發(fā)布時(shí)間：2017-10-14 03:08

  本文關(guān)鍵詞：GaN基半導(dǎo)體材料熱電性質(zhì)的第一性原理計(jì)算與研究

  更多相關(guān)文章： 第一性原理 玻爾茲曼輸運(yùn)方程 熱電材料 氮化鎵

【摘要】：熱電材料是新型能源材料,它是能將熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料。其中GaN基半導(dǎo)體材料由于禁帶寬度大、熱導(dǎo)率高、塞貝克系數(shù)大和耐高溫等特性,使得其在熱電領(lǐng)域的應(yīng)用也很廣泛。熱電材料的熱電特性由無(wú)量綱物理量熱電優(yōu)值ZT來(lái)表述,好的熱電材料要求有大的功率因子S2σ和小的熱導(dǎo)率κ。論文采用第一性原理計(jì)算方法,結(jié)合基本近似原理及密度泛函理論,對(duì)GaN材料的電子特性進(jìn)行了計(jì)算。采用基于半經(jīng)典玻爾茲曼輸運(yùn)方程的模擬計(jì)算方法對(duì)Ga N的N型及P型半導(dǎo)體的熱電性質(zhì)進(jìn)行了計(jì)算,得到了塞貝克系數(shù)曲線、電導(dǎo)率曲線、功率因子曲線及熱電優(yōu)值曲線。計(jì)算結(jié)果表明,N型和P型半導(dǎo)體的塞貝克系數(shù)都隨著載流子濃度的提高而降低,且在載流子濃度一定時(shí),溫度越高,塞貝克系數(shù)越大;N型和P型半導(dǎo)體的電導(dǎo)率隨著載流子濃度的提高而增加,且在載流子濃度一定時(shí),溫度越高,電導(dǎo)率越小;N型和P型半導(dǎo)體的功率因子都隨載流子濃度的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì);N型半導(dǎo)體功率因子在溫度為300K,載流子濃度為1017cm-3時(shí),功率因子取得最大值 1750μW/mK2;P型半導(dǎo)體功率因子在溫度為1200K,載流子濃度為1020cm-3時(shí),功率因子取得最大值 3500μW/mK2;熱導(dǎo)率隨著摻雜變化改變較小,在研究中取做定值κ=5.85×104/T;N型和P型半導(dǎo)體的熱電優(yōu)值,都隨著載流子濃度的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。N型半導(dǎo)體熱電優(yōu)值在溫度為1200K時(shí),載流子濃度為1018cm-3時(shí),熱電優(yōu)值ZT的峰值為0.0039;P型半導(dǎo)體熱電優(yōu)值在溫度為1200K時(shí),載流子濃度為1020cm-3時(shí),熱電優(yōu)值達(dá)到最大,為0.0085;由此可知,GaN的P型摻雜半導(dǎo)體較N型摻雜半導(dǎo)體而言,具有更好的熱電特性。
【關(guān)鍵詞】：第一性原理 玻爾茲曼輸運(yùn)方程 熱電材料 氮化鎵
【學(xué)位授予單位】：河北科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN304
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-14
• 1.1 引言8
• 1.2 選題依據(jù)8-11
• 1.2.1 課題研究背景8-9
• 1.2.2 課題研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.3 課題研究意義10-11
• 1.3 本論文研究?jī)?nèi)容11
• 1.4 本文的章節(jié)安排11-14
• 第2章 熱電材料14-24
• 2.1 熱電材料概述14
• 2.2 熱電現(xiàn)象的三個(gè)基本效應(yīng)14-17
• 2.3 熱電材料基本參數(shù)17-21
• 2.4 GaN基半導(dǎo)體材料優(yōu)點(diǎn)21-22
• 2.5 本章小結(jié)22-24
• 第3章 理論基礎(chǔ)與計(jì)算方法24-34
• 3.1 第一性原理計(jì)算24
• 3.2 基本近似24-25
• 3.2.1 Born-Oppenheimer絕熱近似25
• 3.2.2 Hartree-Fock近似25
• 3.3 密度泛函理論25-28
• 3.3.1 Hohenberg-Kohn定理26
• 3.3.2 Kohn-Sham方程26-27
• 3.3.3 交換關(guān)聯(lián)泛函27-28
• 3.4 玻爾茲曼輸運(yùn)理論28-30
• 3.5 本文采用的計(jì)算軟件30-32
• 3.6 本章小結(jié)32-34
• 第4章 GaN本征半導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)計(jì)算34-46
• 4.1 理論模型34-35
• 4.2 計(jì)算方法35-38
• 4.3 結(jié)果分析38-44
• 4.3.1 晶格常數(shù)38-39
• 4.3.2 電荷密度39-40
• 4.3.3 能帶40
• 4.3.4 態(tài)密度40-44
• 4.4 本章小結(jié)44-46
• 第5章 GaN基半導(dǎo)體材料熱電性能分析46-54
• 5.1 N型摻雜GaN熱電性能分析46-50
• 5.1.1 性能計(jì)算參數(shù)設(shè)置46-47
• 5.1.2 輸運(yùn)與熱電特性47-50
• 5.2 P型摻雜GaN熱電性能分析50-52
• 5.2.1 性能計(jì)算參數(shù)設(shè)置50
• 5.2.2 輸運(yùn)與熱電特性50-52
• 5.3 本章小結(jié)52-54
• 結(jié)論54-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的論文60-62
• 致謝62

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 郭志敏;郝彥忠;裴娟;孫寶;李英品;;Sb_2S_3納米粒子敏化ZnO微納分級(jí)結(jié)構(gòu)的光電化學(xué)性能[J];河北科技大學(xué)學(xué)報(bào);2016年01期

2 蘇杰;馬昊;李明軍;鄭樹凱;劉磊;;Zn-Sb化合物熱電材料的研究進(jìn)展[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2014年02期

3 劉新贊;;熱電致冷原理與應(yīng)用[J];河北工業(yè)科技;2006年06期

4 金瑞琴,朱建軍,趙德剛,劉建平,張紀(jì)才,楊輝;p型GaN的摻雜研究[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);2005年03期

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本文編號(hào)：1028626