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!

    Кормчий В.
    4.3 (248 отзывов)
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    #Кандидатские #Магистерские
    335 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
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 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
    Сергей Е. МГУ 2012, физический, выпускник, кандидат наук
    4.9 (5 отзывов)
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым напра... Читать все
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым направлениям физики, математики, химии и других естественных наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    5 Выполненных работ
    Шиленок В. КГМУ 2017, Лечебный , выпускник
    5 (20 отзывов)
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертац... Читать все
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертационной работ. Помогу в медицинских науках и прикладных (хим,био,эколог)
    #Кандидатские #Магистерские
    13 Выполненных работ
    Елена Л. РЭУ им. Г. В. Плеханова 2009, Управления и коммерции, пре...
    4.8 (211 отзывов)
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно исполь... Читать все
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно использую в работе графический материал (графики рисунки, диаграммы) и таблицы.
    #Кандидатские #Магистерские
    362 Выполненных работы
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Екатерина Б. кандидат наук, доцент
    5 (174 отзыва)
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподав... Читать все
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподавала учебные дисциплины: Бюджетная система Украины, Статистика.
    #Кандидатские #Магистерские
    300 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