p-型cu3ga5te9基半导体材料的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，是本人在指导教师的指导下，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：至盘酸．日期：塑[垡：里≤：!』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

2、可以学术交流为目的，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：墨k终日期：21生：里垒：!：导师签名：日期：万方数据P[2型Cu3Ga5Te9基半导体材料的结构及热电性能研究摘要Cu3Ga5Te9是典型的I．III．Ⅵ2系列黄铜矿结构直接带隙半导体材料。材料内部的阴阳离子缺陷对(GaCu+2+2Vcu．1)，其中Gacu+2表示金属Ga原子占据在Cu原子晶格位置的反结构缺陷，2Vcu"1表示2个Cu原子空位)虽然浓度可以很高，但在Coulomb引力作用下该阴阳离子会产生湮灭，因此本征情况下黄

3、铜矿结构半导体的载流子浓度和电导率往往不高。但是，Cu3GasTe9半导体却具有相对理想的载流子浓度n(-1025m-3)，因此具有提升热电性能的巨大潜力。本课题通过设计不同元素替换，研究三元Cu3Ga5Te9基半导体材料的成分、结构及与热电性能之问的关联。主要研究结果总结如下：1、采用Sb元素同时非等电子替换Cu和Te元素，设计制成Cu3哨GasSbxTe9吖妒O，0．1，0．2，0．25)四元化合物。元素替换后观察到材料Seebeck系数和电导率提升的现象。这些电学性能的改善与载流子浓度和有效质量的增大及迁移率基本维持不变有关。载流子浓度的提高是由

4、于Sb原子占位在Te晶格位置后费米能级进入到价带所产生的空穴掺杂效应所致，同时也与Cu含量减少后铜空位(v口1Cu)浓度增大相关联。另外，非等电子替换后，阴离子(Te2口)移位导致了晶格结构缺陷参数”和叩的改变，其改变量△“和△叩与材料晶格热导率(甩)的变化密切相关。在804K时，Cu3GasTe9获得最高刀值为0．48。766K时，x=0．2合金的ZT值达到值0．6，比Cu3GasTe9的ZT值高25％。2、在Cu3GasTe9三元合金中采用Mn替换Cu，设计制各万方数据Cu3啊GasMnxTe9(萨0．05，0．1，0．2)化合物，替换后材料的Se

5、ebeck系数变化不大，电导率有较大提升，热导率大幅度下降。在721K时x=0．1样品的最高刀值为0．79，相比同温度下本征Cu3GasTe9材料zr值(0．48)提高了65％。采用Mn替换Ga，四元化合物Cu3Ga5吖MmTe9(x=0．05，0．1，0．2)的Seebeck系数基本不变，电导率提高约44％，热导率下降。在804K时，x=0．2合金的刀值达到最大值0．72。在Cu3GasTe9中采用Mn同时替换Cu和Ga后，Mn元素的加入改变了三元Cu3Ga5Te9中的CuDTe或GaDTe的键能，证实了Mn元素已经固溶在化合物中。替换后的材料最高Z

6、T值为O．59(737K)。关键词：Cu3GasTe9，黄铜矿结构，热电性能，非等电子元素替换，阴阳离子缺陷对，能带结构万方数据STRUCTURESANDTHERMOELECTRICPROPERTIES0FP口TYPECu3GasTe9SEMICONDUCTORSABSTRACTCu3GasTe9isoneofthetypicalI-III—V12seriessemiconductor、Ⅳithchalcopyrites臼mctlJre．InthesesemiconductorsthereisaninherentCoulombattractionbet

7、weenchargedGacu2+and2Vcu-(anativedefectpair,i．e．，metalGa—on_CuantisitesandtwoCuvacancies)whichhasaprofoundeffectontheelectronicandstructuralproperties．AlthoughtheconcentrationofthedonororacceptordefectCanbehi．gh，theyareeasilyannihilatedundertheinherentCoulombattraction．However,C

8、u3GasTe9semiconductorhasarelativelyidealcarrier