Термоэлектрические явления в твердых растворах Si-Ge и (Bi,Sb)2(Te,Se)3 при высоком давлении : диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук : 01.04.10

📅 2021 год
Коробейников, И. В.
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Актуальность темы исследования. В условиях высоких давлений в кристаллических материалах, как правило, происходят существенные изменения в кристаллической и электронной структурах, а также в дефектно- примесной структуре, что приводит к значительным изменениям в электронных, оптических, магнитных, и др. свойствах вещества. Управление электронными, оптическими, магнитными и другими характеристиками материалов с помощью приложенного внешнего давления представляется эффективной стратегией, которая может привести к созданию полезных устройств для практических приложений.
Кремний, германий и их твердые растворы (Si-Ge) являются классическими полупроводниками и играют важную роль, как модельные системы для целого ряда фундаментальных и прикладных дисциплин, таких как физика полупроводников, прикладная физика, а также широко применяются в промышленности. Например, сплавы кремния и германия эффективно используются в таких сферах, как биполярные технологии [1], фотонные устройства [2], литий-ионные батареи [3], преобразователи энергии [4, 5], включающие, как солнечные батареи, так и термоэлектрические модули. Таким образом, исследования этих материалов очень актуальны.
На сегодняшний день, большое внимание уделяется поиску методов повышения рабочих характеристик термоэлектрических элементов для их более широкого и эффективного применения. Многие экспериментальные и теоретические работы указывают на потенциал высоких давлений и механических стрессов для улучшения рабочих параметров термоэлектриков. Твердые растворы на основе теллурида висмута являются одними из наиболее перспективных среди материалов для высокопроизводительных термоэлементов работающих в области температур 100−500 K. Ранее, было обнаружено, что термоэлектрические свойства p-Bi2Te3 действительно улучшаются под действием приложенного высокого давления [6, 7]. Кроме того, в Bi2Te3 под давлением был обнаружен двумерный электронный топологический переход [8]. Многокомпонентные материалы на основе теллурида висмута, например, сплавы (Bi,Sb)2(Te,Se,S)3 представляют наибольший практический интерес, так как химическое замещение заметно повышает их термоэлектрическую эффективность в условиях нормального давления.
3
Цель диссертационного исследования состояла в том, чтобы выяснить особенности влияния высокого давления (до 20 ГПа) на термоэлектрические и электронные свойства полупроводниковых материалов: кремния и германия, их твердых растворов, а также бинарных полупроводников V-VI группы и их твердых растворов.
В связи с этим, предстояло решить следующие задачи:
 Установить величину и знак термоЭДС кремния и германия в
металлических фазах высокого давления и метастабильных фазах.
 Определить условия изменения величины и знака термоЭДС в твердых растворах Si1-xGex (0.014≤x≤0.026) под действием давления в области
стабильности исходной фазы с алмазоподобной структурой.
 Определить характер влияния содержания кремния в твердых растворах Si1-xGex (0.87≤x≤1) на знак и величину термоЭДС в метастабильной тетрагональной фазе, полученной при декомпрессии твердых растворов
после приложения высокого давления выше 13 ГПа.
 Провести анализ барического поведения термоЭДС,
электросопротивления и термоэлектрического фактора мощности твердых многокомпонентных растворов n-Bi2Te3−x−ySexSy (x = 0.27, 0.3, y = 0 и x = y = 0.09) и p-BixSb2-xTe3 (x=0.4, 0.5, 0.6, 2). Изучить возможность улучшения термоэлектрических параметров в этих соединениях путем приложения квазигидростатического давления.
 Разработать модель термоэлектрического модуля, позволяющего использовать эффекты высокого давления для повышения термоэлектрических параметров.
 Установить последовательность структурных фазовых переходов в твердом растворе Bi0.5Sb1.5Te3 в области давлений до 25 ГПа и исследовать поведение структурных параметров Bi2Te3 и Bi0.5Sb1.5Te3 под давлением в орторомбической фазе.
Научная новизна диссертационной работы:
 Получены данные о величине, знаке и зависимости от давления термоЭДС
в полупроводниковых и металлических фазах высокого давления в образцах кремния и германия с различной исходной дефектно-примесной структурой при комнатной температуре. Показано, что величина и знак термоЭДС кремния и германия в металлических фазах высокого давления являются собственными характеристиками этих материалов, определяя их как системы p-типа.
4

 Обнаружен эффект изменения знака термоЭДС в твердых растворах Si1- xGex (0.014

1. Wood T. All-Dielectric Color Filters Using SiGe-Based Mie Resonator Arrays /
Wood T., Naffouti M., Berthelot J., David T., Claude J.-B., Métayer L., Delobbe
A., Favre L., Ronda A., Berbezier I., Bonod N., Abbarchi M. // ACS Photonics –
2017. – Т. 4 – № 4 – С.873–883.
2. Zhigunov D.M.M. Femtosecond Laser Printing of Single Ge and SiGe
Nanoparticles with Electric and Magnetic Optical Resonances / Zhigunov D.M.M.,
Evlyukhin A.B.B., Shalin A.S.S., Zywietz U., Chichkov B.N.N. // ACS Photonics
– 2018. – Т. 5 – № 3 – С.977–983.
3. Yang Y. Morphology- and Porosity-Tunable Synthesis of 3D Nanoporous SiGe
Alloy as a High-Performance Lithium-Ion Battery Anode / Yang Y., Liu S., Bian
X., Feng J., An Y., Yuan C. // ACS Nano – 2018. – Т. 12 – № 3 – С.2900–2908.
4. Delime-Codrin K. Large figure of merit ZT = 1.88 at 873 K achieved with
nanostructured Si0.55Ge0.35(P0.10Fe0.01) / Delime-Codrin K., Omprakash M.,
Ghodke S., Sobota R., Adachi M., Kiyama M., Matsuura T., Yamamoto Y.,
Matsunami M., Takeuchi T. // Applied Physics Express – 2019. – Т. 12 – № 4.
5. Ahmad S. Optimization of Thermoelectric Properties of Mechanically Alloyed
p-Type SiGe by Mathematical Modelling / Ahmad S., Singh A., Basu R., Vitta S.,
Muthe K.P.P., Gadkari S.C.C., Gupta S.K.K. // Journal of Electronic Materials –
2019. – Т. 48 – № 1 – С.649–655.
6. Guo X. Double effects of high pressure and Sb doping content on thermoelectric
properties of Bi2Te3-based alloys / Guo X., Jia X., Su T., Jie K., Sun H., Ma H. //
Chemical Physics Letters – 2012. – Т. 550 – С.170–174.
7. Ovsyannikov S. V High-Pressure Routes in the Thermoelectricity or How One
Can Improve a Performance of Thermoelectrics / Ovsyannikov S. V, Shchennikov
V. V // Chemistry of Materials – 2010. – Т. 22 – № 3 – С.635–647.
8. Polian A. Two-dimensional pressure-induced electronic topological transition in
Bi2Te3 / Polian A., Gauthier M., Souza S.M., Triches D.M., Lima J.C. de, Grandi
T.A. // Physical Review B – 2011. – Т. 83 – № 11.
9. Mujica A. High-pressure phases of group-IV, III-V, and II-VI compounds /
Mujica A., Rubio A., Muñoz A., Needs R.J. // Reviews of Modern Physics – 2003.
– Т. 75 – № 3 – С.863–912.
10. McMahon M.I. New high-pressure phase of Si / McMahon M.I., Nelmes R.J.
// Physical Review B – 1993. – Т. 47 – № 13 – С.8337.
11. Crain J. Reversible pressure-induced structural transitions between metastable
phases of silicon / Crain J., Ackland G.J., Maclean J.R., Piltz R.O., Hatton P.D.,
Pawley G.S. // Physical Review B – 1994. – Т. 50 – № 17 – С.13043.
12. Principi E. Polyamorphic transition of germanium under pressure / Principi E.,
Cicco A. Di, Decremps F., Polian A., Panfilis S. De, Filipponi A. // Physical
Review B – Condensed Matter and Materials Physics – 2004. – Т. 69 – № 20 –
С.201201.
Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:
Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых зарубежных и
российских научных журналах, определенных Перечнем ВАК и
Аттестационным советом УрФУ и индексируемых в базах цитирования
WOS и Scopus:

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Анна Н. Государственный университет управления 2021, Экономика и ...
    0 (13 отзывов)
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уни... Читать все
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уникальности с нуля. Все работы оформляю в соответствии с ГОСТ.
    #Кандидатские #Магистерские
    0 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ
    Дмитрий М. БГАТУ 2001, электрификации, выпускник
    4.8 (17 отзывов)
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал стать... Читать все
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал статьи, патенты, кандидатскую диссертацию, преподавал. Занимаюсь этим с 2003.
    #Кандидатские #Магистерские
    19 Выполненных работ
    Андрей С. Тверской государственный университет 2011, математический...
    4.7 (82 отзыва)
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на... Читать все
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на продолжение диссертационной работы... Всегда готов помочь! ;)
    #Кандидатские #Магистерские
    164 Выполненных работы
    Мария М. УГНТУ 2017, ТФ, преподаватель
    5 (14 отзывов)
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ... Читать все
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ. Большой опыт в написании курсовых, дипломов, диссертаций.
    #Кандидатские #Магистерские
    27 Выполненных работ
    Мария А. кандидат наук
    4.7 (18 отзывов)
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет... Читать все
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет, реклама, журналистика, педагогика, право)
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Формирование и исследование свойств эпитаксиальных структур GaN/Si(111)
    📅 2021год
    🏢 ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»
    Формирование и термоэлектрические свойства кремниевых гетероструктур со встроенными нанокристаллами антимонида галлия
    📅 2021год
    🏢 ФГБУН Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук
    Исследование самоорганизации фуллеренов С60 и С70 на модифицированной металлами поверхности Si(111)
    📅 2022год
    🏢 ФГБУН Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук