本文關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體制冷器載流子的輸運機理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：半導(dǎo)體制冷器由于有很多其他制冷方式不具備的優(yōu)點,自上個世紀五十年代開始就被廣泛的探索研究。目前采用體態(tài)結(jié)構(gòu)的材料制成半導(dǎo)體制冷器已經(jīng)在很多方面展開運用。進入二十一世紀,由于納米技術(shù)的不斷進步,新型的半導(dǎo)體制冷材料和元器件被不斷的開發(fā)出來。本文結(jié)合計算機仿真模擬方法和實驗測試,對半導(dǎo)體制冷器的相關(guān)問題進行了研究。首先,本論文對半導(dǎo)體制冷的研究現(xiàn)狀和發(fā)展瓶頸進行了歸納總結(jié)以及對出現(xiàn)的新型半導(dǎo)體制冷方法進行了介紹,并對半導(dǎo)體制冷的關(guān)鍵優(yōu)值系數(shù)ZT進行了相關(guān)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。運用數(shù)學(xué)計算軟件,基于晶格動力學(xué)理論建立仿真模型,通過對半導(dǎo)體超晶格材料的聲子態(tài)密度以及聲子譜展開研究。發(fā)現(xiàn)對其態(tài)密度來說,當(dāng)原子層數(shù)增多時,低谷和高峰的數(shù)目同時增多,而且高峰和低谷還與范霍夫奇點相對應(yīng),沿著高頻方向移動,造成這一原因是與布里淵區(qū)的邊界和中心的區(qū)域效應(yīng)有緊密的關(guān)系。從聲子譜圖中我們可以得出隨著原子層數(shù)的增加,晶格振動的模式也會隨著增加。當(dāng)半導(dǎo)體超晶格為???nnn?????5,4,3,2?結(jié)構(gòu)時,一共存在2n個簡并度,這里面包含有個n光學(xué)支簡并度與n個聲學(xué)支簡并度。其次,參考典型的半導(dǎo)體制冷器,與電致發(fā)光制冷相結(jié)合,開發(fā)出一種新型的半導(dǎo)體制冷器。發(fā)現(xiàn)只要電致發(fā)光元器件的光輸出功率大于電輸入功率,就可以實現(xiàn)制冷。然后對電致發(fā)光的基本原理、器件材料和結(jié)構(gòu)進行了一定的調(diào)查研究,使用液相外延(LPE)生長技術(shù)來制備電致發(fā)光制冷元器件,并給出了具體的制備過程。最后,通過實驗方案,搭建實驗測試平臺,對電致發(fā)光體進行測試,發(fā)現(xiàn)在低偏壓機制下,當(dāng)電壓kq TVB?/時,外部量子效率EQEη變得與電壓獨立,這樣進一步減小電壓可以增加能量轉(zhuǎn)換效率η,通過移動窄帶隙材料和提高發(fā)射器晶格溫度,在低偏壓機制下可用功率可以增加幾個數(shù)量級;當(dāng)電流比較小時,電流與外部量子效率相互獨立,電壓q TV kB??/造成熱力學(xué)平衡的一點偏移和驅(qū)使凈光子的產(chǎn)生;在低偏壓時,外部量子效率也隨溫度的增加而增加,能量轉(zhuǎn)換效率與光輸出功率成反比,外部量子效率與電壓獨立以及電流電壓特性呈線性關(guān)系,電致發(fā)光的能量轉(zhuǎn)換效率超過100%,可以實現(xiàn)凈制冷。驗證了方案的可行性。
【關(guān)鍵詞】：半導(dǎo)體制冷 載流子 晶格動力學(xué)模擬 聲子譜 態(tài)密度 電致發(fā)光
【學(xué)位授予單位】：河南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB65
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 緒論11-21
• 1.1 課題來源11
• 1.2 課題的研究背景及意義11-15
• 1.3 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀15-20
• 1.3.1 制冷的辦法15-16
• 1.3.2 半導(dǎo)體制冷的發(fā)展瓶頸16-17
• 1.3.3 半導(dǎo)體制冷的研究進展17-19
• 1.3.4 當(dāng)前的研究熱點以及研究方法19-20
• 1.4 主要研究內(nèi)容20-21
• 2 半導(dǎo)體制冷器的原理及介紹21-31
• 2.1 半導(dǎo)體制冷器的原理21-28
• 2.1.1 熱電效應(yīng)21-23
• 2.1.2 半導(dǎo)體制冷器的構(gòu)造和影響因素23
• 2.1.3 半導(dǎo)體制冷的相關(guān)公式23-28
• 2.2 多級半導(dǎo)體制冷器28-30
• 2.3 半導(dǎo)體制冷器的應(yīng)用30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 3 半導(dǎo)體制冷材料的聲子譜和態(tài)密度31-42
• 3.1 建立超晶格材料GaAs/AlAs的晶格動力學(xué)模型31-36
• 3.2 采用仿真軟件Maple對其展開模擬36-37
• 3.3 半導(dǎo)體超晶格材料GaAs/AlAs的縱向聲子譜37-39
• 3.4 半導(dǎo)體超晶格材料GaAs/AlAs的聲子態(tài)密度39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-42
• 4 電致發(fā)光制冷42-50
• 4.1 電致發(fā)光制冷原理概述42-43
• 4.2 電致發(fā)光制冷元器件的材料與結(jié)構(gòu)43-46
• 4.2.1 電致發(fā)光制冷元器件的材料43-44
• 4.2.2 電致發(fā)光制冷元器件的結(jié)構(gòu)44-46
• 4.3 電致發(fā)光器件的制備46-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 5 電致發(fā)光制冷實驗及分析50-61
• 5.1 電致發(fā)光制冷測試平臺50-51
• 5.2 電致發(fā)光制冷實驗測試51-52
• 5.3 實驗數(shù)據(jù)處理分析52-60
• 5.4 本章小結(jié)60-61
• 總結(jié)與展望61-63
• 總結(jié)61-62
• 展望62-63
• 參考文獻63-69
• 致謝69-70
• 個人簡歷70-71

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本文編號：431696