 36,0 37,0	36,0 36,5 36,0	40,0 39,0 39,5	39,0 38,0 38,3	38,0 37,0 37,0	38,0 37,0 37,0	37,0 37,5 37,5

          Как видно из табл. 2, облучение гамма-нейтронами до флюенса 10¹⁴ см^-2 приводит к росту в DT_макс модулей. Сопоставление вышеуказанных данных по влиянию облучений на эффективность n - и р-ветвей дает основание предполагать, что такое изменение DT обусловлено как уменьшением сопротивления переходных контактов, так и ростом термоэлектрической добротности ветвей термоэлементов.
          Исследование влияния ионизирующих излучений различного вида на температурный перепад DT термоэлектрического охладителя (ТЭО) показало, что после облучения охладителя гамма-нейтронами флюенсом 5·10¹³ см^-2, DT значительно растет. При обучении же охладителя электронами и гамма-квантами DT падает. Оптимальный ток питания, время выхода на режим и другие параметры ТЭО после облучения не претерпевали заметного изменения.
          Результаты проведенных исследований показывают, что изменение DT охладителей при облучении обусловлено как изменением параметров ветвей, так и изменением сопротивления переходных контактов.

          Л и т е р а т у р а

          1. З е й н а л о в И. А, А с к е р о в К. А., А л и е в Е. М., Д и к М. Г., А б д и н о в М. Г.//Изв. АН СССР. Неорган. матер., 1990. Т. 26. N. 8. С. 1770-1772.
          2. З е й н а л о в И. А., А с к е р о в К. А., А л и е в Е. М., Д и к М. Г., А б д и н о в Д. Ш.//Там же, 1991. Т. 27. N. 9. С. 1974-1976.
          3. З е й н а л о в И. А., А с к е р о в К. А., А л и е в Е. М., Д и к М. Г., А б д и н о в Д. Ш.//Там же, N.3. С. 623-625.
          4. Р о д е р и к Е. Х. Физика контактов.- М.: Радио и связь. С. 200.
          5. Д ж а м а л о в Н. А., Б а р х а л о в Б. Ш., Ф е й з и е в Я. С., С у л т а н о в а Н. Р., С а л а е в Э. Ю., А б д и н о в Д. Ш.//Изв. АН СССР. Неорган. матер. 1986. Т. 22. N. 11. С. 1812-1814.

          Influence of ionizing irradiation of different kinds on the thermoelectrical parameters of the thermoelements on the base of Bi₂Te₃--Bi₂Se₃ and Bi₂Te₃--Sb₂Te₃ systems solid solutions have been investigated. To ascertain the mechanism of the action of irradiation on thermoelectrical parameters of TEC, previously the influence of these irradiation on the properties of crystals also was studied. Tte samples investigatwd were obtained by the oriented crystallization method - Bridgman technique and subjected to action of gamma-irradiation in the range of fluences 10⁶--10⁸ R, electron irradiation of 25 MeV energy in fluence range 1013--1014 cm-2 and pulse gamma- neutron irradiation in fluence range 10¹³--10¹⁴ cm^-2. It is shown that irradiation by gamma-neutrons up to flueences 10¹⁴ cm^-2 leads to increasing of DT_max of TEM, as well as efficiency of n- and p-branches of thermoelements. This fact permits to suppose, that such a variations of DT_max are due both to decreasing of resistance of transitional contacts and increasing of thermoelectric figure of merirt of the thermoelectric material itself. Thus results obtained are indicated that variations of DT_max for TEM under irradiation are due both to variations of thermoelement branches parameters and the resistance of transitional contacts.

Содержание журнала "Прикладная физика" N 3, 1999 г.