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金属有机物化学气相沉积生长GaN薄膜的室温热电特性研究

王保柱 张秀清 张奥迪 周晓然 Bahadir Kucukgok Na Lu 肖红领 王晓亮 Ian T. Ferguson

金属有机物化学气相沉积生长GaN薄膜的室温热电特性研究

王保柱, 张秀清, 张奥迪, 周晓然, Bahadir Kucukgok, Na Lu, 肖红领, 王晓亮, Ian T. Ferguson
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  • 采用金属有机物化学气相沉积技术生长了不同掺杂浓度的GaN薄膜, 并且通过霍尔效应测试和塞贝克效应测试, 表征了室温下GaN薄膜的载流子浓度、迁移率和塞贝克系数. 在实验测试的基础上, 计算了GaN薄膜的热电功率因子, 并且结合理论热导率确定了室温条件下GaN薄膜的热电优值(ZT). 研究结果表明: GaN薄膜的迁移率随着载流子浓度的增加而减小, 电导率随着载流子浓度的增加而增加; GaN 薄膜材料的塞贝克系数随载流子浓度的增加而降低, 其数量级在100–500 μV/K范围内; GaN薄膜材料在载流子浓度为1.60×1018 cm-3时, 热电功率因子出现极大值4.72×10-4 W/mK2; 由于Si杂质浓度的增加, 增强了GaN薄膜中的声子散射, 使得GaN薄膜的热导率随着载流子浓度的增加而降低. GaN薄膜的载流子浓度为1.60×1018 cm-3时, 室温ZT达到极大值0.0025.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61076052)和河北省自然科学基金(批准号: F2013208171)资助的课题.
    [1]

    Pei Y, Shi X Y, LaLonde A, Wang H, Chen L, Snyder G J 2011 Nature 473 66

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    Lu N, Ferguson I 2013 Semi. Sci. Technol. 28 074023

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    Liu Z H, Zhang L L, Li Q F, Zhang R, Xiu X Q, Xie Z L, Shan Y 2014 Acta Phys. Sin. 63 207304 (in Chinese) [刘战辉, 张李骊, 李庆芳, 张荣, 修向前, 谢自力, 单云 2014 物理学报 63 207304]

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    Sztein A, Ohta H, Sonoda J, Ramu A, Bowers J E, DenBaars S P, Nakamura S 2009 Appl. Phys. Express 2 111003

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    Sztein A, Haberstroh J, Bowers J E, DenBaars S P, Nakamura S 2013 J. Appl. Phys. 113 183707

    [13]

    Hurwitz E, Asghar M, Melton A, Kucukgok B, Su L, Orocz M, Jamil M, Lu N, Ferguson I 2011 J. Electron. Mater. 40 513

    [14]

    Zhang J, Kutlu S, Liu G Y, Tansu S 2011 J. Appl. Phys. 110 043710

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    Sztein A, Ohta H, Bowers J E, DenBaars S P, Nakamura S 2011 J. Appl. Phys. 110 123709

    [16]

    You J H, Lu J Q, Johnson H T 2006 J. Appl. Phys. 99 033706

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    Brandt M S, Herbst P, Angerer A, Ambacher O, Stutzmann M 1998 Phys. Rev. B 58 7786

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    Zou J, Kotchetkov D, Balandin A A, Florescu D I, Pollak F H 2002 J. Appl. Phys. 92 2534

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-10-17
  • 修回日期:  2014-10-31
  • 刊出日期:  2015-02-05

金属有机物化学气相沉积生长GaN薄膜的室温热电特性研究

  • 1. 河北科技大学信息科学与工程学院, 石家庄 050018;
  • 2. 北卡罗来纳大学夏洛特分校电子与计算机工程系, 夏洛特 28223;
  • 3. 北卡罗来纳大学夏洛特分校工程技术系, 夏洛特 28223;
  • 4. 中国科学院半导体研究所, 北京 100083
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61076052)和河北省自然科学基金(批准号: F2013208171)资助的课题.

摘要: 采用金属有机物化学气相沉积技术生长了不同掺杂浓度的GaN薄膜, 并且通过霍尔效应测试和塞贝克效应测试, 表征了室温下GaN薄膜的载流子浓度、迁移率和塞贝克系数. 在实验测试的基础上, 计算了GaN薄膜的热电功率因子, 并且结合理论热导率确定了室温条件下GaN薄膜的热电优值(ZT). 研究结果表明: GaN薄膜的迁移率随着载流子浓度的增加而减小, 电导率随着载流子浓度的增加而增加; GaN 薄膜材料的塞贝克系数随载流子浓度的增加而降低, 其数量级在100–500 μV/K范围内; GaN薄膜材料在载流子浓度为1.60×1018 cm-3时, 热电功率因子出现极大值4.72×10-4 W/mK2; 由于Si杂质浓度的增加, 增强了GaN薄膜中的声子散射, 使得GaN薄膜的热导率随着载流子浓度的增加而降低. GaN薄膜的载流子浓度为1.60×1018 cm-3时, 室温ZT达到极大值0.0025.

English Abstract

参考文献 (18)

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