Al掺杂Ⅷ型Sn基单晶笼合物载流子调制对其热电传输特性的影响

本文采用Sn自熔剂法,通过调节Ga的起始含量（Ba∶Ga∶Al∶Sn=8∶x∶6：50;x=10,20,30）实现对载流子进行调制,制备出具有p型和n型传导的Ⅷ型Sn基单晶笼合物,并对其结构和热电特性进行研究。研究结果表明,随着Ga起始含量的增加,Al在化合物中的固溶度减小,材料的晶格常数也随之减小;x=10的样品Seebeck系数全部为负值,x=30的样品Seebeck系数全部为正值,而x=20的样品在450 K后由于本征激发Seebeck系数显著降低,在550 K附近由p型传导转变为n型传导;室温下具有p型传导的化合物具有较高的载流子浓度,但其迁移率显著降低,从而导致其相应的化合物具有较高的电阻率,因此通过对Ga起始含量的改变能够对化合物的载流子实现有效调控;此外,在300~600 K内均具有p型传导的样品室温下的载流子有效质量较n型样品的高;通过估算的热导率κ、实测电阻率和Seebeck系数,计算出x=30的p型单晶样品在457 K处获得最大ZT值0.86。

能带优化和载流子调控改善SnTe的热电性能

作为ⅣA族碲化物,SnTe具有与PbTe相同的晶体结构和相似的双价带结构,是一种非常有前途的热电材料,但高温软化和低温热电性能差等问题阻碍了其进一步推广应用。因此,提升SnTe的平均热电优值,拓宽服役区间,有重要的研究意义。能带工程和晶格工程可同时优化功率因子和晶格热导率,提升SnTe的热电性能。本研究采用MgSe合金化策略,通过熔炼和放电等离子烧结(SPS)的方法制备了一系列Sn1-yPbyTe-x%MgSe(0.01≤y≤0.05,0≤x≤6)样品。研究发现,合金化MgSe可增大能带带隙,有效抑制本征SnTe在高温段的双极扩散,使高温Seebeck系数得到提升,同时声子散射降低了体系晶格热导率,使高温热电性能(873 K)提升了100%;掺杂Pb元素可有效调制载流子浓度抑制电子热导率,从而提升SnTe平均热电性能。其中,Sn0.96Pb0.04Te-4%MgSe样品在873 K的ZT为1.5,423~873 K的平均ZT达到0.8,得到了比文献更优异的结果。

调制自由载流子吸收测量半导体载流子输运参数的三维理论

推导出用于测量半导体载流子输运特性(载流子寿命、载流子扩散系数和前表面复合速度)的调制自由载流子吸收(modulatedfree carrier absorption,MFCA)检测技术的三维理论模型,给出了调制自由载流子吸收检测信号与调制频率和抽运-探测光相对距离的关系.定性分析了在不同调制频率时各个载流子输运参数对径向位置扫描曲线(信号与两束光相对距离的关系)的影响,结果表明调制自由载流子吸收检测信号对各个参数的灵敏度随抽运-探测光相对距离的增加而增加.仿真和实验结果表明,通过拟合不同调制频率时调制自由载流子吸收信号的径向位置扫描曲线能精确确定半导体材料的载流子输运特性.

硅太阳能电池的调制载流子红外辐射动态响应与参数分析

建立了调制激光诱发硅太阳能电池的少数载流子密度波数学模型,并利用光致载流子辐射检测掺杂浓度、阻抗及载流子输运参数.对频域响应曲线中的双弯曲效应进行了研究,构建了小交流信号作用的太阳能电池等效电路拓扑结构,仿真分析了不同掺杂浓度、阻抗电阻和载流子传输参数对频响曲线拐点的影响.通过光致载流子辐射频域扫描实验与多参数拟合检测了单晶硅太阳电池的施/受主浓度、并联电阻和载流子输运参数.结果表明:光致载流子辐射技术检测大面积太阳能电池频响曲线的双弯曲是由电容效应所引起的,建立的数学模型可定量描述和预测检测结果,并用于测量太阳能电池的掺杂浓度、电阻和载流子输运参数.

调制激光致硅晶圆载流子辐射扫描成像试验研究

建立了调制激光诱发硅晶圆少数载流子密度波一维模型,仿真分析了少数载流子输运参数对调制激光诱发载流子辐射信号频域响应的影响.利用调制激光诱发载流子辐射扫描成像系统对含有表面划痕的硅晶圆进行了扫描成像试验研究.通过少数载流子密度波模型与多参数拟合方法反求得到了扫描区域的输运参数二维分布图.该方法得到的少数载流子寿命与利用传统光电导方法测量的少数载流子寿命结果相符;分析了划痕对载流子输运参数造成的影响,与光电导方法比较,该方法可以测量不同位置的全部载流子输运参数且分辨率高.

半导体特性的调制自由载流子吸收变距频率扫描方法研究

根据调制自由载流子吸收(modulatedfree carrier absorption,MFCA)检测技术的三维理论模型,采用变间距频率扫描方式测量单晶硅样品的电子输运参数,进行了仿真与实验,对结果进行了分析;通过多参数拟合,获取了测试样品的载流子扩散系数、少数载流子寿命和前表面复合速度.仿真与实验都表明,变间距频率扫描结合多参数拟合,可以提高输运参数的测量精度.