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含硫宽禁带Ga2Te3基热电半导体的声电输运特性
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:物理学报
  • 时间:2015.10.5
  • 页码:197201-
  • 分类:TN304.23[电子电信—物理电子学]
  • 作者机构:[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
  • 相关基金: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:2014A610016)资助的课题.
  • 相关项目:若干宽带隙A2IIIB3VI基半导体的能带结构、微结构与热电特性
中文摘要:

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(α)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α值从596 K时的376.3(μV·K-1)迅速增大到695 K时的608.2(μV·K-1),然后又随温度升高到764 K时迅速降低到213.8(μV·K-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Ga2 Te3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。

英文摘要:

Wide gap semiconductors as the thermoelectric (TE) candidates have been increasingly interested because of their inherent high Seebeck coefficients and low thermal conductivities. Ga2Te3 is one of the typical defect compounds (Eg = 1.65 eV) among the A2IIIB3VI type semiconductors, in which there are periodically self-assembled 2D vacancy planes that wrap the nanostructured domains. The vacancy planes scatter phonons highly effectively and are responsible for reducing the lattice thermal conductivity. Hence Ga2Te3 might be a good TE candidate. In the phase diagram of Ga-Te, Ga2Te3 is involved in the eutectoid and peritectic reactions at the critical temperatures (CTs) of (680 ± 10) K and (757 ± 10) K respectively. These reactions would lead to the generation of enthalpies of reactions, and induce the alteration of some thermo-physical properties. In the present work, we have not observed the phase transformations at CTs in the Ga2Te3-based materials with sulfur isoelectronic substitution for Te, which are prepared by powder metallurgy with the spark plasma sintering (SPS) technique, but can observe the generation of assumed enthalpies of reactions near CTs, which directly gives rise to the critical acoustic charge transport behaviors. The critical behaviors involve the remarkable increase of heat capacities and Seebeck coefficients and, at the same time, reductions of thermal diffusivities (thermal conductivities) and electrical conductivities. For example, the Seebeck coefficient (α) at x = 0.05 increases rapidly from 376.3 (μV·K-1) to 608.2 (μV·K-1) when the temperature rises from 596 to 695 K, and then decreases to 213.8 (μV·K-1) at 764 K. Similarly, all the S-doped samples, which have lowest electrical conductivities (σ) of 2.12 × 102 (x = 0.05), 0.25 × 102 (x=0.1), 0.12 × 102 -1·m-1 (x=0.2) and 0.14 × 102 -1·m-1 (x=0.3) at 696—725 K, undergo dramatic changes when the temperature rises to about 750 K, and then the electrical cond

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876