【摘要】：本文針對物理氣相輸運(yùn)方法(physical vapor transport,PVT)制備Si C單晶以及機(jī)械合金化結(jié)合等離子體燒結(jié)(MA-PAS)的方法制備摻入S元素的Bi2Te3-基熱電材料這兩個(gè)比較典型的大塊狀半導(dǎo)體材料的制備過程分別進(jìn)行了數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究。作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表,Si C由于其優(yōu)良的理化性質(zhì)而被廣泛運(yùn)用在高溫度、強(qiáng)輻射、高電壓、高電流密度的極端條件下的半導(dǎo)體器件中。PVT法是生產(chǎn)大塊狀Si C單晶最常用的一種方法,因?yàn)樵赑VT生長Si C單晶的過程中,裝置是完全封閉的,我們很難實(shí)時(shí)的檢測生長腔內(nèi)的溫度,物質(zhì)濃度等相關(guān)物理量的變化,所以有必要運(yùn)用數(shù)值模擬的方法來對該過程預(yù)先做出數(shù)值模擬研究以指導(dǎo)實(shí)際的生產(chǎn)過程。通過研究我們發(fā)現(xiàn)生長腔內(nèi)軸向上的溫度梯度、操作壓力、籽晶表面溫度等工藝參數(shù)對于晶體生長速率具有重要的影響,具體說來,隨著生長腔內(nèi)溫度梯度的增加,壓力的降低或者是生長溫度的升高,Si C的晶體生長速度加快。Bi2Te3系熱電材料因其在室溫下良好的熱電性能而被廣泛運(yùn)用,但是因?yàn)橹袦貐^(qū)的熱電材料多含有Pb等重金屬元素,在生產(chǎn)與使用相關(guān)熱電器件的過程中都會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響,因此我們希望能夠拓展Bi2Te3系熱電材料的適用溫度范圍。在用MA-PAS制備Bi2Te3系塊狀材料并進(jìn)行后續(xù)測量的實(shí)驗(yàn)過程中,我們發(fā)現(xiàn)通過在Bi2Te3中摻入S元素,可以很好地提高材料在中溫區(qū)的熱電相關(guān)的電學(xué)性能,其中Bi2Te2.5S0.5表現(xiàn)出很好地可以在中溫下運(yùn)用的潛力。
[Abstract]:In this paper, the physical vapor transport method (physical vapor transport, Preparation of Si C single crystals by PVT and mechanical alloying combined with plasma sintering (MA-PAS) to prepare Bi2Te3- based thermoelectric materials doped with S Numerical simulation and experimental research are carried out. As a typical representative of the third generation semiconductor materials, Si C is widely used in high temperature, strong radiation and high voltage because of its excellent physical and chemical properties. In semiconductor devices with high current density at extreme conditions, PVT method is the most commonly used method to produce large bulk Si C single crystals, because the device is completely closed during the growth of Si C single crystals by PVT. It is difficult to detect the change of temperature and concentration in the growth cavity in real time, so it is necessary to use the numerical simulation method to study the process in advance in order to guide the actual production process. We find that the temperature gradient, operating pressure and surface temperature of seed crystal have important influence on the growth rate of the crystal. Specifically, with the increase of the temperature gradient in the growth cavity, Bi2Te3 thermoelectric materials are widely used because of their good thermoelectric properties at room temperature, but the thermoelectric materials in moderate temperature region contain Pb and other heavy metal elements. In the process of producing and using related thermoelectric devices, the environment will be adversely affected, so we hope to expand the applicable temperature range of Bi2Te3 thermoelectric materials. In the experiment of preparing Bi2Te3 bulk material with MA-PAS and measuring it in follow-up, we found that by adding S element into Bi2Te3, the thermoelectric properties of the material in the medium temperature region can be improved very well. Among them, Bi2Te2.5S0.5 shows the potential to be used at moderate temperature.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN304

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本文編號：2425388