幾種寬禁帶半導體電子結構以及熱電性質(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，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換效率難以提高。本文的主要工作是以第一性原理為基礎，以SiC，GaN，ZnO等幾種寬禁帶半導體為對象，研究寬禁帶半導體材料結構變化與其熱電效率高低的關系。通過Quantum espresso和WIEN2k計算材料的電子結構，再用Boltztrap軟件計算材料的熱電性質(zhì)，我們

2、可以比較不同結構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，為實驗人員提供理論支持。
　　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型摻雜時不同結構(3C，2H，4H，6H)的熱電性質(zhì)的變化。結果表明，對于SiC，從3C，6H，4H到2H，隨著結構六角程度的遞增，材料熱電性質(zhì)隨之得到提高，而GaN和ZnO并沒有這種趨勢;在各個結構中，4H-SiC，2H-GaN

3、和2H-ZnO分別在各種結構中擁有最好的熱電功率因子，在高溫情況下有潛在應用價值;不同族化合物熱電性質(zhì)與其結構的依賴程度很可能與其離子性相關。
　　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)不同應力下的電子以及熱電性質(zhì)。相比BN和GaN而言，AlN二維結構在應力變化的時候更具有穩(wěn)定性，沒有發(fā)生帶隙類型的變化。在計算熱電性能的過程中，我們用形變勢的方法計算了這三種二維材料的遷移率和弛豫時間，并把弛豫時間的計算

4、結果應用到后面熱電優(yōu)值的計算中。通過熱電性能的計算，我們可以估算出在室溫下三種二維材料無應力作用時候的熱電優(yōu)值，結果顯示p型GaN，p型AlN和n型BN有較高的ZT值。同時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。最后我們比較有應力作用的時候，材料相對功率因子的變化以及相對功率因子峰值與應力的依賴性。n型BN和p型GaN的相對功率因子峰值與應力有很強的關聯(lián)，尤其對于p型GaN，我們可以通