發(fā)布時間：2017-07-08 21:17

  本文關(guān)鍵詞：GaN及其合金熱電性質(zhì)的理論研究

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【摘要】：熱電材料是一種通過材料內(nèi)部載流子的電輸運和聲子的熱輸運來實現(xiàn)熱能和電能直接轉(zhuǎn)換的功能材料。GaN及其合金憑借其禁帶寬度較大、熱穩(wěn)定性好以及較高的電導(dǎo)率與塞貝克(Seebeck)系數(shù),成為在高溫發(fā)電方面具有良好應(yīng)用前景的熱電材料。課題以InGaN合金的熱電特性為研究對象,采用玻爾茲曼方程(BTE)和弛豫時間近似(RTA)方法計算出InGaN合金的電導(dǎo)率、塞貝克系數(shù)以及電子熱導(dǎo)率,采用Callaway模型計算出晶格熱導(dǎo)率,然后計算出InGaN合金的ZT值。并分別研究了不同載流子濃度和不同溫度對InGaN合金的熱電特性的影響。仿真結(jié)果表明,In_(0.1)Ga_(0.9)N隨著載流子濃度的增加,其塞貝克系數(shù)降低,電導(dǎo)率增加,熱導(dǎo)率基本不變,ZT值先升高然后再降低。在300 K溫度下,載流子濃度為1×10~(19) cm~(-3)時,In_(0.1)Ga_(0.9)N的ZT值出現(xiàn)極大值為0.015,600 K時,載流子濃度為2×10~(19)cm~(-3)時,ZT值出現(xiàn)極大值為0.1,900 K時,載流子濃度為3×10~(19)cm~(-3)時,ZT值出現(xiàn)極大值為0.35。固定載流子濃度不變,隨著溫度的上升,InGaN合金的塞貝克系數(shù)升高,電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率降低,ZT值增加。在1200 K溫度時,In0.01Ga0.99N的ZT值到達(dá)0.31,In0.2Ga0.8N的ZT達(dá)到0.25,In_(0.1)Ga_(0.9)N的ZT值達(dá)到0.33。
【關(guān)鍵詞】：熱電材料 玻爾茲曼方程和弛豫時間近似 合金 InGaN 散射
【學(xué)位授予單位】：河北科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.43
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-20
• 1.1 熱電材料的研究背景8-10
• 1.1.1 研究背景8-10
• 1.1.2 選題意義10
• 1.2 熱電材料的研究現(xiàn)狀10-18
• 1.2.1 傳統(tǒng)熱電材料10-12
• 1.2.2 新型熱電材料12-14
• 1.2.3 氮化鎵熱電材料14-18
• 1.3 研究內(nèi)容及論文安排18-20
• 第2章 熱電效應(yīng)及熱電性能提高方法20-28
• 2.1 熱電效應(yīng)20-22
• 2.1.1 Seebeck效應(yīng)20-21
• 2.1.2 Peltier效應(yīng)21-22
• 2.1.3 Thomson效應(yīng)22
• 2.1.4 Kelvin關(guān)系22
• 2.2 熱電器件和熱電性能的表征22-24
• 2.2.1 熱電器件的工作原理22-24
• 2.2.2 熱電參數(shù)的性能表征24
• 2.3 熱電性能優(yōu)化方法24-25
• 2.3.1 摻雜25
• 2.3.2 低維化25
• 2.3.3 梯度化25
• 2.4 本章小結(jié)25-28
• 第3章 GaN及其合金的電輸運模型28-48
• 3.1 電子輸運模型28-30
• 3.1.1 玻爾茲曼方程28
• 3.1.2 弛豫時間近似28-29
• 3.1.3 Kane模型29-30
• 3.2 載流子的散射30-43
• 3.2.1 電離雜質(zhì)散射32-34
• 3.2.2 合金散射34-36
• 3.2.3 聲學(xué)波形變勢散射36-38
• 3.2.4 聲學(xué)波壓電散射38-40
• 3.2.5 極性光學(xué)波散射40-41
• 3.2.6 位錯散射41-43
• 3.3 GaN及其合金的電子輸運情況43-46
• 3.3.1 GaN的電子輸運模型43-44
• 3.3.2 InGaN的電子輸運情況44-46
• 3.4 本章小結(jié)46-48
• 第4章 GaN及其合金的熱輸運模型48-62
• 4.1 聲子及其輸運模型48-52
• 4.1.1 聲子48-50
• 4.1.2 Callaway模型50-52
• 4.2 聲子散射52-58
• 4.2.1 聲子-聲子散射52-55
• 4.2.2 點缺陷散射55-56
• 4.2.3 位錯散射56-58
• 4.2.4 邊界散射58
• 4.3 虛擬晶格模型58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-62
• 第5章 GaN及其合金的熱電特性62-72
• 5.1 半導(dǎo)體材料熱電特性的仿真模型62-63
• 5.2 GaN的熱電特性63-65
• 5.2.1 載流子濃度對GaN熱電特性的影響63-64
• 5.2.2 溫度對GaN熱電特性的影響64-65
• 5.3 InGaN合金的熱電特性65-71
• 5.3.1 載流子濃度對InGaN合金熱電特性的影響65-68
• 5.3.2 溫度對InGaN合金熱電特性的影響68-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 結(jié)論72-74
• 參考文獻(xiàn)74-79
• 致謝79

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