Ⅲ-Ⅴ族GaSb半導(dǎo)體材料熱電性能的研究.pdf

1、目前，Ⅲ-Ⅴ族閃鋅礦型GaSb半導(dǎo)體材料的能帶參數(shù)和性能已經(jīng)有了非常詳盡和全面的研究。由于具有優(yōu)良的物理、光學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用到電子、機(jī)械等領(lǐng)域，它在半導(dǎo)體行業(yè)中作用也日益突出，成為熱電材料中深具潛力的一員。更重要的是，作為優(yōu)異的中溫區(qū)熱電材料，GaSb具有熱穩(wěn)定性高、機(jī)械性能強(qiáng)和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，使其成為新一代汽車尾氣處理熱電轉(zhuǎn)換器件材料的有力競爭者。
　　本課題研究了p型Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料GaSb的熱電性能。基于Z

2、n-和Cd-摻雜的p型半導(dǎo)體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們應(yīng)用自主設(shè)計(jì)的單帶非拋物線模型對GaSb體系的傳輸性能進(jìn)行了模擬，并通過它與A2B3（A=Ga,In,Sb;B=Te,Se）等陰陽離子配比為3:2的化合物形成固溶體，系統(tǒng)地研究了空位對電子和聲子輸運(yùn)特性的影響。主要研究內(nèi)容如下所示：
　?。?）首先，通過熔融-熱壓燒結(jié)的制備方法制備了Zn、Cd摻雜的p型GaSb半導(dǎo)體材料，并測試了其電導(dǎo)性能及熱導(dǎo)性能。研究發(fā)現(xiàn)通過適當(dāng)?shù)膿诫s調(diào)控，Zn、C

3、d摻雜的p型GaSb表現(xiàn)出了優(yōu)異的電學(xué)性能。然而，GaSb具有Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體普遍存在的高熱導(dǎo)率，致使p型GaSb無法實(shí)現(xiàn)高熱電性能優(yōu)值，即高zT。
　　（2）根據(jù)已獲得的Zn、Cd摻雜的p型GaSb半導(dǎo)體熱電性能數(shù)據(jù)，再結(jié)合兩者相應(yīng)的霍爾數(shù)據(jù)，我們假設(shè)并模擬了GaSb體系的單帶非拋物線模型(載流子濃度在1018~1020cm-3)，來對p型GaSb的電學(xué)性能進(jìn)行理論研究。結(jié)果顯示，模擬數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合度很高；同時(shí)，對應(yīng)物理參數(shù)的

4、變化規(guī)律也反映出GaSb的能帶結(jié)構(gòu)符合假設(shè)的單帶非拋物線模型。因此，我們認(rèn)為該模型可以很好的描繪p型摻雜GaSb半導(dǎo)體材料的電學(xué)性能。
　?。?）隨后，通過熔融-熱壓燒結(jié)的制備方法獲得了可重復(fù)制備(GaSb)3(1-x)(Sb2Te3)x(x=0.025,0.05,0.1,0.15,0.2,0.25)和(GaSb)3(1-y)(Ga2Te3)y(y=0.0025,0.05,0.1,0.15,0.2)兩個(gè)體系的半導(dǎo)體材料，Sb2Te