Изобретение относится к охлаждающим термоэлектрическим элементам, и может быть использовано для охлаждения электронных устройств, например, таких как центральный процессор или блок питания персонального компьютера, а также может быть использовано как охлаждающий элемент в холодильниках, в том числе портативных, и других устройствах.

Известен охлаждающий термоэлектрический элемент, содержащий ветви р- и n-типов проводимости, которые расположены между электропроводящей коммутационной пластиной и токоотводами для соединения с внешним кругом, который отличается тем, что содержит по меньшей мере на одной из свободных поверхностей каждой из ветвей не менее двух электроперемычек между ними (патент UA 34670 U, МГЖ H01L 35/02, опубликован 20.08.2008 г., бюл. 16).

Недостатками известного аналога является ненадёжность, низкая технологичность, опасность использования, ограниченная функциональность, обусловленные выполнением, по меньшей мере, двух электроперемычек на свободных поверхностях ветвей. Несмотря на усиление эффекта охлаждения, которое достигается указанным выполнением конструктивных элементов известного аналога из-за увеличения силы тока, который проходит через ветви полупроводниковых элементов, закономерно происходит увеличение перепада температур между частью ветвей полупроводниковых элементов, которая охлаждается, и частью ветвей полупроводниковых элементов, которая нагревается. Таким образом, нагревание, которое происходит в результате действия эффекта Пельтье, также усиливается, что делает известный аналог ненадежным, особенно при его использовании для охлаждения микроэлектронной аппаратуры и вычислительной техники, и опасным в использовании без применения сложных по конструкции, больших по размерам и затратных средств для охлаждения части ветвей полупроводниковых элементов, которая нагревается. В свою очередь большие габаритные размеры известного аналога с указанными выше средствами для охлаждения, которые необходимо использовать для уменьшения негативного влияния нагревания соответствующей части ветвей полупроводниковых элементов на охлаждаемый объект, сложность его конструкции и опасность использования обусловливают его ограниченную функциональность и сужают сферу его применения.

Кроме того, выполнение множества электроперемычек из медной фольги с антидиффузионным слоем никеля на её поверхности, прикрепление электроперемычек к свободным поверхностям ветвей полупроводниковых элементов являются сложными и затратными процедурами, снижающими технологичность известного аналога, усложняющими его конструкцию и производство. Кроме того электроперемычки известного аналога легко разрушаются вследствие механических повреждений или действия перепада температур, что также делает известный аналог ненадёжным.

Известен также термоэлектрический элемент, по меньшей мере, с одной термопарой и одним р-n переходом, причем термопара содержит первый материал с положительным коэффициентом Зеебека и второй материал с отрицательным коэффициентом Зеебека, при этом первый материал через проводник селективно контактирует с р-областью р-n перехода, а второй материал через проводник селективно контактирует с п-областью р-n перехода (патент RU 2419919 С2, МПК H01L 35/02, опубликовано 10.01.2010 г., бюл. Ne 1).

Недостатками известного аналога являются его ненадёжность, низкая технологичность, опасность использования, ограниченная функциональность, обусловленные выполнением конструктивных элементов известного аналога, в частности, фактическим наличием в его конструкции диода. Несмотря на преимущества, которые дает конструкции известного аналога диод, в частности, повышение коэффициента полезного действия, подобный элемент конструкции имеет ряд недостатков, прежде всего то, что р-n переход в диоде имеет электрическую ёмкость, которая имеет паразитный характер, замедляющую прохождение тока через диод и замедляющую процессы охлаждения и нагрева в известном аналоге в целом. Кроме того, диоды вообще рассчитаны на определенные характеристики тока и напряжения в цепи, за пределами которых они функционируют некорректно, приводя к повреждению и некорректной работе устройств, конструктивными элементами которых они являются. Всё это ограничивает сферу применения известного аналога, делает его ненадёжным, а его использование - опасным.

Кроме того, в конструкции известного аналога отсутствуют какие-либо устройства, которые бы обеспечивали достаточно эффективное охлаждение нагретой части известного аналога. Как и в предыдущем аналоге, усиление тока и усиление охлаждения и нагревания материалов в составе термопары обуславливает их чрезмерный нагрев или перегрев, что обуславливает необходимость использования сложных по конструкции, больших по размерам и затратных средств для охлаждения нагретой части известного аналога.

Вместе с тем известный аналог имеет сложную конструкцию, которая требует затрат на сложные операции по изготовлению сложных по строению конструктивных элементов известного аналога, в частности элемента, выполняющего роль диода, и их соединения между собой и со средствами для охлаждения, что свидетельствует о низкой технологичности известного аналога.

Также известен электронный охлаждающий элемент, включающий два разделенных электрода, полупроводник n-типа и полупроводник р-типа, каждый из которых размещен на одном из двух разделенных электродов, мостовой электрод, предназначенный для соединения полупроводника n-типа и полупроводника p-типа, в котором полупроводник n-типа вызывает процесс охлаждения внутри мостового электрода, когда ток из него протекает в направлении полупроводника p-типа, при этом полупроводник n-типа содержит сложный оксид, содержащий стронций и титан в качестве основных компонентов, и высокотемпературный окислитель (патент JPH 05198847 А, МПК H01L 35/14, H01L 35/32, опубликовано 06.08.1993 г.). Недостатками указанного аналога являются низкий коэффициент полезного действия, ненадежность, низкая технологичность, опасность использования, ограниченная функциональность, обусловленные конструкцией составляющих известного аналога. В известном аналоге использована классическая для уровня техники конструкция составных частей, которая предусматривает, в частности, соединение одной стороны полупроводников, которые охлаждаются вследствие действия эффекта Пельтье, мостовым электродом и соединение частей полупроводников, которые нагреваются вследствие действия эффекта Пельтье, с разделенными электродами. Вместе с тем, как и в предыдущих аналогах, такое исполнение конструктивных элементов известного аналога обуславливает необходимость использования сложных по конструкции, больших по размерам средств, например, радиаторов, для охлаждения частей полупроводников, которые постоянно нагреваются и перегреваются, для предотвращения повреждения охлаждающего элемента и устройства, в котором он установлен. Существующая потребность в соединении таких средств с известным аналогом и установке вместе с ним в устройствах, требующих охлаждения, свидетельствует о низкой технологичности и ограниченной функциональности известного аналога, учитывая потребность в уменьшении размеров охлаждающих элементов без потери ими эффективности.

Отсутствие дополнительных охлаждающих средств может привести к перегреву охлаждающего элемента и указанного выше повреждения охлаждающего элемента с устройством, в котором он установлен, что делает известный аналог ненадёжным, а его использование - опасным без дополнительных затрат на средства охлаждения частей полупроводников, которые нагреваются вследствие действия эффекта Пельтье.

Кроме того материалы, использованные в известном аналоге как полупроводники, не могут, как таковые, обеспечить высокий коэффициент полезного действия, поскольку титанат стронция и подобные ему позисторы по своим свойствам приближены к диэлектрикам и приобретают признаки полупроводников лишь при условии их легирования посторонними химическими элементами, например, редкоземельными металлами. Производство таких материалов является чрезмерно затратным, что также свидетельствует о низкой технологичности известного аналога.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является термоэлектрический элемент, образованный установкой проводникового элемента между полупроводником n-типа и полупроводником p-типа и выполненный с возможностью обеспечения градиента температуры между полупроводником n-типа и полупроводником p-типа и генерации электродвижущей силы (патент JP 2002280620 А, МПК H01L 23/38, H01L 35/14, H01L 35/32, опубликовано 27.09.2002 г.).

Недостатками ближайшего аналога является низкий коэффициент полезного действия, ненадёжность, низкая технологичность, опасность использования, ограниченная функциональность, обусловленные конструкцией и взаимосвязью составляющих ближайшего аналога и обусловленной конструкцией потребностью в охлаждении частей полупроводников, которые нагреваются вследствие действия эффекта Пельтье.

Как и в предыдущих аналогах, в ближайшем аналоге не решена проблема охлаждения нагретых частей полупроводников, которые перегреваются вследствие усиления силы тока, проходящего через термоэлектрический элемент, в данном случае, за счет создания температурного градиента и электродвижущей силы между разнородными материалами на концах термоэлектрического элемента. При усилении поглощения тепла местом контакта двух полупроводников происходит усиление выделения тепла противоположными концами полупроводниковых элементов, вследствие чего они чрезмерно нагреваются или перегреваются, возникает возможность повреждения термоэлектрического элемента и устройства, которое охлаждается им, что делает ближайший аналог ненадёжным, а его использование опасным для устройства, которое охлаждается им. Вместе с тем потребность в охлаждении нагреваемых частей термоэлектрического элемента обуславливает применение сложных по конструкции и больших по размерам средств для охлаждения, ограничивает функциональность ближайшего аналога, сужает сферу его применения и создает препятствия в его установке, например, в ограниченное пространство между составляющими системного блока компьютера. Без специальных средств для охлаждения нагреваемых частей термоэлектрического элемента, срок использования ближайшего аналога является ограниченным, а также повышается вероятность повреждения выводов, соединенных с термоэлектрическим элементом.

Кроме того однородность полупроводников, которые включает ближайший аналог, не обеспечивает высокий коэффициент полезного действия, необходимый для эффективного охлаждения устройств, которые разогреваются до высоких температур во время своей работы, и приводит к чрезмерным затратам энергии на функционирование ближайшего аналога. Вместе с тем потребность в использовании металлических проводников, один из которых установлен между полупроводниками, а другие - на их противоположных концах, обеспечения их соединения с полупроводниками и потребность в использовании средств для обеспечения температурного градиента между полупроводником n-типа и полупроводником p-типа путем поддержания разницы температур на противоположных концах термоэлектрического элемента чрезмерно усложняет конструкцию, использование ближайшего аналога и свидетельствует о его низкой технологичности.

Технической задачей заявленного изобретения является создание эффективного охлаждающего термоэлектрического элемента, который характеризуется повышенным коэффициентом полезного действия, повышенной технологичностью, безопасностью с обеспечением безопасности для охлаждаемого устройства, расширенной функциональностью, самоохлаждением частей охлаждающего элемента, исключением их перегрева и исключением потребности в их охлаждении внешним источником низкой температуры, при упрощении конструкции и удешевлении производства.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в заявленном охлаждающем термоэлектрическом элементе, который включает полупроводник n-типа, полупроводник p-типа, согласно предложению, полупроводник n-типа и полупроводник p-типа являются варизонными, при этом широкозонная сторона N полупроводника n-типа соединена с узкозонной стороной р полупроводника p-типа, а к широкозонной стороне Р и узкозонной стороне п варизонних полупроводников p-типа и n-типа соответственно, прикреплено по выводу.

Также, согласно предложению , каждый из варизонних полупроводников является пленкой.

Кроме того, согласно предложению, варизонные полупроводники содержат кремний и германий.

Вместе с тем, согласно предложению, донорной примесью в варизонном полупроводнике n-типа является пятивалентный фосфор, а акцепторной примесью в варизонном полупроводнике p-типа является трехвалентный бор.

Кроме того, согласно предложению, варизонные полупроводники покрыты пленкой из диэлектрического материала.

Также, согласно предложению, к боковым поверхностям соединенных частей варизонних полупроводников прикреплена пластина из диэлектрического материала.

Кроме того, согласно предложению, охлаждающий термоэлектрический элемент выполнен с возможностью соединения с другими идентичными охлаждающими термоэлектрическими элементами с созданием батареи.

Кроме того, согласно предложению, охлаждающий термоэлектрический элемент выполнен с возможностью соединения с поверхностью объекта, который охлаждается.

Вместе с тем, согласно предложению, концентрация донорной примеси в варизонном полупроводнике n-типа постепенно уменьшается от узкозонной стороны n к широкозонной стороне N, а концентрация акцепторной примеси в варизонном полупроводнике p-типа постепенно увеличивается от узкозонной стороны р к широкозонной стороне Р.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение коэффициента полезного действия, технологичности, обеспечение самоохлаждения нагревающихся частей охлаждающего термоэлектрического элемента, исключение перегрева этих частей, обеспечение безопасности для охлаждаемого устройства, исключение потребности в его охлаждении внешним источником низкой температуры, расширение функциональности, упрощение конструкции и удешевление производства.

Причинно-следственная связь между существенными признаками изобретения и ожидаемым техническим результатом заключается в следующем.

В совокупности существенных признаков заявленного изобретения обеспечивается повышение коэффициента полезного действия, технологичности, самоохлаждение нагревающихся частей охлаждающего термоэлектрического элемента, исключение перегрева этих частей, безопасность для охлаждаемого устройства, исключение потребности в его охлаждении внешним источником низкой температуры, расширение функциональности, упрощение конструкции и удешевление производства за счёт использования в конструкции заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента варизонных полупроводников и возникновении при их заявленном соединении эффектов, усиливающих охлаждающий эффект в варизонних полупроводниках и устраняющих потребность в охлаждении частей элемента, которые нагреваются вследствие действия эффекта Пельтье.

Выполнение заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента с варизонными полупроводниками n-типа и p-типа таким образом, что широкозонная сторона N полупроводника n-типа соединена с узкозонной стороной р полупроводника p-типа, повышает коэффициент полезного действия, поскольку заявленное соединение варизонних полупроводников позволяет достичь значительного охлаждения варизонних полупроводников при минимальных затратах энергии из внешнего источника благодаря эффектам, возникающим вследствие пропускания электрического тока через варизонные полупроводники. Выполнение заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента с варизонными полупроводниками n-типа и р- типа повышает его технологичность, обеспечивает самоохлаждение нагревающихся частей, исключение перегрева этих частей, безопасность для устройства, которое охлаждается, исключение потребности в охлаждении заявленного термоэлектрического элемента внешним источником низкой температуры, расширение функциональности также благодаря термоэлектрическим эффектам, возникающим в неоднородно нагретых варизонних полупроводниках.

Вследствие выполнения полупроводника p-типа варизонным, то есть из химических элементов или их соединений, имеющих неодинаковую ширину запрещенной зоны, в полупроводнике p-типа имеется широкозонная сторона Р, которая содержит химический элемент или соединение, имеющее большую ширину запрещенной зоны, и узкозонная сторона р, которая содержит химический элемент или соединение, имеющее ширину запрещенной зоны меньше ширины соответствующего материала широкозонной стороны Р. При этом вследствие варизонного характера полупроводника p-типа ширина запрещенной зоны постепенно уменьшается вместе с постепенным изменением в химическом составе полупроводника в одном направлении, от широкозонной стороны Р к узкозонной стороне р. Соответственно энергия электронов в валентной зоне широкозонной стороны Р меньше энергии электронов в валентной зоне узкозонной стороны р. Такое выполнение полупроводника р- типа позволяет при пропускании через него электрического тока из внешнего источника и действия соответствующего электрического поля, возникающего при таком пропускании, переносить электроны из широкозонной стороны Р к узкозонной стороне р с поглощением энергии фононных колебаний кристаллической решетки р-полупроводника. Таким образом варизонный р- полупроводник охлаждается. Для перехода через р-n переход в месте контакта варизонных полупроводников электроны варизонного р-полупроводника поглощают энергию фононных колебаний кристаллической решетки и используют энергию электрического тока из внешнего источника. При этом в месте контакта варизонных полупроводников возникает эффект Пельтье, переносящий тепло от места контакта варизонных полупроводников, которое охлаждается и поглощает тепло, к их противоположным концам, которые нагреваются. В этом случае место контакта варизонных полупроводников поглощает энергию фононных колебаний кристаллической решетки, что усиливает эффект охлаждения.

В результате действия эффекта Пельтье место контакта варизонных полупроводников поглощает тепло и охлаждается, а противоположные концы варизонных полупроводников соответственно нагреваются, что создает температурный градиент в обоих варизонных полупроводниках и создает градиент концентрации носителей заряда между широкими и узкими зонами в варизонных полупроводниках. Градиент концентрации носителей заряда, в свою очередь, приводит к исчезновению электронейтральности варизонных полупроводников, разделению зарядов, возникновению диффузионного потока носителей заряда от менее нагретой части варизонного полупроводника к более нагретой и создаёт объёмное электрическое поле, препятствующее разделению зарядов. В заявленном охлаждающем термоэлектрическом элементе при пропускании электрического тока из внешнего источника через варизонные полупроводники, указанное объёмное электрическое поле перемещает заряды для образования и поддержания тока. Работа объёмного электрического поля по переносу зарядов осуществляется за счёт поглощения им тепловой энергии варизонных полупроводников, а именно энергии фононных колебаний кристаллической решетки, что, в свою очередь, охлаждает нагретые части варизонных полупроводников и предотвращает их перегревание.

Таким образом, термоэлектрические эффекты, возникающие в обоих варизонных полупроводниках при пропускании через них электрического тока из внешнего источника устраняют потребность в охлаждении их нагретых частей с помощью каких-либо предназначенных для этого средств и обеспечивает самоохлаждение указанных частей. Соответственно отсутствие потребности в соединении заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента со сложными по конструкции и большими по размерам охлаждающими средствами позволяет повысить его технологичность, упростить конструкцию и удешевить его производство. Вместе с тем, отсутствие потребности в соединении заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента со сложными по конструкции и большими по размерам охлаждающими средствами позволяет уменьшить его размеры и расширить его функциональность, поскольку вследствие небольших размеров и отсутствия нагрева заявленный охлаждающий термоэлектрический элемент возможно разместить во многих устройствах, охлаждение которых с помощью известных аналогов невозможно. Кроме того заявленный охлаждающий элемент из-за отсутствия потребности в его охлаждении позволяет избежать затрат энергии на работу охлаждающих средств, что делает его эффективнее известных аналогов.

Прикрепление выводов к широкозонной стороне Р и узкозонной стороне п варизонных полупроводников p-типа и n-типа необходимо для подключения заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента к внешнему источнику тока, без которого функционирование заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента невозможно. Внешний источник тока генерирует электрический ток, который, проходя от варизонного полупроводника n-типа к варизонному полупроводнику p-типа, является причиной возникновения эффекта Пельтье и эффекта Томсона в заявленном охлаждающем элементе.

Выполнение каждого из варизонных полупроводников в виде плёнок позволяет максимально уменьшить размеры заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента, расширяя его функциональность, а также увеличить коэффициент полезного действия заявленного охлаждающего элемента при выполнении плёнок толщиной меньше средней длины свободного пробега электронов в варизонных полупроводниках, что уменьшает вероятность рекомбинации носителей заряда и, соответственно, уменьшает выделение тепла в результате указанной рекомбинации, что способствует охлаждению заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента.

Выполнение варизонных полупроводников из кремния и германия упрощает и удешевляет производство варизонных полупроводников для заявленного охлаждающего элемента, поскольку данные химические элементы не являются редкими, имеют небольшую стоимость и могут быть объединены в составе варизонного полупроводника без использования сложного оборудования, больших затрат энергии, труда и времени с помощью хорошо известных способов. Вместе с тем кремний и германий имеют необходимую для эффективной работы заявленного охлаждающего элемента разницу в ширине запрещенной зоны, а также легко легируются акцепторными и донорными примесями. При этом кремний и германий не являются высокотоксичными химическими элементами, что делает изготовленные из них варизонные полупроводники безопасными для пользователя заявленного охлаждающего элемента и окружающей среды.

Использование в варизонном полупроводнике n-типа пятивалентного фосфора как донорной примеси, и использование в варизонном полупроводнике p-типа трёхвалентного бора как акцепторной примеси упрощает и удешевляет производство варизонных полупроводников заявленного охлаждающего элемента, поскольку данные химические элементы не являются редкими, имеют небольшую стоимость и могут быть легированы в кристаллическую решетку варизонных полупроводников без использования сложного оборудования, больших затрат энергии, труда и времени с помощью хорошо известных способов. Вместе с тем пятивалентный фосфор и трёхвалентный бор как соответствующие примеси в составе варизонных полупроводников могут создавать необходимую для эффективной работы заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента концентрацию основных и неосновных носителей заряда.

Выполнение заявленного охлаждающего элемента с варизонными полупроводниками покрытыми пленкой из диэлектрического материала позволяет изолировать охлаждаемый объект от нежелательного воздействия электрического тока и электрических полей заявленного охлаждающего элемента, а также исключить негативное влияние окружающей среды на заявленный охлаждающий термоэлектрический элемент, например, вследствие действия атмосферной влаги, повышения или понижения температуры воздуха, и тому подобного.

Выполнение заявленного охлаждающего элемента с возможностью соединения с поверхностью охлаждаемого объекта расширяет функциональность указанного элемента и повышает удобство его использования, поскольку позволяет не использовать дополнительные средства или операции для установки каким-либо способом заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента на внутренней или внешней поверхности объекта и для его закрепления в установленном положении. Пластина из диэлектрического материала, прикрепленная к боковым поверхностям соединенных частей варизонных полупроводников позволяет также изолировать охлаждаемый объект от нежелательного воздействия электрического тока и электрических полей заявленного охлаждающего элемента.

Выполнение заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента с возможностью соединения с другими идентичными охлаждающими термоэлектрическими элементами делает возможным образование совокупности охлаждающих термоэлектрических элементов, которые охлаждают объект сильнее, чем один указанный элемент, при этом такая совокупность охлаждающих элементов использует один внешний источник тока. Соединение заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента с другими идентичными охлаждающими термоэлектрическими элементами расширяет его функциональность, позволяя охлаждать объекты, для которых характерно очень интенсивное выделение тепла или большие габаритные размеры.

Выполнение варизонных полупроводников заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента таким образом, что концентрация донорной примеси в варизонном полупроводнике n-типа постепенно уменьшается от узкозонной стороны п к широкозонной стороне N, а концентрация акцепторной примеси в варизонному полупроводнике p-типа постепенно увеличивается от узкозонной стороны р к широкозонной стороне Р позволяет увеличить объёмные заряды, возникающие в полупроводниках при выравнивании уровня Ферми, что, в свою очередь, позволяет усилить охлаждающее действие термоэлектрических эффектов, возникающих в результате работы заявленного устройства.

Конструкция заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента объясняется с помощью следующих изображений:

Фиг. 1 - Схематическое изображение охлаждающего термоэлектрического элемента.

Фиг. 2 - Изображение заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента в варианте исполнения с плёнками, которые являются варизонными полупроводниками .

Фиг. 3 - Изображение заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента в варианте исполнения с пластиной из диэлектрического материала, прикрепленной к боковой поверхности соединенных частей варизонных полупроводников .

В изображениях использованы следующие условные обозначения:

- направление тока из внешнего источника тока

N - широкозонная сторона варизонного полупроводника п-типа, состоящая из кремния с донорной примесью в виде пятивалентного фосфора в варианте исполнения; n - узкозонная сторона варизонного полупроводника n-типа, состоящая из германия с донорной примесью в виде пятивалентного фосфора в варианте исполнения.

Р - широкозонная сторона варизонного полупроводника р-типа, состоящая из кремния с акцепторной примесью в виде трёхвалентного бора в варианте исполнения;

р - узкозонная сторона варизонного полупроводника p-типа, состоящая из германия с акцепторной примесью в виде трёхвалентного бора в варианте исполнения;

На Фиг. 1 изображен один из возможных, но не исключительный, вариант исполнения заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента, который включает варизонные полупроводники 1 и выводы 2. В изображенном варианте выполнения выводы 2 соединены с концами варизонных полупроводников 1 с помощью металлических контактов 3, а другие концы выводов 2 подсоединены к внешнему источнику тока 4.

Варизонные полупроводники 1, то есть варизонний полупроводник п- типа и варизонний полупроводник p-типа соединены таким образом, что широкозонная сторона N полупроводника n-типа соединена с узкозонной стороной р полупроводника p-типа. Варизонные полупроводники 1 могут прилегать друг к другу и быть соединенными спаиванием, механическими средствами или по другому, или могут находиться на расстоянии друг от друга и быть соединенными с помощью контакта. Место контакта 5 варизонних полупроводников 1 представляет собой анизотипний n-р гетеропереход.

В предпочтительном варианте выполнения каждый из варизонных полупроводников 1 состоит из широкозонной стороны, состоящей из кремния, узкозонной стороны, состоящей из германия, и промежуточной зоны между ними со смешанным химическим составом, в которой постепенно уменьшается содержание германия и увеличивается содержание кремния по направлению к широкозонной стороне. Вместе с тем варизонные полупроводники 1 могут быть выполнены из любых полупроводниковых материалов, которые имеют разную ширину запрещённой зоны и могут быть объединены в варизонном полупроводнике с учетом изложенных выше условий. Также в преимущественном исполнении акцепторной примесью для варизонного полупроводника р- типа является трёхвалентный бор, а донорной примесью для варизонного полупроводника п- типа является пятивалентный фосфор, которые являются предпочтительными примесями для варизонних полупроводников 1, состоящих из кремния и германия. Однако в качестве акцепторной и донорной примеси могут быть использованы другие подобные материалы в соответствии с полупроводниковыми материалами, из которых состоят варизонные полупроводники 1.

В изображенном варианте исполнения (фиг. 1, 3) заявленного изобретения варизонные полупроводники 1 имеют форму параллелепипедов с соединенными торцами. Вместе с тем варизонные полупроводники 1 могут быть выполнены в виде плёнок (рис. 2) и соответственно соединёнными в горизонтальной плоскости. Толщина таких плёнок, в предпочтительном варианте их выполнения, меньше средней длины свободного пробега электронов в варизонных полупроводниках. Варизонные полупроводники 1 могут быть произведены методом жидкофазной эпитаксии, ионно-пучковой эпитаксии или диффузии. Кроме того варизонные полупроводники 1 могут быть выполнены со средствами, которые обеспечивают возможность соединения заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента с внешней или внутренней поверхностью охлаждаемого объекта.

Два вывода 2 прикреплены к широкозонной стороне Р и узкозонной стороне п варизонных полупроводников 1 p-типа и n-типа соответственно с помощью металлических контактов 3. Металлические контакты 3 в изображенном варианте выполнения заявленного изобретения представляют собой пластины из материала, который обладает выраженными свойствами проводников, например, из меди.

Внешним источником тока 4 может быть любой генератор постоянного тока, который производит постоянный ток достаточный для обеспечения поддержания охлаждающего эффекта в месте контакта 5 варизонных полупроводников 1.

К боковым поверхностям соединенных частей варизонных полупроводников 1 может быть прикреплена пластина из диэлектрического материала 6.

Заявленный охлаждающий термоэлектрический элемент используют следующим образом.

Заявленный охлаждающий термоэлектрический элемент соединяют с наружной поверхностью устройства, требующего охлаждения, или соединяют с внутренней поверхностью указанного устройства для охлаждения его внутреннего пространства, например, если заявленный охлаждающий термоэлектрический элемент является составным элементом холодильника или другого подобного устройства. Включают внешний источник тока 4. Электрический ток проходит через оба варизонных полупроводника 1 от широкозонной стороны Р варизонного р-полупроводника до узкозонной стороны п варизонного п-полупроводника.

При пропускании электрического тока через варизонний полупроводник 1 p-типа возникает перенос электронов с широкозонной стороны Р к узкозонной стороне р с поглощением энергии фононных колебаний кристаллической решетки р-полупроводника. Таким образом варизонний р-полупроводник охлаждается. После этого электроны преодолевают место контакта 5 варизонных полупроводников, которое является анизотипным р-n гетеропереходом. Соответственно в варизонних полупроводниках 1 действует эффект Пельтье, который охлаждает место контакта 5 варизонных полупроводников 1 и переносит тепловую энергию с места контакта 5 варизонных полупроводников 1 к их противоположным концам.

После этого в неравномерно нагретых варизонных полупроводниках 1 возникает эффект Томсона, благодаря которому образованные вследствие возникновения в варизонных полупроводниках 1 температурного градиента объёмные электрические поля выполняют работу по переносу зарядов, возникших в варизонных полупроводниках 1 вследствие нарушения их электронейтральности, за счёт поглощения тепловой энергии варизонных полупроводников 1, а именно за счёт энергии фононных колебаний кристаллической решетки.

Таким образом, заявленный охлаждающий термоэлектрический элемент охлаждает устройство, на котором или в котором он установлен, и не требует охлаждения какими-либо средствами. При этом конструкция заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента, охлаждение нагретых частей заявленного охлаждающего термоэлектрического элемента усиливают действие эффекта Пельтье в месте контакта 5 варизонных полупроводников 1, позволяя получить существенное снижение температуры и не тратя для этого чрезмерное количество энергии, материалов для создания и пространство для размещения охлаждающих средств, в которых нет необходимости для заявленного охлаждающего элемента.

В случае возникновения необходимости в отключении заявленного охлаждающего элемента достаточно выключить внешний источник тока 4 или разомкнуть цепь, отсоединив любой из выводов 2 или металлических контактов 3 от варизонных полупроводников 1.

Таким образом, заявленный охлаждающий термоэлектрический элемент прост в изготовлении и использовании, не требует чрезмерных затрат энергии на функционирование, хорошо охлаждает любые устройства, которые требуют охлаждения, и имеет высокую эффективность и небольшие размеры, что позволяет использовать его во многих областях, где уменьшение размера имеет существенное значение, например, в современных небольших по размерам вычислительных устройствах. При этом простая конструкция, технологичность, возможность объединения и наращивания мощности делают заявленный охлаждающий термоэлектрический элемент хорошей альтернативной существующим аналогам. В существующих источниках патентной и научно-технической информации не выявлен охлаждающий термоэлектрический элемент, который имеет заявленную совокупность существенных признаков, поэтому представленное техническое решение соответствует критерию «новизна».

Сравнительный анализ вышеуказанного технического решения с наиболее близким аналогом, показал, что реализация совокупности существенных признаков, характеризующих предложенное изобретение, приводит к появлению качественно новых указанных выше технических свойств, совокупность которых не была установлена ранее из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию «изобретательский уровень».

Предложенное техническое решение промышленно применимо, поскольку не содержит в своем составе никаких конструктивных элементов или материалов, которые невозможно воспроизвести на современном этапе развития техники в условиях промышленного производства.