УДК 631.362.1:669.35'24
ПОТАПОВА И.Г., МАРКОВ Ф.В.,
ПЕТРОВ Ю.А.
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ НКП ДЛЯ
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Московский институт электронной техники (Технический университет), 103498, Москва,
тел.: 5329865, fax: 5302233, e-mail: ms@ms.miee.ru .
Пленочные анизотропные термоэлектрические преобразователи (ПАТЭП) на
основе наклонно конденсированных пленок (НКП) термо-электродных сплавов
представляются перспективными для использова-ния в качестве приемно-
преобразовательных устройств непрерывного и импульсного лазерного излучения с
большой частотой следования импульсов.
В результате анализа технологических параметров получения НКП медно-
никелевых сплавов МНМц 43-0,5 (копель) и МНМц 40-1,5 (константан)
установлено, что термочувствительные НКП этих сплавов формируются в вакууме
практически при одинаковых условиях.
Для ПАТЭП с высокой чувствительностью ( >100 В/Дж) и зонной
неоднородностью
параметров
(< 5%) был
выбран
медно-никелевый
термоэлектродный сплав копель.
При отработке оптимальных параметров получения НКП с воспроизводимыми
характеристиками, подготовленный по специальной методике порошкообразный
материал сплава копели испаряли в вакууме 10-3 Па методом "вспышки".
Энергодисперсионный анализ образцов НКП копели показал, что химический
состав пленок соответствует (в пределах погрешности измерений) составу
исходного сплава. Отсутствие инородных элементов в полученных спектрах
подтверждает, что образцы НКП однородны, а наличие в них относительного
контактного электросопротивления обусловлено образующимися порами и
пустотами между зернами микро-структуры.
Исследования образцов пленок на подложках из различного материала
показали, что эпитаксии НКП сплава копели не происходит. Пленки формируются

поликристаллическими. Кристаллическая решетка отдельных зерен кристаллитов
соответствует по своим параметрам решетке медно-никелевого твердого раствора
сплава копели.
Пленки сплава копели обладают явно выраженной аксиальной текстурой с
преимущественной ориентацией кристаллографического направления <111> вблизи
нормали к поверхности пленки.
Было
выявлено,
что
для
получения
НКП
с
максимальной
термочувствительностью оптимальной является температура конденсации 295 К.
При формировании образцов пленок выше этой температуры величина
анизотропной термо-ЭДС и относительное контактное электросопротивление
границ зерен, а, следовательно, и НКП снижаются.
Величина отношения значений термо-ЭДС вдоль и поперек проекции
направления молекулярного пучка на поверхность подложки остается практически
постоянной (около 2) до температуры конденсации 373 К, а затем начинает
уменьшаться.
Пленки сплава копели, осажденные на брокеритовые подложки,
установленные перпендикулярно потоку паров, имеют блочную структуру с
наличием пор (трещин) по границам блоков-зерен. Увеличение угла наклона
подложки к горизонтали приводит к незначительному уменьшению размеров зерен.
При этом, межзеренные поры увеличиваются и становятся более волнистыми.
Причем увеличение размеров пор наблюдали преимущественно в направлении
перпендикулярном проекции молекулярного пучка.
Относительное контактное электросопротивление и величина коэффициента
поглощения излучения НКП на подложки при комнатной температуре возрастает с
увеличением угла наклона подложки, что прослеживается наиболее интенсивно в
интервале 65-90°.
Следует отметить, что величина коэффициента поглощения излучения
достигает максимума (около 0,71) при угле наклона подложки 90°.
Удельная анизотропная термо-ЭДС НКП сплава копели становится заметной
при углах наклона подложки 15° и при его увеличении до 88°усиливается до 103
мкВ/Вт при величине угла 88° .

Зависимость величины удельной анизотропной термо-ЭДС, рассчитанной по
полученным значениям относительного контактного электросопротивления от угла
наклона подложки, близка к эксперементально наблюдаемой. Это соответствие
подтверждает правильность выдвинутой гипотезы, что анизотропная термо-ЭДС
НКП определяется их наклонной волокнистой микроструктурой и контактным
сопротивлением между зернами.
Выполненные
исследования
позволяют
рекомендовать
следующие
оптимальные условия осаждения НКП сплава копели: скорость конденсации для
преобразователей с максимальной чувствительностью - ~6...10A/с, для ПАТЭП с
высоким быстродействием - около 30A/c при температуре конденсации 2955 К.
Следует отметить, что анизотропная термо-ЭДС начинает наблюдаться в НКП
толщиной ~ 200A. С увеличением толщины пленки ее величина возрастает и
достигает насыщения при толщине ~1 мкм.