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含硫宽禁带Ga2Te3基热电半导体的声电输运特性

刘海云 刘湘涟 田定琪 杜正良 崔教林

含硫宽禁带Ga2Te3基热电半导体的声电输运特性

刘海云, 刘湘涟, 田定琪, 杜正良, 崔教林
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  • 目前对宽禁带半导体热电材料的研究开始升温, 原因是本征情况下宽禁带半导体往往具有低的热导率和高的Seebeck系数. Ga2Te3 是一类带有缺陷的宽禁带半导体, 其在临界温度680 10 K和757 10 K处会参与共析转变和包晶反应, 因此会产生反应热. 本次工作采用少量的S元素等电子替换Ga2Te3中的Te元素, 观察到在临界温度附近热焓的变化, 但没有相变发生. 受热焓变化的影响这类材料在临界温度附近出现了较活跃的声电输运行为, 具体表现为热容和Seebeck系数()明显增大及热扩散系数(热导率)和电导率下降. 例, 对于x=0.05的材料, 其值从596 K 时的376.3(VK-1)迅速增大到695 K时的608.2(VK-1), 然后又随温度升高到764 K时迅速降低到213.8(VK-1). 在596 K到812 K范围, Seebeck系数和电导率几乎随温度均呈Z字形变化. 这些输运行为的变化揭示了在Ga2Te3基半导体中声子和载流子的临界散射特点, 这种临界散射特征对以后的继续研究具有重要的参考价值.
      通信作者: 崔教林, cuijiaolin@163.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51171084)、浙江省自然科学基金(批准号: LY14E010003)和宁波市自然科学基金(批准号: 2014 A610016)资助的课题.
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    Guizzetti G, Meloni F 1982 Luglio-Agosto 1D 503

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    Finkman E, Tauc J, Kershaw R, Wold A 1975 Phys. Rev. B 11 3785

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    Kurosaki K, Matsumoto H, Charoenphakdee A, Yamanaka S, Ishimaru M, Hirotsu Y 2008 Appl. Phys. Lett. 93 012101

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    Fu H, Ying P Z, Cui J L, Yan Y M, Zhang X J 2011 Rare Metal Mater. Eng. 40 849 (in Chinese) [付红, 应鹏展, 崔教林, 颜艳明, 张晓军 2011 稀有金属材料与工程 40 849]

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    Liu H, Yuan X, Lu P, Shi X, Xu F, He Y, Tang Y, Bai S, Zhang W, Chen L, Lin Y, Shi L, Lin H, Gao X, Zhang X, Chi X, Uher, C 2013 Adv. Mater. 25 6607

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出版历程
  • 收稿日期:  2015-05-14
  • 修回日期:  2015-06-02
  • 刊出日期:  2015-10-05

含硫宽禁带Ga2Te3基热电半导体的声电输运特性

  • 1. 太原理工大学材料科学与工程学院, 太原 030024;
  • 2. 宁波工程学院材料学院, 宁波 315010
  • 通信作者: 崔教林, cuijiaolin@163.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51171084)、浙江省自然科学基金(批准号: LY14E010003)和宁波市自然科学基金(批准号: 2014 A610016)资助的课题.

摘要: 目前对宽禁带半导体热电材料的研究开始升温, 原因是本征情况下宽禁带半导体往往具有低的热导率和高的Seebeck系数. Ga2Te3 是一类带有缺陷的宽禁带半导体, 其在临界温度680 10 K和757 10 K处会参与共析转变和包晶反应, 因此会产生反应热. 本次工作采用少量的S元素等电子替换Ga2Te3中的Te元素, 观察到在临界温度附近热焓的变化, 但没有相变发生. 受热焓变化的影响这类材料在临界温度附近出现了较活跃的声电输运行为, 具体表现为热容和Seebeck系数()明显增大及热扩散系数(热导率)和电导率下降. 例, 对于x=0.05的材料, 其值从596 K 时的376.3(VK-1)迅速增大到695 K时的608.2(VK-1), 然后又随温度升高到764 K时迅速降低到213.8(VK-1). 在596 K到812 K范围, Seebeck系数和电导率几乎随温度均呈Z字形变化. 这些输运行为的变化揭示了在Ga2Te3基半导体中声子和载流子的临界散射特点, 这种临界散射特征对以后的继续研究具有重要的参考价值.

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