本文關(guān)鍵詞：SiGe半導(dǎo)體的制備和表征及溫差電偶臂尺寸設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： SiGe 熱電材料 高能球磨 熱電性能 力學(xué)性能 尺寸設(shè)計(jì)

【摘要】：熱電材料可以有效地進(jìn)行熱能與電能直接相互轉(zhuǎn)換,在航天探測(cè)、廢熱利用等領(lǐng)域有著可觀的應(yīng)用前景。其中,SiGe合金有著較好的機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性和不錯(cuò)的熱電性能,已經(jīng)在航天用的溫差熱電發(fā)電器有所運(yùn)用,但是存在的主要問題是ZT值不高,目前報(bào)道的最高也是1.15@973K,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論ZT值,從而導(dǎo)致溫差發(fā)電器的輸出功率和轉(zhuǎn)換效率并不高,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)發(fā)電器40%的轉(zhuǎn)換效率。為了解決上述問題,制備高ZT值SiGe合金,設(shè)計(jì)合適尺寸的溫差電偶臂成了必要的手段。本文首先利用機(jī)械合金化(高能球磨)的方法制備分別球磨10h、20h、30h、40h和50h的Si80Ge20B5和Si80Ge20P2熱電材料合金粉末,利用真空熱壓燒結(jié)的方法來(lái)制備塊狀Si80Ge20b5和Si80Ge20p2合金試樣,然后利用XRD、SEM對(duì)塊狀試樣進(jìn)行微觀組織性能表征發(fā)現(xiàn),通過(guò)球磨p-type和n-type兩種合金均完全固溶。同時(shí),隨著球磨時(shí)間的增加,晶粒尺寸逐漸減小,球磨50h的合金試樣晶粒尺寸達(dá)到了600nm。最后,對(duì)制得的十組試樣進(jìn)行熱電性能測(cè)試分析可知,隨著球磨時(shí)間的增加,合金的熱導(dǎo)率逐漸減小,主要因?yàn)榫Я３叽鐪p小,晶界逐漸增多,從而加強(qiáng)了對(duì)聲子的散射；同時(shí),隨著球磨時(shí)間增加,合金電導(dǎo)率先增加,后減��；最后求得ZT值,p-type SiGe合金在球磨50h時(shí)有著最高的ZT值,ZT=0.83@973K；n-type合金在球磨20h時(shí)具有最高的ZT值,ZT=1.3@973K。為了確保制得的SiGe合金在高溫、長(zhǎng)期以及其他復(fù)雜條件下的服役穩(wěn)定性,本文測(cè)試和計(jì)算了其納米壓痕、維氏硬度、斷裂韌性、耐熱震性和熱穩(wěn)定性。得到Si80Ge20B5合金試樣的彈性模量為197.05GPa,Si80Ge20P2合金試樣的彈性模量為182.76GPa,Si80Ge20B5合金試樣的納米壓痕硬度為15.77GPa,Si80Ge20p2合金試樣的納米壓痕硬度為15.10GPa；同時(shí)測(cè)了十組試樣的維氏硬度,p-type和n-type合金試樣的維氏硬度都隨著球磨時(shí)間的增加而增大,這主要得益于晶粒尺寸減小計(jì)算得到斷裂韌性:p-type SiGe KIC=2.0MPam1/2, n-type SiGe合金KIC=1.8MPam1/2；耐熱震性：p-type RT=455.14W/m, n-type RT=449.56W/m,耐熱震性要優(yōu)于其他熱電材料。對(duì)p-type和n-type兩種合金試樣進(jìn)行TG測(cè)試分析,由所得的結(jié)果可知,隨著溫度升高,兩種合金均不存在分解和升華的現(xiàn)象,熱穩(wěn)定性很好。為了提高溫差發(fā)電器的輸出功率和轉(zhuǎn)換效率,并且為下一步設(shè)計(jì)溫差發(fā)電器做好準(zhǔn)備,本文用球磨20h的p-type和n-type合金試樣作為溫差發(fā)電器的PN結(jié),用ANSYS軟件模擬和計(jì)算臂長(zhǎng)、截面積以及負(fù)載電阻對(duì)輸出功率和轉(zhuǎn)換效率的影響,得出當(dāng)臂長(zhǎng)L=2.5mm和橫截面面積s=2.5mm2時(shí),有著較搞的輸出功率和轉(zhuǎn)換效率,并且當(dāng)負(fù)載電阻RL等于內(nèi)阻時(shí),輸出功率最大。
【關(guān)鍵詞】：SiGe 熱電材料 高能球磨 熱電性能 力學(xué)性能 尺寸設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM913;TB34
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 研究背景和意義10-11
• 1.2 基本效應(yīng)和定義11-13
• 1.3 熱電材料的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.1 低溫?zé)犭姴牧?/span>13
• 1.3.2 中溫?zé)犭姴牧?/span>13-14
• 1.3.3 高溫?zé)犭姴牧?/span>14
• 1.3.4 SiGe合金14-17
• 1.4 熱電器件的應(yīng)用17-18
• 1.5 提高熱電優(yōu)值的方法18-20
• 1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容20-21
• 第2章 試驗(yàn)材料及方法21-25
• 2.1 試驗(yàn)材料及制備21-22
• 2.1.1 試驗(yàn)材料21
• 2.1.2 試驗(yàn)設(shè)備21
• 2.1.3 材料的制備21-22
• 2.2 結(jié)構(gòu)表征22
• 2.3 熱電性能表征22-24
• 2.4 力學(xué)性能測(cè)試24-25
• 第3章 球磨時(shí)間對(duì)Si_(80)Ge_(20)B_5組織結(jié)構(gòu)和性能的影響25-36
• 3.1 引言25
• 3.2 Si_(80)Ge_(20)B_5熱電材料XRD圖譜25-26
• 3.3 Si_(80)Ge_(20)B_5熱電材料斷口形貌26
• 3.4 Si_(80)Ge_(20)B_5熱電材料的電輸運(yùn)特性26-28
• 3.5 Si_(80)Ge_(20)B_5熱電材料的熱輸運(yùn)特性28-30
• 3.6 Si_(80)Ge_(20)B_5熱電材料無(wú)量綱熱電優(yōu)值30-31
• 3.7 力學(xué)性能31-34
• 3.8 熱穩(wěn)定性34-35
• 3.9 本章小結(jié)35-36
• 第4章 球磨時(shí)間對(duì)Si_(80)Ge_(20)P_2組織結(jié)構(gòu)和性能的影響36-47
• 4.1 引言36
• 4.2 Si_(80)Ge_(20)P_2熱電材料的XRD圖譜36-37
• 4.3 Si_(80)Ge_(20)P_2熱電材料的斷口形貌37-38
• 4.4 Si_(80)Ge_(20)P_2熱電材料的電輸運(yùn)特性38-39
• 4.5 Si_(80)Ge_(20)P_2熱電材料的熱輸運(yùn)特性39-41
• 4.6 Si_(80)Ge_(20)P_2熱電材料無(wú)量綱熱電優(yōu)值41-42
• 4.7 力學(xué)性能42-45
• 4.8 熱穩(wěn)定性45
• 4.9 本章小結(jié)45-47
• 第5章 溫差電偶臂尺寸設(shè)計(jì)47-55
• 5.1 引言47
• 5.2 ANSYS有限元分析47-48
• 5.2.1 ANSYS簡(jiǎn)介47-48
• 5.2.2 ANSYS分析的基本過(guò)程48
• 5.3 溫差發(fā)電器的主要性能參數(shù)48-50
• 5.4 溫差電偶臂尺寸設(shè)計(jì)50-52
• 5.4.1 參數(shù)化建模和參數(shù)設(shè)定50-51
• 5.4.2 仿真結(jié)果51-52
• 5.5 溫差電偶臂尺寸對(duì)溫差發(fā)電器性能參數(shù)的影響52-54
• 5.5.1 截面面積對(duì)輸出功率和轉(zhuǎn)換效率的影響52-53
• 5.5.2 臂長(zhǎng)對(duì)輸出功率和轉(zhuǎn)換效率的影響53-54
• 5.5.3 負(fù)載電阻對(duì)輸出功率和轉(zhuǎn)換效率的影響54
• 5.6 本章小結(jié)54-55
• 結(jié)論55-56
• 參考文獻(xiàn)56-61
• 致謝61

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 ;Fabrication of high quality strained SiGe on Si substrate by RPCVD[J];Chinese Science Bulletin;2012年15期

2 王鳳娥;硅集成電路用SiGe/Si異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料及其制備技術(shù)[J];稀有金屬;2003年06期

3 孫偉峰;葉志鎮(zhèn);趙炳輝;朱麗萍;;應(yīng)用于無(wú)線電發(fā)射領(lǐng)域的第二代SiGe技術(shù)進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2005年11期

4 TSIEN Peihsin;Electron irradiation effects on DC electrical performances of SiGe HBT in a comparison with Si BJT[J];Rare Metals;2004年04期

5 Peihsin TSIEN;Electrical Performance of Electron Irradiated SiGe HBT and Si BJT[J];Journal of Materials Science & Technology;2004年06期

6 劉國(guó)軍;葉志鎮(zhèn);吳貴斌;孫偉峰;趙星;趙炳輝;;SiGe／Si異質(zhì)結(jié)光電器件[J];材料導(dǎo)報(bào);2006年01期

7 方春玉;蔡坤煌;;氧化SiGe/Si多量子阱制備Si基SiGe弛豫襯底[J];光譜實(shí)驗(yàn)室;2009年06期

8 ;High Quality SiGe Layer Deposited by a New Ultrahigh Vacuum Chemical Vapor Deposition System[J];Journal of Materials Science & Technology;2000年01期

9 ;Bulk single crystal growth of SiGe by PMCZ method[J];Rare Metals;2003年03期

10 ;Comparison of neutron irradiation effects on the electrical performances of SiGe HBT and SiBJT[J];Rare Metals;2003年01期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 劉志弘;;SiGe HBT及電路的發(fā)展?fàn)顩r[A];集成電路配套材料研討會(huì)及參展資料匯編[C];2004年

2 蔡坤煌;張永;李成;賴虹凱;陳松巖;;氧化法制備SiGe弛豫緩沖層及其表征[A];第十六屆全國(guó)半導(dǎo)體物理學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

3 柳偉達(dá);周旗鋼;何自強(qiáng);;RPCVD生長(zhǎng)SiGe薄膜及其性能研究[A];TFC’09全國(guó)薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2009年

4 王揚(yáng);張萬(wàn)榮;謝紅云;金冬月;張蔚;何麗劍;沙永萍;;多發(fā)射指分段結(jié)構(gòu)功率SiGe HBT的優(yōu)化設(shè)計(jì)[A];2007年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];2007年

5 石瑞英;蒲林;程興華;譚開州;楊晨;劉輪才;王健安;龔敏;;SiGe HBT抗γ輻照機(jī)理研究[A];第十六屆全國(guó)半導(dǎo)體物理學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

6 趙麗霞;高國(guó)智;陳秉克;袁肇耿;張鶴鳴;;組分漸變的SiGe HBT材料的生長(zhǎng)[A];2010’全國(guó)半導(dǎo)體器件技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2010年

7 沙永萍;張萬(wàn)榮;謝紅云;;SiGe HBT的高頻噪聲相關(guān)性模型[A];2007年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];2007年

8 林曉玲;孔學(xué)東;恩云飛;章曉文;姚若河;;SiGe HBT工藝結(jié)構(gòu)及失效分析[A];2007'第十二屆全國(guó)可靠性物理學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C];2007年

9 Jie Yu;Chong Wang;Yu Yang;;Progress on the Numerical Calculation of Electrical Characteristics of Strained SiGe Channel p-MOSFET[A];Proceedings of 2012 China Functional Materials Technology and Industry Forum[C];2012年

10 黃惠敏;韋妮莉;羅文婷;鄭佩燕;孫寶清;;常見食物過(guò)敏原sIgE檢測(cè)分析[A];中華醫(yī)學(xué)會(huì)呼吸病學(xué)年會(huì)——2013第十四次全國(guó)呼吸病學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文匯編[C];2013年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 余衛(wèi)華;SiGe半導(dǎo)體推出全新射頻前端模塊 實(shí)現(xiàn)無(wú)線多媒體應(yīng)用[N];電子資訊時(shí)報(bào);2008年

2 鳴秦;IBM與泰克合作開發(fā)出SiGe芯片[N];計(jì)算機(jī)世界;2005年

3 高鳴矯 DigiTimes;SiGe半導(dǎo)體首款EDR藍(lán)牙功率放大器[N];電子資訊時(shí)報(bào);2006年

4 SiGe半導(dǎo)體企業(yè)及業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁 John Brewer;RF技術(shù)瞄準(zhǔn)智能能源[N];中國(guó)電子報(bào);2010年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前9條

1 徐文婷;Si、Ge、SOI中SiGe納米晶的生長(zhǎng)及其特性研究[D];北京有色金屬研究總院;2013年

2 胡輝勇;微波功率SiGe HBT關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2006年

3 張永;微波功率SiGe HBT與基于虛襯底的SiGe HPT的研制[D];廈門大學(xué);2009年

4 黃文韜;SiGe/Si外延與SiGe HBT微波單片放大電路研究[D];清華大學(xué);2004年

5 韓波;射頻微波SiGe HBT建模與參數(shù)提取技術(shù)研究[D];華東師范大學(xué);2012年

6 楊沛鋒;Si/SiGe異質(zhì)結(jié)器件研究[D];電子科技大學(xué);2002年

7 李鵬飛;SiGe基材料緊束縛勢(shì)模型的發(fā)展及第一性原理研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

8 徐小波;SOI SiGe HBT性能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[D];西安電子科技大學(xué);2012年

9 張濱;SiGe HBT器件及其在LNA電路中的應(yīng)用研究[D];西安電子科技大學(xué);2013年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李利明;慢性蕁麻疹患者戶塵螨sIgE與IL-4的表達(dá)及意義[D];山西醫(yī)科大學(xué);2015年

2 劉默寒;典型SiGe HBTs的總劑量輻射效應(yīng)研究[D];新疆大學(xué);2015年

3 鐘怡;20GHz SiGe HBT器件設(shè)計(jì)與工藝研究[D];電子科技大學(xué);2014年

4 趙迪;超薄SiGe虛擬襯底的制備與建模[D];電子科技大學(xué);2015年

5 楊超;SOI應(yīng)變SiGe BiCMOS關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

6 時(shí)炯;SiGe半導(dǎo)體的制備和表征及溫差電偶臂尺寸設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

7 譚靜;SiGe HCMOS IC關(guān)鍵工藝技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2006年

8 魏歡;SiGe異質(zhì)結(jié)雙極晶體管及其集成電路的研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2000年

9 安正華;SiGe-OI新材料制備及其應(yīng)用的探索研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）;2002年

10 吳楠;基于SiGe HBT的高頻增益模塊[D];北京工業(yè)大學(xué);2007年

，

本文編號(hào)：535558