摻雜Ga2Te3基半導體材料的結構與熱電性能研究.pdf

1、Ga2Te3是一類A2ⅢB3Ⅵ型寬禁帶半導體材料，具有帶缺陷（空位）的閃鋅礦晶體結構，空間群為F-43m，禁帶寬度為1.65eV。由于內部具有周期性的超晶格空位面，載流子及聲子的輸運阻力大，因此本征材料電導率及熱導率均很低。本課題主要通過對Ga2Te3基半導體材料進行熱處理和不同元素或化合物摻雜，研究材料成分，結構與熱電性能之間的關系。主要研究結果總結如下:
　　1.根據(jù)前期研究積累，通過對退火后材料的形成能計算和結構精修，證實摻

2、雜Cu原子占據(jù)在Ga的晶格位置，擾亂了Ga空位的周期排布;其中，退火30天后的樣品形成了雨滴狀納米條空位面，增強了對聲子的散射能力，有效降低了晶格熱導率，顯著提高了材料的熱電性能;在734K時，退火30天樣品的ZT值達到最高值0.41，是同等溫度下本征材料的2.5倍。同時還觀察到，隨著退火時間由30天延長到95天，不連續(xù)的空位面發(fā)生重組，削弱了對聲子的散射能力，晶格熱導率增大，限制了熱電性能的進一步提升。
　　2.分別設計并制備了

3、 Ga2-xCd1.5xTe3(x=0.025，0.05，0.1，0.2)，Ga2-xCdxTe3(x=0.05,0.1,0.15,0.2),Cd(3-3m)Ga2mTe3(m=0.98,0.96,0.92,0.75)三種含Cd固溶體，并研究其熱電性能。實驗結果得出:只有當Ga2Te3與CdTe形成贗兩元合金后，即Cd(3-3m)Ga2mTe3(其中，m=0.98，0.96，0.92，0.75)，熱電性能才能得到明顯的提高。其中m=0.

4、98時材料的電導率最高，ZT值達到最高值0.55(682K)，是本征Ga2Te3最大ZT值的3.4倍。
　　3.設計制備了Mn摻雜MnxGa2Te3(x=0.005，0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，0.3)化合物。與本征材料相比，材料的Seebeck系數(shù)降低，電導率提高，熱導率變化不明顯。在640K時，Mn0.005Ga2Te3的ZT值達到最大值0.16。
　　4.采用S替換Ga2Te3合金中Te的位置，設計制