Реферат: Полупроводниковый преобразователь тепловой энергии окружающей среды

💣 👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

Проблема современной энергетики состоит в том, что производство электроэнергии – источник материальных благ человека находится в губительном противостоянии с его средой обитания – природой и как результат этого – неизбежность экологической катастрофы.
Поиск и открытие альтернативных экологически чистых способов получения электроэнергии – актуальнейшая задача человечества.
Одним из источников энергии, является природная окружающая среда: воздух атмосферы, воды морей и океанов, которые содержат огромное количество тепловой энергии, получаемой от Солнца.
Рассмотрим для примера изолированный кристалл собственного полупроводника, который легирован (см. рис.1) донорной примесью вдоль оси X по экспоненциальному закону
Рис. 1. Кристалл полупроводника легированый донорной примесью
Левая часть кристалла (X 0
) легируется до такой концентрации N дмакс
, чтобы уровень Ферми находился у дна зоны проводимости полупроводника, а правая часть кристалла (X к
) легируется до минимально возможной концентрации N дмин
, чтобы уровень Ферми находился посредине запрещенной зоны полупроводника, при заданной температуре.
Основными носителями заряда, в данном случае, являются электроны (n).
Для простоты рассуждений, неосновными носителями – дырками (р) пренебрегаем из-за малой их концентрации.
В некоторый условный начальный момент, когда закон распределения концентрации электронов совпадает с законом распределения донорной примеси (n=N д
), кристалл в целом является электрически нейтральным и в каждом его элементарном объеме выполняется условие np=n i
2
, а вдоль оси X существует положительный градиент концентрации (см. рис.2) основных носителей – электронов dn/dx>0.
Рис. 2. Закон распределения концентрации основных носителей в кристалле
Под действием сил теплового движения и в результате наличия градиента концентрации, электроны начинают диффундировать в кристалле вдоль оси X из области высокой их концентрации (X 0
) в область низкой концентрации (X к
), в результате – электронейтральность кристалла нарушается.
Электроны, движущиеся слева направо, оставляют после себя положительно заряженные ионы донорной примеси N д
+
.
Эти ионы, жестко связанные с кристаллической решеткой полупроводника, образуют в левой части кристалла неподвижный положительный объемный заряд, а электроны, перешедшие в правую часть кристалла, образуют отрицательный объемный заряд равной величины, в результате чего в объеме кристалла полупроводника вдоль оси X образуется постоянное по величине электрическое поле E х
(см. рис.3).
Рис. 3. Распределение объемных зарядов в кристалле
Силы электрического поля будут стремиться возвращать электроны в ту область кристалла, откуда они диффундировали. Те электроны, энергия которых недостаточна для преодоления сил электрического поля, будут возвращаться – дрейфовать в электрическом поле в направлении, противоположном процессу диффузии.
Таким образом, в кристалле полупроводника вдоль оси X текут два встречно направленных тока: J диф.
– ток диффузии, J др.
– ток дрейфа.
В процессе образования электрического поля в кристалле в сторону увеличения его напряженности, диффузионный ток уменьшается вследствие снижения градиента концентрации электронов, а дрейфовый ток увеличивается за счет увеличения количества электронов, возвращаемых растущим полем в обратную сторону, что в конечном итоге приводит к выравниванию этих токов J диф.
=J др.
и установлению в объеме кристалла электрического и термодинамического равновесия.
Плотность тока диффузии: J диф.
= –q n
D(dn/dx).
Плотность тока дрейфа: J др.
= μnq n
E x
.
J k
= J др.
+ J диф.
= μnq n
E x
– q n
D(dn/dx) = 0.
Исходя из вышеизложенного, напряженность электрического поля в кристалле:
где: k – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура кристалла, q n
– заряд основных носителей, K – показатель экспоненты распределения примеси.
Таким образом, неоднородное распределение донорной примеси N д
вдоль оси X кристалла полупроводника по экспоненциальному закону приводит к образованию в объеме кристалла полупроводника постоянного по величине электрического поля, величина напряженности которого E x
не зависит от координаты X, а определяется только величиной абсолютной температуры T кристалла и показателем K экспоненты распределения донорной примеси. При этом один конец полупроводника (X 0
) окажется заряженным положительно по отношению к другому концу полупроводника (X k
).
В этом случае, при заданной температуре, диаграмма энергетических зон в полупроводнике вдоль оси X приобретает следующий вид (см. рис.4)
Рис. 4. Диаграмма энергетических зон
ΔE с
– высота потенциального барьера между концами полупроводникового кристалла, φ k
– разность потенциалов между концами полупроводникового кристалла, α – угол наклона энергетических зон.
Это означает, что между противоположными концами полупроводникового кристалла существует разность потенциалов, φ k
а значит, развивается ЭДС (холостого хода).
ЭДС, выраженная в Вольтах будет по величине численно равна половине ширины запрещенной зоны полупроводника:
Например, для германия ЭДС Gе
= 0,35В, для кремния ЭДС Si
= 0,55В при температуре 293ºК.
Если замкнуть разноименные концы полупроводникового кристалла металлическим проводником с сопротивлением R, то в цепи потечет электрический ток J R
, и как следствие в кристалле нарушится электрическое и термодинамическое равновесие, а именно: электроны уйдут с правого конца кристалла и перейдут в левый конец кристалла через проводник, чем будет увеличен градиент концентрации электронов, а значит ток диффузии J диф.
. увеличится, а ток дрейфа J др.
уменьшится, так как уменьшится напряженность электрического поля E х
.
Ток J R
в проводнике будет составлять разницу между токами диффузии J диф.
и дрейфа J др.
:
При увеличении тока диффузии электроны будут отбирать тепловую энергию от кристаллической решетки полупроводника, вследствие преодоления ими потенциального барьера ΔЕ с
, в результате чего кристалл будет охлаждаться. Для поддержания постоянного тока в цепи нагрузки необходимо непрерывно подводить к кристаллу теплоту Q от окружающей среды (воздух, вода и т.п., см. рис.5).
Рис. 5. Электрическая схема полупроводникового преобразователя
Аналогичные рассуждения и выводы можно сделать при легировании кристалла полупроводника акцепторной примесью (N a
) или встречно легировать донорной и акцепторной примесями (N д
– N a
).

Название: Полупроводниковый преобразователь тепловой энергии окружающей среды
Раздел: Рефераты по науке и технике
Тип: реферат
Добавлен 11:55:21 25 октября 2004 Похожие работы
Просмотров: 155
Комментариев: 15
Оценило: 5 человек
Средний балл: 5
Оценка: неизвестно   Скачать

Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.

Реферат: Полупроводниковый преобразователь тепловой энергии окружающей среды
Болезни Эндокринной Системы Реферат
Написать Стих Собственного Сочинения
Пособие по теме Фінансовий ринок та ризик
Курсовая Работа На Тему Национальные Варианты Произношения Английского Языка
Определение Эквивалента Металла Лабораторная Работа
Контрольная работа по теме Фінансові аспекти використання та амортизації основних засобів та інших необоротних активів
Как Проанализировать Связь В Сочинении
Реферат по теме Социальный портрет учителя во второй половине XIX - начале 20 вв.
Ревизия поступления материалов
Контрольная работа по теме Теория прооблемного обучения
Реферат: Преобразования в деревне
Написание Магистерской Диссертации Книга
Реферат: Would lower oil prices be good or bad news for the world economy
Реферат по теме Лев Николаевич Толстой
Маленькое Сочинение Почему Владимир Дубровский Стал Разбойником
В Лес За Грибами Сочинение
Статья: И Северянин
Реферат 5 Клас
Сколько Минимум Слов В Итоговом Сочинении
Реферат: Анафилактический шок
Реферат: История Рогнединского района
Реферат: Основные принципы и порядок управления государственным имуществом
Доклад: Возможности индукционных зондирований для поисков и прогнозной оценки нетрадиционных типов месторождений золота и платиноидов