概述 半导体热电材料 (semiconductorthaermoelectricmaterial)指具 有较大热电效应的半导体材料，亦称温差电材料。 它能直接把热能
转换成电能，或直接由电能产生致冷作用。1821 年德国塞贝克(see—beck)在金属中发现温 差电效应，仅在测量温度的温差电偶方面得到了 应用。半导体出
晶体致冷元件正是利用晶体的这一特点。 (4)以多种材料，按不同的工作温度范围配套， 改善优值系数。中国
。目前，液态材料还处于研究阶段。按功能分类， 可分为两大类： 温差发电材料。主要有ZnSb、PbTe、GeTe、SiGe 等合金材料。半导体温差发电机的特点是：无
噪声、无磨损、无振动、可靠性高、寿命长；维 修方便；易于控制和调节，可全天候工作；可替 代电池。半导体温差发电机的热源，可用煤油、 石油气以及利用Pu238、sr90
3为基的固溶体合金材料，常用于温差致冷，小 功率的温差发电器(如心脏起搏器)和级联温差发 电机的低温段。温差电材料的转换效率一般为3 ％～4％。以Bi2Te3为基的温

差电材料具有最佳的优值和最大的温度降。 中温材料 工作温度约为500～600℃，主要是PbTe、GeTe、 AgSbTe2或其合金材料。PbTe早已用于工业生
、Po210等放射性同位素。 温差致冷材料。主要是铋、锑、硒、碲组成的固 溶体，通常是由Bi—Sb—Te组成p型 材料，Bi—
Se—Te组成n型材料。目前，半导体致冷器 所用材料是Bi2Te3、Sb2Te3、Bi2Se3及其固溶体， 其优值系数z为2～3×10-3／℃。通常把若
现后，发现它能得到比金属大得多的温差电动势， 热能与电能转换有较高的效率，因此，在温差发 电、温差致冷方面得到了发展。 粉末冶金法。宜于大批量生产，材料的机械强度
高且成分均匀，易于制成各种形状的温差电元件， 其缺点是破坏了结晶方位，材料密度较小，从而 不能获得高的热电性能。 熔体结晶法。设备操作简单，严格控制可获得单 晶或由
lkj来源： 三箭气 抢
量生产。 外延法制取薄膜。该法目前用于Bi2Te3薄膜生长。 分类 热电材料种类繁多，如PbTe、ZnSb、SiGe、 AgSbTe2、GeTe、CeS及某
些Ⅱ-V族。Ⅱ-Ⅵ族、V-Ⅵ族化合物和固溶体， 目前已有一百余种。按工作温度分类，可分4大 类： 低温材料 工作温度约为200℃，主要是Bi2Te3及Bi2Te
干对温差电偶排列成阵、组成半导体致冷电堆或 组成级联式致冷电堆。目前，一级半导体致冷电 堆可达-40℃，两级或三级的致冷器，其致冷温 度可达-80℃到-100℃。当然
，致冷温度愈低，效率和产冷量就愈低。 应用 (1)半导体温差发电材料用于制备温差发电机， 已应用于海岸挂灯、浮标灯、边防通讯用电源、 石油管道中无人中继站电源和
几个大晶粒组成的晶体，材料性能较好。缺点是 不宜大批量生产，材料的机械强度差，切割的材 料耗损较大。 连续浇铸法。宜于大批量生产。缺点是设备费用 大，且不易控制。
区域熔炼法。可获得高质量的单晶材料，杂质分 布均匀。缺点是价格昂贵，不宜大批量生产。 单晶拉制法。可获得高质量的单晶，但单晶炉的 结构比较复杂。缺点是不适宜大批
产，是较成熟的材料，它制备工艺较简单，且可 制成n型和p型材料。AgSbTe3具有极低的晶格热 导率，前途看好。中温材料可用于温差致冷(如 PbTe等)，而主要用于温
差发电机和级联温差发电机的中温段，工作温度 的上限由材料的化学稳定性决定。材料的转换效 率一般为5％左右。 高温材料 工作温度约为900～1000℃，主要有Si
野战携带电源以及海底探查、宇宙飞船和各类人 造卫星用电源。 (2)半导体温差致冷材料，用于制造各种类型的 半导体温差致冷器，如各种小型冷冻器、恒温器、 露点温度计、
电子装置的冷却，以及在医学、核物理、真空技 术等方面都有应用。 发展趋势 (1)寻求为满足不同用途和更佳优值系数的新型 半导体材料。 (2)对材料的研究愈来愈
深入，如将p型Sb2Te3加入Bi2Se3中，组成四元 合金，获得较好的Z值。 (3)发展材料制备工艺，以获得最佳的组织结构。 例如，Bi2Te3及以其为基的固溶
体在晶体结构上是辉碲铋矿型结构，有强烈的方 向性，平行于解理面的电导率σ是垂直于 解理面的4～10倍，热导率为3～5倍，温差电优 值系数约为2倍，所以取向
Ge、MnSi2、CeS等。SiGe合金是较成熟的合金材 料。虽然制备工艺有一定难度，但机械强度大， 工作温度范围宽，从室温到900℃间的平均优值 可达8.5×l0-
3／℃，SiGe合金材料的理论转换效率可达10％。 液态材料 工作温度可高达数千度，主要使用于极高温度的 热源。主要材料有Cu2s•Cu8Te2S等