gan基半导体材料热电性质的第一性原理计算与研究

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1、中图分类号；ＴＮ３７７龍；公开觀６２０８犠码；１００８２．＿＿纖．＇＇萨ｈ支■＾皆、净ＨＥＢＥＩＵＮＩＶ巨ＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣ巨ＡＮＤ下巨ＣＨＭＯＬＯＧＹ硕±学位论文ＧａＮ基半导体材料热电性质的第一性原理计算与研究论文作者：周晓然指导教师：王保柱副教授融指导教师：申请学位类别：工学硕±学科、领域：电路与系统’所在单位：信息科学与工程学院答辩日期；２０１６年５月ｊClassified

2、Index：TN377SecrecyRate：PublicizedUDC：621.38UniversityCode：10082HebeiUniversityofScienceandTechnologyDissertationfortheMasterDegreeFirst-principleCalculationandStudyoftheThermoelectricPropertiesofGaN-basedSemiconductorMaterialsCandidate：ZhouXiaoranSup

3、ervisor:AssociateProf.WangBaozhuAssociateSupervisor：AcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：CircuitsandSystemsEmployer：SchoolofInformationScienceandEngineeringDateofOralExamination:May,2016河北科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立

4、进行研巧工作所取得的成果，。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中明确方式标明。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：、％娘變指导教师签名；利沁年ｙ月２《日年＾月么日７河北科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留。并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本

5、人授权河北科技大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检、索，可Ｗ采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。□保密，在年解密后适用本授权书。＿＿本学位论文属于＇＾木保密。＂＂（请在上方植内打Ｖ）学位论文作者签名：：＾指导教师签名Ｔｏｉ年ｒ月）曰年＾月；曰ｆ《Ｉ摘要摘要热电材料是新型能源材料，它是能将热能和电能相互转换的功能材料。其中GaN基半导体材料由于禁带宽度大、热导率高、塞贝克系数大和耐高温等特性，使得其在热电领域的应用也很广泛。热电

6、材料的热电特性由无量纲物理量热电优值ZT来表述，好的热电材料要求有大的功率因子S2σ和小的热导率κ。论文采用第一性原理计算方法，结合基本近似原理及密度泛函理论，对GaN材料的电子特性进行了计算。采用基于半经典玻尔兹曼输运方程的模拟计算方法对GaN的N型及P型半导体的热电性质进行了计算，得到了塞贝克系数曲线、电导率曲线、功率因子曲线及热电优值曲线。计算结果表明，N型和P型半导体的塞贝克系数都随着载流子浓度的提高而降低，且在载流子浓度一定时，温度越高，塞贝克系数越大；N型和P型半导体的电导率随着载流

7、子浓度的提高而增加，且在载流子浓度一定时，温度越高，电导率越小；N型和P型半导体的功率因子都随载流子浓度的增加呈现先增后减的趋势；N型半导体功率因子在温度为300K，载流子浓度为1017cm-3时，功率因子取得最大值–1750μW/mK2；P型半导体功率因子在温度为1200K，载流子浓度为1020cm-3时，功率因子取得最大值–3500μW/mK2；热导率随着掺杂变化改变较小，在研究中取做定值κ=5.85×104/T；N型和P型半导体的热电优值，都随着载流子浓度的增加呈现先增后减的趋势。N型半导

8、体热电优值在温度为1200K时，载流子浓度为1018cm-3时，热电优值ZT的峰值为0.0039；P型半导体热电优值在温度为1200K时，载流子浓度为1020cm-3时，热电优值达到最大，为0.0085；由此可知，GaN的P型掺杂半导体较N型掺杂半导体而言，具有更好的热电特性。关键词第一性原理；玻尔兹曼输运方程；热电材料；氮化镓IAbstractAbstractThermoelectricmaterialsarenewfunctionalmaterialswhichcandirectlyconv