GaN及其合金热电性质的理论研究

发布时间：2017-07-08 21:17

  本文关键词：GaN及其合金热电性质的理论研究

  更多相关文章： 热电材料 玻尔兹曼方程和弛豫时间近似 合金 InGaN 散射

【摘要】：热电材料是一种通过材料内部载流子的电输运和声子的热输运来实现热能和电能直接转换的功能材料。GaN及其合金凭借其禁带宽度较大、热稳定性好以及较高的电导率与塞贝克(Seebeck)系数,成为在高温发电方面具有良好应用前景的热电材料。课题以InGaN合金的热电特性为研究对象,采用玻尔兹曼方程(BTE)和弛豫时间近似(RTA)方法计算出InGaN合金的电导率、塞贝克系数以及电子热导率,采用Callaway模型计算出晶格热导率,然后计算出InGaN合金的ZT值。并分别研究了不同载流子浓度和不同温度对InGaN合金的热电特性的影响。仿真结果表明,In_(0.1)Ga_(0.9)N随着载流子浓度的增加,其塞贝克系数降低,电导率增加,热导率基本不变,ZT值先升高然后再降低。在300 K温度下,载流子浓度为1×10~(19) cm~(-3)时,In_(0.1)Ga_(0.9)N的ZT值出现极大值为0.015,600 K时,载流子浓度为2×10~(19)cm~(-3)时,ZT值出现极大值为0.1,900 K时,载流子浓度为3×10~(19)cm~(-3)时,ZT值出现极大值为0.35。固定载流子浓度不变,随着温度的上升,InGaN合金的塞贝克系数升高,电导率和热导率降低,ZT值增加。在1200 K温度时,In0.01Ga0.99N的ZT值到达0.31,In0.2Ga0.8N的ZT达到0.25,In_(0.1)Ga_(0.9)N的ZT值达到0.33。
【关键词】：热电材料 玻尔兹曼方程和弛豫时间近似 合金 InGaN 散射
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.43
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-20
• 1.1 热电材料的研究背景8-10
• 1.1.1 研究背景8-10
• 1.1.2 选题意义10
• 1.2 热电材料的研究现状10-18
• 1.2.1 传统热电材料10-12
• 1.2.2 新型热电材料12-14
• 1.2.3 氮化镓热电材料14-18
• 1.3 研究内容及论文安排18-20
• 第2章 热电效应及热电性能提高方法20-28
• 2.1 热电效应20-22
• 2.1.1 Seebeck效应20-21
• 2.1.2 Peltier效应21-22
• 2.1.3 Thomson效应22
• 2.1.4 Kelvin关系22
• 2.2 热电器件和热电性能的表征22-24
• 2.2.1 热电器件的工作原理22-24
• 2.2.2 热电参数的性能表征24
• 2.3 热电性能优化方法24-25
• 2.3.1 掺杂25
• 2.3.2 低维化25
• 2.3.3 梯度化25
• 2.4 本章小结25-28
• 第3章 GaN及其合金的电输运模型28-48
• 3.1 电子输运模型28-30
• 3.1.1 玻尔兹曼方程28
• 3.1.2 弛豫时间近似28-29
• 3.1.3 Kane模型29-30
• 3.2 载流子的散射30-43
• 3.2.1 电离杂质散射32-34
• 3.2.2 合金散射34-36
• 3.2.3 声学波形变势散射36-38
• 3.2.4 声学波压电散射38-40
• 3.2.5 极性光学波散射40-41
• 3.2.6 位错散射41-43
• 3.3 GaN及其合金的电子输运情况43-46
• 3.3.1 GaN的电子输运模型43-44
• 3.3.2 InGaN的电子输运情况44-46
• 3.4 本章小结46-48
• 第4章 GaN及其合金的热输运模型48-62
• 4.1 声子及其输运模型48-52
• 4.1.1 声子48-50
• 4.1.2 Callaway模型50-52
• 4.2 声子散射52-58
• 4.2.1 声子-声子散射52-55
• 4.2.2 点缺陷散射55-56
• 4.2.3 位错散射56-58
• 4.2.4 边界散射58
• 4.3 虚拟晶格模型58-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第5章 GaN及其合金的热电特性62-72
• 5.1 半导体材料热电特性的仿真模型62-63
• 5.2 GaN的热电特性63-65
• 5.2.1 载流子浓度对GaN热电特性的影响63-64
• 5.2.2 温度对GaN热电特性的影响64-65
• 5.3 InGaN合金的热电特性65-71
• 5.3.1 载流子浓度对InGaN合金热电特性的影响65-68
• 5.3.2 温度对InGaN合金热电特性的影响68-71
• 5.4 本章小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-79
• 致谢79

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 孙世杰;;H銉gan釨s AB中国有限公司扩大在中国的投资[J];粉末冶金工业;2006年02期

2 张佳丽;袁宁一;叶枫;丁建宁;;帽子层对势垒层掺杂的GaN基HEMT电学性能影响模拟[J];常州大学学报(自然科学版);2010年04期

3 殷立雄;王芬;杨茂举;黄艳;;Ga_2O_3氮化法合成GaN粉体的研究[J];硅酸盐通报;2006年04期

4 翟化松;王坤鹏;余春燕;翟光美;董海亮;许并社;;N_2流量对GaN的形貌及光学和电学性能的影响[J];无机化学学报;2013年10期

5 王显明,杨利,王翠梅,薛成山;氨化合成一维GaN纳米线[J];稀有金属材料与工程;2004年06期

6 高尚鹏,张卫华,李家明,朱静;团簇取样法计算六方晶系GaN晶体中NK-edge电子能量损失谱近阈精细结构[J];中国科学(A辑);2001年10期

7 何国敏,王仁智,郑永梅;闪锌矿结构GaN、AlN和合金Ga_(1-x)Al_xN光学性质计算[J];厦门大学学报(自然科学版);1998年02期

8 吕京涛,曹俊诚;基于GaN的太拉赫兹负微分电阻振荡器[J];稀有金属;2004年03期

9 薛守斌;张兴;庄惠照;薛成山;;一维GaN纳米结构的制备、表征及其特性研究[J];德州学院学报;2008年04期

10 王显明,杨利,王翠梅,薛成山;氨化反应自组装GaN纳米线[J];稀有金属;2003年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 陈勇波;周建军;徐跃杭;国云川;徐锐敏;;GaN高电子迁移率晶体管高频噪声特性的研究[A];2011年全国微波毫米波会议论文集（下册）[C];2011年

2 金豫浙;曾祥华;胡益佩;;γ辐照对GaN基白光和蓝光LED的光学和电学特性影响[A];二00九全国核反应会暨生物物理与核物理交叉前沿研讨会论文摘要集[C];2009年

3 魏萌;王晓亮;潘旭;李建平;刘宏新;肖红领;王翠梅;李晋闽;王占国;;高温AlGaN缓冲层的厚度对Si(111)基GaN外延层的影响[A];第十一届全国MOCVD学术会议论文集[C];2010年

4 王文军;宋有庭;袁文霞;曹永革;吴星;陈小龙;;用Li_3N和Ga生长块状GaN单晶的生长机制[A];第七届北京青年科技论文评选获奖论文集[C];2003年

5 刘福浩;许金通;王玲;王荣阳;李向阳;;GaN基雪崩光电二极管及其研究进展[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年

6 王曦;孙佳胤;武爱民;陈静;王曦;;新型硅基GaN外延材料的热应力模拟[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集（10）[C];2007年

7 高飞;熊贵光;;GaN基量子限制结构共振三阶极化[A];第五届全国光学前沿问题研讨会论文摘要集[C];2001年

8 凌勇;周赫田;朱星;黄贵松;党小忠;张国义;;利用近场光谱研究GaN蓝光二极管的杂质发光[A];第五届全国STM学术会议论文集[C];1998年

9 王连红;梁建;马淑芳;万正国;许并社;;GaN纳米棒的合成与表征[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集（6）[C];2007年

10 陈宠芳;刘彩池;解新建;郝秋艳;;HVPE生长GaN的计算机模拟[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 银河证券 曹远刚;春兰股份 开发GaN 又一方大[N];中国证券报;2004年

2 ;松下电器采用SiC基板开发出新型GaN系高频晶体管[N];中国有色金属报;2003年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 赵景涛;GaN基电子器件势垒层应变与极化研究[D];山东大学;2015年

2 毛清华;高光效硅衬底GaN基大功率绿光LED研制[D];南昌大学;2015年

3 陈浩然;太赫兹波段GaN基共振隧穿器件的研究[D];西安电子科技大学;2015年

4 田媛;HVPE生长自支撑GaN单晶及其性质研究[D];山东大学;2016年

5 贾秀玲;用于饮用水中有害阴离子检测的GaN基HEMT传感器的研究[D];南京大学;2016年

6 龚欣;GaN异质结双极晶体管及相关基础研究[D];西安电子科技大学;2007年

7 徐波;GaN纳米管的理论研究及GaN紧束缚势模型的发展[D];中国科学技术大学;2007年

8 李亮;GaN基太赫兹器件的新结构及材料生长研究[D];西安电子科技大学;2014年

9 王虎;蓝宝石衬底上AlN薄膜和GaN、InGaN量子点的MOCVD生长研究[D];华中科技大学;2013年

10 高兴国;GaN基稀磁半导体薄膜的制备与性能研究[D];山东师范大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 徐新兵;基于GaN纳米线铁电场效应晶体管及相关电性能[D];华南理工大学;2015年

2 周金君;温度对GaN（0001）表面生长吸附小分子SrO、BaO和Ti0_2影响的理论研究[D];四川师范大学;2015年

3 艾明贵;星载GaN微波固态功率放大器的研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2015年

4 王玉堂;Virtual Source模型模拟分析GaN基电子器件特性研究[D];山东大学;2015年

5 井晓玉;垒结构对硅衬底GaN基绿光LED性能的影响[D];南昌大学;2015年

6 徐政伟;硅衬底GaN基LED光电性能及可靠性研究[D];南昌大学;2015年

7 肖新川;GaN微波宽带功率放大器的设计与实现[D];电子科技大学;2014年

8 郭洁;Ce掺杂GaN纳米结构的制备及物性研究[D];新疆大学;2015年

9 尹成功;毫米波GaN基HEMT小信号建模和参数提取[D];电子科技大学;2014年

10 冯嘉鹏;GaN基HEMT器件的性能研究与设计优化[D];河北工业大学;2015年

，

本文编号：536342