半導(dǎo)體超晶格熱電材料的聲子譜、群速度和熱導(dǎo)率.pdf

1、二十一世紀(jì)，突出的環(huán)境和能源問題使越來越多的人把興趣投向“熱電材料”的研究。研究表明：材料的熱電性能與材料的導(dǎo)熱性質(zhì)密切相關(guān)。本文研究了半導(dǎo)體超晶格熱電材料的聲子譜、群速度和熱導(dǎo)率等熱輸運(yùn)問題，重點(diǎn)通過對(duì)聲學(xué)聲子群速度特性的研究來理解超晶格材料的導(dǎo)熱性質(zhì)。 依據(jù)德拜的聲子氣體動(dòng)理論，熱導(dǎo)率的計(jì)算公式為：k=1/3cvvgι(材料的單位體積熱容cv和聲子的平均群速度vg以及聲子的平均自由程ι)熱導(dǎo)率公式中聲子群速度的貢獻(xiàn)應(yīng)為平均群

2、速度的貢獻(xiàn)，因此目前相關(guān)文獻(xiàn)中對(duì)群速度的研究都著眼于平均群速度。對(duì)應(yīng)某一能級(jí)的群速度本身的研究卻不多見，而對(duì)群速度的研究是理解色散關(guān)系的重要方面，我們采用“半解析的方法”計(jì)算了各能態(tài)聲子傳播的群速度。 由聲子氣體動(dòng)理論計(jì)算熱導(dǎo)率必須先求得晶格比熱容，晶格比熱容計(jì)算的嚴(yán)格理論是晶格動(dòng)力學(xué)理論，該理論需計(jì)算晶格振動(dòng)的色散關(guān)系和態(tài)密度函數(shù)，需要知道非常大的一系列點(diǎn)上的值，這樣的計(jì)算往往是復(fù)雜的，并且計(jì)算量也很大。就我們了解的范圍，我們

3、首次利用K空間“特殊點(diǎn)積分”的方法，計(jì)算了超晶格材料的熱容、熱導(dǎo)率隨溫度的變化關(guān)系，計(jì)算的結(jié)果當(dāng)溫度增加到一個(gè)比較大的值后(約350K)，熱容基本趨近與一個(gè)極限值(約為24.9J.mol-1.k-1)，這與基本熱力學(xué)理論的結(jié)果是一致的。 本文考慮了流體靜力學(xué)壓力，研究其對(duì)Si/Ge、GaAs/AlAs超晶格材料聲子色散關(guān)系以及聲子群速度的影響。利用靜壓修改原子間力常數(shù)的方法，研究其對(duì)超晶格材料聲子譜的影響。計(jì)算的結(jié)果表明：原子間