2.2. Фізико-хімічні властивості телуриду бісмуту.

Телурид бісмуту володіє ромбоедричною кристалічною структурою. Його кристали складаються з атомних шарів, що чергуються в напрямку осі с в послідовності

Те׳ ‒ Ві ‒ Те׳׳ ‒ Ві ‒ Те׳ ‒ Те׳ ‒ Ві ‒ Те׳׳ ‒ Ві ‒ Те׳

Важливою структурною особливістю є приблизно октаедричне розміщення атомів Те׳ навколо атомів Те׳׳ і атомів Те׳ навколо атомів Ві. Зв’язки між атомами далеко не рівноцінні (Å): Ві ‒ Те׳ ‒ 3,12, Ві ‒ Те׳׳ ‒ 3,22, Те׳ ‒ Те׳׳ (між сусідніми шарами) ‒3,57. Тому телурид бісмуту має добре виражену площину спайності. Ті ж причини лежать в основі добре відомої анізотропії цієї сполуки. В напрямку, перпендикулярному і паралельному площині спайності, всі параметри надзвичайно відрізняються. Зокрема, це відноситься до теплопровідності χ_ = 0,0075 Вт/см·град, χ_ = 0,0175 Вт/см·град.

У хімічному відношенні телурид бісмуту досить благородний. Тим не менше він розчинний в окиснювальних кислотах (азотна кислота – розповсюджений травник даної сполуки), взаємодіє з киснем повітря при температурах вище 300^оС. Деякі найбільш важливі властивості телуриду бісмуту представлені в табл. 1.

Таблиця 1

Фізичні властивості телурид бісмуту

Температура плавлення, оС……………	585
Густина, г/см3……………………………	7,85
Мікротвердість, кг/мм2……………………	30
Ширина забороненої зони, еВ……………	0,19
ТермоЕРС, мкВ/град………………………	230
Електропровідність (20 оС), Ом-1·см-1……	140-400
(Пружність пари при температурі плавлення невелика)

Діаграма плавлення системи Ві-Те представлена на рис. 1. Існує чотири сполуки бісмуту з телуром: Ві₁₄Те₅, Ві₂Те, ВіТе, Ві₂Те₃. Фаза Ві₂Те₃ плавиться конгруентно, інші ж плавляться інконгруентно і утворюються по перитектичній реакції з більш туготопкої сполуки і рідини відповідного складу:

Ві₂Те₃ (тв) + L₁  ВіТе(тв)

ВіТе(тв) + L₂  Ві₂Те(тв)

Ві₂Те(тв) + L₃  Ві₁₄Те₅(тв)

Рис. 1.Т-х-діаграма системи Ві ‒ Те

Три сполуки Ві₂Те₃, ВіТе, Ві₂Те мають досить широкі області гомогенності, при цьому Ві₂Те₃ – схильний до розчинення надлишку телуру, в той час як Ві₂Те і ВіТе легше розчиняють надлишок бісмуту.

2.3. Особливості кристалів на основі теллуриду бісмуту.

Кристалічні матеріали на основі халькогенідів сурми - вісмуту отримують уже багато років. Для матеріалів р - типу зазвичай використовуються твердий розчин Bi_o.5Sb_1.5Te, а для n - типу - Ві₂Те_2.7Se_0.3. Отримання цих ТЕМ має свої специфічні особливості, які роблять цей процес в умовах виробництва більш складним порівняно із вирощуванням класичних напівпровідникових матеріалів.

По - перше, усі термоелектрики - це сполуки, які відносяться до класу бертолідів, які не мають фіксованого складу. Їх іонно – катіонні співвідношення змінюються в деяких межах, при цьому буде змінюватися і концентрація носіїв заряду, що призведе до її відмінності від оптимальної концентрації носіїв. Температура кристалізації (плавлення) часто не відповідає стехіометричному або оптимальному складу. Тому необхідно приймати відповідні міри для того, щоб виростити кристал потрібного складу.

По - друге, ТЕМ мають виражену анізотропію як електричних, так і механічних властивостей. При вирощуванні кристалів великого діаметра всередині нього виникають значні термічні напруги, які призводять до появи тріщин. Щоб цього позбутися, необхідно ускладнювати процес вирощування таких кристалів, що робить їх виробництво нерентабельним. Тому діаметр кристалів, зазвичай, знаходиться в проміжку 30 - 40 мм.

По - третє, ТЕМ є багатокомпонентними твердими розчинами. Кожний компонент має свій коефіцієнт розподілу, і тому у вирощеному кристалі електричні властивості змінюються по довжині, якщо не приймати спеціальних мір.

Склад твердого розчину ТЕМ зазвичай підбирають таким чином, щоб можна було отримати максимальне значення відношення рухливості до теплопровідності гратки. Однак залежність цього відношення від складу, як правило досить слабка. Зміною складу твердого розчину можна досягти попутно і других цілей, наприклад збільшити ширину забороненої зони, оптимізувати ефективну масу, зсунути область гомогенності твердого розчину для отримання оптимальних для даних температур концентрацій носіїв заряду.