幾種寬禁帶半導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)以及熱電性質(zhì)的第一性原理研究.pdf

1、由于化石能源的飛速消耗以及人類在應(yīng)用化石能源過程中造成的環(huán)境污染，開發(fā)清潔可持續(xù)的新能源成為研究熱點(diǎn)，熱電作為新能源開發(fā)中的一員，在研究中遇到的主要問題是材料的熱電轉(zhuǎn)換效率難以提高。本文的主要工作是以第一性原理為基礎(chǔ)，以SiC，GaN，ZnO等幾種寬禁帶半導(dǎo)體為對(duì)象，研究寬禁帶半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)變化與其熱電效率高低的關(guān)系。通過Quantum espresso和WIEN2k計(jì)算材料的電子結(jié)構(gòu)，再用Boltztrap軟件計(jì)算材料的熱電性質(zhì)，我們

2、可以比較不同結(jié)構(gòu)的同種化合物熱電性質(zhì)的變化情況，并找出定性的規(guī)律，為實(shí)驗(yàn)人員提供理論支持。
　　第一部分的工作主要內(nèi)容是研究Ⅱ-Ⅵ族化合物(ZnO)，Ⅲ-Ⅴ族化合物(GaN)和Ⅳ-Ⅳ族化合物(SiC)在n型摻雜時(shí)不同結(jié)構(gòu)(3C，2H，4H，6H)的熱電性質(zhì)的變化。結(jié)果表明，對(duì)于SiC，從3C，6H，4H到2H，隨著結(jié)構(gòu)六角程度的遞增，材料熱電性質(zhì)隨之得到提高，而GaN和ZnO并沒有這種趨勢(shì);在各個(gè)結(jié)構(gòu)中，4H-SiC，2H-GaN

3、和2H-ZnO分別在各種結(jié)構(gòu)中擁有最好的熱電功率因子，在高溫情況下有潛在應(yīng)用價(jià)值;不同族化合物熱電性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)的依賴程度很可能與其離子性相關(guān)。
　　第二部分的主要內(nèi)容是研究Ⅲ族二維氮化物BN，AlN，GaN在平面內(nèi)不同應(yīng)力下的電子以及熱電性質(zhì)。相比BN和GaN而言，AlN二維結(jié)構(gòu)在應(yīng)力變化的時(shí)候更具有穩(wěn)定性，沒有發(fā)生帶隙類型的變化。在計(jì)算熱電性能的過程中，我們用形變勢(shì)的方法計(jì)算了這三種二維材料的遷移率和弛豫時(shí)間，并把弛豫時(shí)間的計(jì)算

4、結(jié)果應(yīng)用到后面熱電優(yōu)值的計(jì)算中。通過熱電性能的計(jì)算，我們可以估算出在室溫下三種二維材料無應(yīng)力作用時(shí)候的熱電優(yōu)值，結(jié)果顯示p型GaN，p型AlN和n型BN有較高的ZT值。同時(shí)我們展示三種二維材料p型摻雜和n型摻雜情況下的熱電性質(zhì)隨溫度和載流子濃度變化而變化的二維圖。最后我們比較有應(yīng)力作用的時(shí)候，材料相對(duì)功率因子的變化以及相對(duì)功率因子峰值與應(yīng)力的依賴性。n型BN和p型GaN的相對(duì)功率因子峰值與應(yīng)力有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，尤其對(duì)于p型GaN，我們可以通