p-型cu-ga-te基缺陷化合物结构及热电性能研究

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1、万方数据声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教!J币的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：砂f嗽∥．厂关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术

2、交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：名绉袭日期：z!!芏!乏：』靳签名：盎盘缸嗍翅竺：』：上万方数据太原理工大学硕士学位论文P一型Cu—Ga—Te基缺陷化合物结构及热电性能研究摘要CuGa3Te5和Cu2Ga4Te7都是具有缺陷的闪锌矿结构直接带隙半导体材料，带隙宽度分别为乓=1．0eV(CuGa3Tes)禾l：i臣=0．87eV(Cu2Ga4Te7)。该结构材料最大的特点是其内部存在有阴阳离子缺陷对(Ga+2cu+2V一1cu)，金属Ga原子占据在Cu原子晶格位置的反结

3、构缺陷表示为Ga+2cu，Cu原子空位用V～Cu表示。这类缺陷对调控能带结构及热电性能具有巨大的潜力和空间，因此，我们考虑通过不同的元素替换来优化三元Cu—Ga—Te基半导体材料的热电性能，通过粉末冶金法、SPS烧结方法制备样品。主要研究结果总结如下：1、制备CuGa3Te5三元合金，其直接带隙宽度约为1．0eV。在717K时，CuGa3Te5达到最高ZT值O．3。2、通过在CuGa3Te5中用Sb原子非等电子替换Cu原子后，制备了Cul吖Ga3Sb。Te5(z=O，0．02，0．1，0．2)，并研究其热电性能。替换后得到的固溶体具有相对较低的热导率

4、。在701K时，Cuo-98Ga3Sbo．02Te5的Z丁值达到最大值O．42，比本征状态下提高近40％。3、采用Sb非等电子替换Cu2Ga4Te7三元合金中Cu原子，设计制备了Cu2《Ga4SbxTe7(x=O，O．05，O．1，0．2)化合物。在719K时，Cul．95Ga4Sbo．05Te7的Z丁值达到最大值O．41，比本征状态下提高近14％。4、在Cu2Ga4Te7半导体材料中用Zn原子分别替换Cu原子和Ga原子后，常0备了Cu2吖Ga4ZnxTe7(戈=O，O．05，O．1，O．2)矛口Cu2GaL4唷ZmT’e7(x=0，O．05，0．1

5、，O．2)系列材料，并研究了其热电性能。研究发现，当Zn元素分万方数据太原理工大学硕士学位论文别替换材料中Cu和Ga后，费米能级厨附近的态密度(DOS)和有效质量增大，因此同温度下材料的Seebeck系数随着Zn含量的增加而变大。材料的禁带宽度展宽化，电导率随着Zn含量的增加而变小。同时，元素替换后由于空位浓度降低导致声子散射减弱，材料的晶格热导率鲍升高。在770K时，Zn元素同时替换Cu或Ga后的材料得到最大z丁值O．47，比本征情况下提高近22％。关键词：CuGa3Te5；Cu2GaL4Te7；放电等离子烧结(SPS)；闪锌矿结构；热电性能；带隙

6、宽度；非等电子替换；U万方数据太原理工大学硕士学位论文STRUCTURESANDTHEI洲0ELECTRICPROPERTIESOFP—TYPECU—GA—TEBASEDDEFECTCOMPOUNDSABSTRACTCuGa3Te5andCu2Ga4Te7areallthetypicalsemiconductorswithsphaleritestructure，andtheirbandgapareEg=1．0eV(CuGa3Te5)andE920．87eV(Cu2GanTe7)respectively．ThereisaninherentCoulomb

7、attractionbetweenchargedGa"Cuand2V～Cuinthesesemiconductors(anativedefectpair，i⋯emetalGa—on—CuantisitesandtwoCuvacancies)．Thisdefectpairiscriticaltothemodulationofthebandstructureandthermoelectricperformance．Inthiswork，wepreparedthesematerialsusingpowdermetallurgyandsparkplasmas

8、intering(SPS)technology，investigatedthestructuresandth