基于第一性原理的AlGaN合金热电性质研究

热电材料能够实现热能与电能的转换,在缓解能源危机领域起着很重要的作用.目前热电材料的研究主要集中在Bi2Te3,PbTe等由重金属组成的化合物半导体和合金材料上,存在有毒有害物质,并巨一般只能应用在较低温度区域,因此新型热电材料成为目前热电领域研究的热点.论文基于第一性原理和玻尔兹曼输运理论对不同组分和不同导电类型AlGaN材料的电子结构和热电性质进行了研究.电子结构计算结果表明随着Al组分的提高,AlGaN的禁带宽度不断的增大,并巨AlGaN的能带结构存在能谷汇聚的现象,这种能谷汇聚可以有效的提高材料的塞贝克系数.热电性质计算结果表明AlGaN材料的ZT值随着Al组分的增加先增加后降低,在Al组分为0.5时ZT值最高,相对于GaN的ZT值可以提高70;以上;P型AlGaN 的热电性质要优于N 型AlGaN 材料,P型Al0.5Ga0.5N 材料的ZT值在1100 K时最高可以达到0.077,N型的Al0.5Ga0.5N材料的ZT值在相同温度时大约为0.037.     

基于Callaway模型InGaN材料导热系数的理论研究

由于InGaN材料的禁带宽度调节范围大,热稳定性好,化学性质稳定,因此在微电子、光电子和热电领域的高温区有良好的应用前景.基于Callaway导热系数模型从理论上计算了体材料和薄膜材料InGaN的导热系数,分析了温度、In组分和边界尺寸对InGaN导热系数的影响.研究结果表明,温度大于100 K时,不同组分的InGaN材料导热系数随温度的上升而下降,300 K时,体材料In0.1Ga09N的热导系数为90.15 W·m-1·K-1,比相同温度下GaN的导热系数小一半,200 nm的In01Ga0.9N热导系数为30.68 W·m-1·K-1.InGaN合金的热导系数随着In组分先变小再变大,理论计算结果表明In0.6Ga04N的导热系数最小,300 K时,体材料的导热系数为14.52 W·m-1·K-1,200 nm的薄膜材料导热系数为4.02 W·m-1·K-1,理论计算结果与文献报道的实验结果是合理一致的.