n型Bi2–xSbxTe3–ySey基化合物的缺陷结构调控与电热输运性能

Bi₂Te₃基化合物是目前室温附近性能最好的热电材料,但其存在着大量复杂的缺陷结构,缺陷工程是调控材料热电性能的核心手段,因此理解和有效地调控缺陷形态和浓度是获得高性能Bi₂Te₃基热电材料的关键.本文系统地研究了四元n型Bi_2-xSb_xTe_3-ySe_y基化合物的缺陷演化过程及其对热电输运性能的影响规律.Sb和Se的固溶引入的带电伴生结构缺陷使得材料的载流子浓度发生了巨大变化,在Bi_2-xSb_xTe_2.994Cl_0.006样品中,Sb的固溶降低了反位缺陷Sb_Te2形成能,诱导产生了反位缺陷Sb_Te2,使得少数载流子空穴浓度从2.09×10¹⁶ cm^-3增加至3.99×10¹⁷ cm^-3,严重劣化了...     

(Sb2Te3)0.75(1－x)(Bi2Te3)0.25(1－x)(Sb2Se3)x机械合金化粉体的制备及其冷压烧结样品的热电性能研究

采用机械合金化法制备了p型赝三元(Sb₂Te₃-Bi₂Te₃-Sb₂Se₃)合金粉体，对其进行XRD分析表明Te，Bi，Sb，Se单质粉末，经100h球磨后实现了合金化；SEM分析表明所得机械合金化粉体材料颗粒均匀、细小，颗粒尺寸在10nm到100nm量级.使用这种粉体制备了冷压烧结块体样品，在室温下测量了温差电动势率(α)和电导率(σ)，研究了烧结温度对材料热电性能的影响，结果表明在低于300℃的烧结温区，样品室温下的热电性能随烧结温度的升高不断提高，功率因子(α²σ)由未烧结样品的0.59μW cm^-1K^-2升高到在300℃下烧结样品的15.9μW cm^-1K^-2，这一结果对确定材料的最佳烧结温度具有重要意义. 关键词： 赝三元热电材料 机械合金化 冷压 烧结     

Ag偏离化学计量比Ag1－xPb18SbTe20材料的热电传输性能

采用熔融-淬火-放电等离子体烧结制备了Ag偏离化学计量比Ag_1-xPb₁₈SbTe₂₀(x=0，0.25，0.50，0.75)样品，研究了Ag含量对样品热电传输性能的影响.结果表明，随Ag含量降低，样品中出现少量第二相Sb₂Te₃，样品载流子浓度增加到5×10¹⁸cm^-3后不再增加.样品载流子迁移率随Ag含量降低先降低后增加，随着温度增加，载流子散射机理由电离杂质散射转变为声学波散射.随Ag含量降低，样品电导率增加而Seebeck系数降低，热导率增加. 关键词： 热电材料 mSbTe_m+2')" href="#">AgPb_mSbTe_m+2 SPS 散射机理     

TeI4掺杂量对n型Bi2Te3基烧结材料热电性能的影响

采用区熔法结合放电等离子体快速烧结(SPS)技术制备了n型Bi₂Te₃基热电材料.在300—500K的温度范围内测量了各热电性能参数，包括电导率(σ)、塞贝克系数(α)和热导率(κ)，研究了掺杂剂TeI₄的含量(质量百分比分别为0，0.05，0.08，0.10，0.13和0.15wt%)对热电性能的影响.结果表明：试样的载流子浓度(n)随TeI₄含量增加而增大，使电导率增大、塞贝克系数的绝对值先增大而后减小，从而导致品质因子(α²σ)呈先增加后降低的变化趋势；同时，由于异质离子(I^-)以及载流子对声子的散射作用增强，可显著降低其晶格热导率.烧结材料的性能优值(ZT=α²σT/κ)对应于TeI₄含量为0.08wt%有其最大值，约为0.92.此外，烧结材料的抗弯强度增加至80MPa左右，从而可以显著改善材料的可加工性以及元器件的使用可靠性. 关键词： 2Te₃')" href="#">Bi₂Te₃ 放电等离子体快速烧结 热电性能     

石墨烯/Bi0.5Sb1.5Te3柔性热电薄膜及其面内散热器件的设计制备与性能评价

基于柔性热电薄膜制冷的面内散热技术有望为电子器件高效面内散热提供解决方案,但柔性热电薄膜电输运性能太低和面内散热器件结构设计困难严重制约了该技术在电子元器件散热中的应用.本文通过在环氧树脂/Bi_0.5Sb_1.5Te₃柔性热电薄膜中掺入具有同时调控电热输运行为功能的石墨烯,发现不仅有助于Bi_0.5Sb_1.5Te₃晶粒沿(000l)择优取向,而且还提供了载流子快速传输通道,石墨烯/Bi_0.5Sb_1.5Te₃柔性热电薄膜的载流子浓度和迁移率同时显著增大;石墨烯掺入量为1.0%的柔性热电薄膜室温最高功率因子达到1.56 mW/(K~2·m),与环氧树脂/Bi_0.5Sb_1.5Te₃柔性热电薄膜相比提高了71%,其最大制冷温差提高了1倍.利用这种高性能石墨烯/Bi_0.5Sb_1.5Te_3...     

Cd0.96Zn0.04Te光致载流子动力学特性的太赫兹光谱研究

采用光抽运-太赫兹探测技术研究Cd_0.96Zn_0.04Te的载流子弛豫和瞬:态电导率特性.在中心波长800 nm的飞秒抽运光激发下,Cd_0.96Zn_0.04Te的载流子弛豫过程用单指数函数进行了拟合,其载流子弛豫时间长达几个纳秒,且在一定光激发载流子浓度范围内随光激发载流子浓度的增大而减小,这与电子-空穴对的辐射复合有关.在低.光激发载流子浓度(4.51×10¹⁶—1.81×10¹⁷ cm^-3)下,Cd_0.96Zn_0.04Te的太赫兹(terahertz,THz)瞬态透射变化率不随光激发载流子浓度增大而变化,主要是由于陷阱填充效应造成的载流子损失与光激发新增的载流子数量近似.随着光激发载流子浓度继续增大(1.81×10¹⁷—1.44×10¹⁸ cm^-3),THz瞬态透射变化率随光激发载流子浓度的增大而线性增大,是由于缺陷逐渐被...     

高压烧结法制备Bi2Te3纳米晶块体热电性能的研究

用高压烧结法对水热法制备的Bi₂Te₃纳米线及纳米颗粒粉体进行了压制成型, 并与真空热压法制备的样品进行了形貌和热电性能的比较. 研究表明, 高压烧结样品内的晶粒尺寸明显小于热压样品. 热电性能的研究表明, 高压烧结样品的电阻率、赛贝克系数和热导率均优于真空热压样品. 由纳米线粉体高压烧结的样品其热电优值ZT 在室温时达到了0.5, 高于真空热压样品的值, 表明高压烧结是热电材料纳米粉体成型的一种有效方法.     

Ag离子注入非晶SiO2的光学吸收、拉曼谱和透射电镜研究

能量为200keV的Ag离子，以1×10¹⁶，5×10¹⁶，1×10¹⁷ cm^-2的剂量分别注入到非晶SiO₂玻璃，光学吸收谱显示：注入剂量为1×10¹⁶ cm^-2的样品的光吸收谱为洛伦兹曲线，与Mie理论模拟的曲线形状一致；注入剂量较大的5×10¹⁶，1×10¹⁷ cm^-2的谱线共振吸收增强，峰位红移并出现伴峰. 透射电镜观察分析表明，注入剂量不同的样品中形成的纳米颗粒的大小、形状、分布都不同，注入剂量较大的还会产生明显的表面溅射效应，这些因素都会影响共振吸收的峰形、峰位和峰强. 当注入剂量达到1×10¹⁷ cm^-2时，Ag纳米颗粒内部可能还形成了杂质团簇. 关键词： 离子注入 纳米颗粒 共振吸收 红移     

粗糙界面对Bi2Te3/PbTe超晶格热电优值影响的理论分析

以Bi₂Te₃/PbTe超晶格薄膜为例,分析电子在Bi₂Te₃量子阱中的输运过程,综合了薄膜的经典散射效应和理想量子效应,并以此混合效应为基础,在PbTe障碍层厚度一定时,模拟计算了两种混合效应中量子效应占不同比例时,Bi₂Te₃/PbTe超晶格热电优值的变化.在镜面反射占混合效应的0.3时,得到的热电优值与当前报道的量子阱超晶格的实验值接近. 关键词： 超晶格 粗糙界面 热电优值     

Mg2Si的电子结构和热电输运性质的理论研究

利用全势线性缀加平面波法,对Mg₂Si的几何结构和电子结构进行了计算,得到了稳定的晶格参数以及能带和电子态密度.能带结构表明,Mg₂Si为间接带隙半导体,禁带宽度为020 eV.在此基础上利用玻尔兹曼输运理论和刚性带近似计算了材料的电导率、Seebeck系数和功率因子.结果表明,在温度为700 K时p型和n型掺杂的Mg₂Si功率因子达到最大时的最佳载流子浓度分别为7749×10¹⁹ cm^-3和 关键词： 2Si')" href="#">Mg₂Si 全势线性缀加平面波法 热电输运性质     

热压工艺参数对n型和p型Bi2Te3基赝三元热电材料电学性能的影响

通过熔炼/研磨/热压方法制备了n型和p型赝三元Bi₂Te₃基的热压合 金样品，测量了由不同工艺参数(热压温度、热压压力)制备的样品Seebeck系数和电导率.分析了热压参数对热电性能产生的影响.特别是发现了增加热压压力和热压温度会使n型和p型热压样品的Seebeck系数和电导率都有所提高，这与单晶和取向晶体材料的Seebeck系数和电导率变化趋势相反的规律显然不同，其结果对热压样品的电学性能提高有积极的影响. 关键词： 热电材料 热压 Seebeck系数 工艺参数     

GaAs中带填充效应与带隙重整化效应的竞争

采用时间分辨线偏振光抽运-探测光谱研究常温下本征GaAs中载流子弛豫动力学,观察到饱和吸收和吸收增强现象.发现载流子浓度为2×10¹⁷ cm^-3, 探测光子能量小于1.549 eV时,饱和吸收现象比较明显,反之,有明显的吸收增强现象出现.载流子浓度大于7×10¹⁶ cm^-3的范围内,吸收增强信号随时间增大没有减弱的趋势,反而有继续增强的趋势.理论上,考虑带填充效应和带隙重整化效应的竞争,模拟得到与实验谱线相符合的结果. 关键词： 飞秒抽运-探测光谱 带填充效应 带隙重整化效应 载流子寿命     

用正电子湮没研究纳米碲化铋的缺陷及其对热导率的影响

利用水热法合成了Bi₂Te₃纳米粉末, 并在300–500 ℃的温度范围内对其进行等离子烧结. X射线衍射测试表明制得的Bi₂Te₃粉末是单相的. 对于300–500 ℃范围内烧结的样品, 扫描电子显微镜观察发现随着烧结温度的升高样品颗粒明显增大, 但是根据X射线衍射峰的宽度计算得到的样品晶粒大小并没有明显的变化. 正电子湮没寿命测试结果表明, 所有的样品中均存在空位型缺陷, 而这些缺陷很可能存在于晶界处. 正电子平均寿命随着烧结温度的升高而单调下降, 说明较高的烧结温度导致了空位型缺陷浓度的降低. 另外, 随着烧结温度从300 ℃升高到500 ℃, 样品的热导率从0.3 W·m^-1·K^-1升高到了2.4 W·m^-1·K^-1, 这表明在纳米Bi₂Te₃中, 空位型缺陷和热导率之间存在着密切的联系.     

金属有机物化学气相沉积生长GaN薄膜的室温热电特性研究

采用金属有机物化学气相沉积技术生长了不同掺杂浓度的GaN薄膜, 并且通过霍尔效应测试和塞贝克效应测试, 表征了室温下GaN薄膜的载流子浓度、迁移率和塞贝克系数. 在实验测试的基础上, 计算了GaN薄膜的热电功率因子, 并且结合理论热导率确定了室温条件下GaN薄膜的热电优值(ZT). 研究结果表明: GaN薄膜的迁移率随着载流子浓度的增加而减小, 电导率随着载流子浓度的增加而增加; GaN 薄膜材料的塞贝克系数随载流子浓度的增加而降低, 其数量级在100–500 μV/K范围内; GaN薄膜材料在载流子浓度为1.60×10¹⁸ cm^-3时, 热电功率因子出现极大值4.72×10^-4 W/mK²; 由于Si杂质浓度的增加, 增强了GaN薄膜中的声子散射, 使得GaN薄膜的热导率随着载流子浓度的增加而降低. GaN薄膜的载流子浓度为1.60×10¹⁸ cm^-3时, 室温ZT达到极大值0.0025.     

p型Ag0.5(Pb8－xSnx)In0.5Te10化合物的制备及其热电性能

采用高温熔融缓冷和放电等离子烧结工艺制备了p型Ag_0.5(Pb_8-xSn_x)In_0.5Te₁₀五元化合物.研究了Sn含量对化合物载流子传输特性及热电性能的影响规律.结果表明：在Ag_0.5(Pb_8-xSn_x)In_0.5Te₁₀(x 关键词： 0.5(Pb_8-xSn_x)In_0.5Te₁₀')" href="#">Ag_0.5(Pb_8-xSn_x)In_0.5Te₁₀ 合成 载流子 热电性能     

厚度对MOCVD生长InN薄膜位错特性与光电性质的影响

研究了金属有机物化学气相沉积法制备的不同厚度InN薄膜的位错特性与光电性质.基于马赛克微晶模型,通过X射线衍射非对称面摇摆曲线测量,拟合出样品刃型位错密度分别为4.2×10¹⁰cm^-2和6.3×10¹⁰cm^-2,并发现样品的微晶扭转角与位错密度随薄膜厚度增加而减小.通过室温霍尔效应测量得到样品载流子浓度分别为9×10¹⁸cm^-3和1.2×10¹⁸cm关键词： 氮化铟 位错 载流子起源 局域态     

梯度掺杂与均匀掺杂GaN光电阴极的对比研究

为了提高负电子亲和势(NEA)GaN光电阴极的量子效率,利用金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)外延生长了梯度掺杂反射式GaN光电阴极,其掺杂浓度由体内到表面依次为1×10¹⁸ cm^-3,4×10¹⁷ cm^-3,2×10¹⁷ cm^-3和6×10¹⁶ cm^-3,每个掺杂浓度区域的厚度约为45 nm,总的厚度为180 nm.在超高真 关键词： NEA GaN光电阴极 梯度掺杂 量子效率 能带结构     

含硫宽禁带Ga2Te3基热电半导体的声电输运特性

目前对宽禁带半导体热电材料的研究开始升温, 原因是本征情况下宽禁带半导体往往具有低的热导率和高的Seebeck系数. Ga₂Te₃ 是一类带有缺陷的宽禁带半导体, 其在临界温度680± 10 K和757± 10 K处会参与共析转变和包晶反应, 因此会产生反应热. 本次工作采用少量的S元素等电子替换Ga₂Te₃中的Te元素, 观察到在临界温度附近热焓的变化, 但没有相变发生. 受热焓变化的影响这类材料在临界温度附近出现了较活跃的声电输运行为, 具体表现为热容和Seebeck系数(α)明显增大及热扩散系数(热导率)和电导率下降. 例, 对于x=0.05的材料, 其α值从596 K 时的376.3(μV·K^-1)迅速增大到695 K时的608.2(μV·K^-1), 然后又随温度升高到764 K时迅速降低到213.8(μV·K^-1). 在596 K到812 K范围, Seebeck系数和电导率几乎随温度均呈Z字形变化. 这些输运行为的变化揭示了在Ga₂Te₃基半导体中声子和载流子的临界散射特点, 这种临界散射特征对以后的继续研究具有重要的参考价值.     

Mn掺杂后三元黄铜矿结构半导体CuInTe2的缺陷特征与热电性能

三元黄铜矿结构(也称类金刚石结构)半导体是一类具有热电转换潜力的新型热电材料. 本次工作中采用电负性更小的Mn元素替换CuInTe₂黄铜矿结构半导体中的Cu元素, 设计制备贫Cu化合物Cu_1-xInMn_xTe₂. 研究表明, 当Mn含量较低时, Mn优先占位在In 位置产生受主缺陷Mn_In^-. 因此随着Mn含量的增大, 载流子浓度和电导率均得到改善. 但当Mn含量进一步增大后, Mn可同时占位在In位置和Cu位置, 除产生受主缺陷Mn_In^-外, 还能产生施主缺陷Mn_Cu⁺. 由于两类极性相反的缺陷之间的湮灭现象, 使得缺陷浓度及载流子浓度开始降低, 晶格结构畸变有变小趋势, 因此在高温下晶格热导率仅略有提高. 研究结果表明, 在某一特定的Mn含量(x=0.05)时, 材料具有最优的热电性能(ZT=0.84@810.0 K), 这一性能约是未掺杂CuInTe₂的2倍.     

碲化铋红外透明导电薄膜的制备与光电性能（特邀）

采用射频磁控溅射法在石英衬底和硒化锌衬底上制备了碲化铋薄膜,分别研究了薄膜厚度、退火温度对薄膜微观结构和光电性能的影响。利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和冷场发射扫描电子显微镜,分析了薄膜结构、成分和形貌。结果表明,退火有利于薄膜的结晶,且不改变晶体的择优取向。傅里叶变换红外光谱测试结果表明,在石英衬底和硒化锌衬底上沉积的薄膜,光学透过率随着薄膜厚度和退火温度的增加而减小,在硒化锌衬底上沉积的薄膜透过波段比石英长,且光学透过率更加稳定。霍尔效应测试结果表明,随着薄膜厚度和退火温度的增加,薄膜的电阻率逐渐减小,最小为1.448×10^-3Ω·cm,迁移率为27.400 cm²·V^-1·s^-1,载流子浓度为1.573×10²⁰ cm^-3。在石英衬底上沉积的15 nm厚的Bi₂Te₃薄膜,在1～5μm波段的透过率达到80%,退火200℃后透过率达到60%,电阻率为5.663×10^-3Ω·cm。在...