Термоелектричні властивості кристалів плюмбум телуриду (стр. 1 из 9)

Міністерство освіти і науки України

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника

Фізико-технічний факультет

Кафедра фізики і хімії твердого тіла

Спеціальність 6.070101.”Фізика”

Дипломна робота

Термоелектричні властивості кристалів плюмбум телуриду

Івано-Франківськ

– 2008

Зміст

Вступ………………………………...…………...……………..…….…….3

1. Характеристики напівпровідників………………..……..……...….4

1.1. Класифікація напівпровідників…………...…………..….………5

1.2. Носії заряду в напівпровідника………………………...………...7

1.3. Плюмбум телурид…………………………………..…...……….12

2. Технологія отримання напівпровідників……….………………14

2.1. Технологія приготування матеріалів…………………...……….14

2.1.1. Приготування полікристалічних матеріалів……………………14

2.1.2. Методи вирощування монокристалів………………….………..21

3. Термоелектричні властивості плюмбум телуриду ……………25

3.1. Термоелектричні властивості тонких і товстих плівок…..…...25

3.2. Вплив ізохорного відпалу у вакуумі на термоелектриці властивості і плівок……...………..……………………….………...…..……...30

3.3. Оксиген і термоелектричні властивості плівок…………….…36

3.4. Зміна термоелектричних властивостей плівок при радіаційному опроміненні………………………….………………………………………..…41

Висновки…………………………………………………..…...................47

Список використаної літератури………………………….………….…48

Вступ

Сполуки

– перспективні напівпровідникові матеріали для створення термоелектричних пристроїв, які працюють в інтервалі температур від кімнатної до 800-900 К.Серед плюмбум халькогенідів відрізняється своїми властивостями плюмбум телурид: багатогранний характер енергетичного ( ); порівняно високі рухливості носіїв спектру(N=4); низькі значення граткової теплопровідності ( ); найбільше значення величини , що веде до суттєвого зростання максимального значення термоелектричної добротності( ).

Збільшення відношення рухливості носіїв струму до теплопровідності речовини можна досягти введенням ізовалентних атомів заміщення за рахунок зростання розсіювання фотонів і суттєвого зменшення коефіцієнта теплопровідності (

). Ще одним важливим моментом підвищення є зростання коефіцієнта термо-е.р.с. для області сильного виродження за рахунок селекції носіїв за енергією бар’єрами на границях кристалітів чи на блоках зерен, що особливо ефективно для тонкоплівкового матеріалу. У зв'язку із цим ,задача підвищення термоелектричної добротності включає не тільки розробку технологічних методів покращення об’ємних параметрів плівок. Але і методи цілеспрямованого створення визначних властивостей міжкристалічних та міжзеренних границь.

1. Характеристики напівпровідників

Напівпровідники - широкий клас речовин, що характеризуються значеннями електропровідності

, проміжними між електропровідністю металів ( ) і перспективних діелектриків ( ), електропровідність вказана при кімнатній температурі. Характерною особливістю напівпровідників, що відрізняє їх від металів, є зростання електропровідності із зростанням температури, причому, як правило, в достатньо широкому інтервалі температур зростання відбувається експоненційно:

= (1)

Тут k - стала Больцмана,

- енергія активації електронів в напівпровідниках,( - коефіцієнт пропорційності (насправді залежить від температури, але повільніше, ніж експоненціальний множник). З підвищенням температури тепловий рух розриває зв'язки електронів, і частина їх, пропорційна , стає вільними носіями струму.

Зв'язок електронів може бути розірваний не тільки тепловим рухом, але і різним зовнішнім впливом: світлом, потоком швидких частинок, сильним електричним полем. Тому для напівпровідників є характерна висока чутливість електропровідності до зовнішніх впливів, а також до вмісту домішок і дефектів в кристалах, оскільки у багатьох випадках енергія Е

для електронів, локалізованих поблизу домішок або дефектів , істотно менша, ніж в ідеальному кристалі даного напівпровідника. Можливість в широких межах керувати електропровідністю напівпровідника, зміною температури, введенням домішок є основою їх чисельних і різноманітних застосувань.

1.1 Класифікація напівпровідників

Відмінність між напівпровідниками і діелектриками є швидше кількісною, ніж якісною. Формула (1) відноситься в рівній мірі і до діелектриків, електропровідність яких може стати помітною при високій температурі. Точніше було б говорити про напівпровідниковий стан неметалічних речовин, не виділяючи напівпровідників в особливий клас, а до дійсних діелектриків відносити лише такі, у яких через великі значення

і малі електропровідність могла б досягти помітних значень тільки при температурах, при яких вони повністю випаровуються.

Проте термін «напівпровідники» часто розуміють у вужчому сенсі як сукупність декількох найбільш типових груп речовин, напівпровідникові властивості яких чітко виражені вже при кімнатній температурі (300 К). Приклади таких груп:

1) Елементи IV групи періодичної системи елементів Менделєєва Германій і Кремній, які як напівпровідники найповніше вивчені і широко застосовуються в напівпровідниковій електроніці. Атоми цих елементів, володіючи 4 валентними електронами, утворюють кристалічні решітки типу алмазу з ковалентним зв'язком атомів. Сам алмаз також володіє властивостями напівпровідників, проте величина

для нього значно більше, ніж у Ge і Si, тому при Т = 300 К його власна (непов'язана з домішками або зовнішніми діями) електропровідність дуже мала.

2) Алмазоподібні напівпровідники. До них відносяться сполуки елементів III групи періодичної системи (Аl, Ga, In) з елементами V групи (Р, Аs, Sb) називаються напівпровідниками типу А

В (GaAs, InSb, GaP, InP і тому подібні). Атоми III групи мають 3 валентних електрони, а V групи - 5, так що середнє число валентних електронів, що припадає на 1 атом, в цих сполуках рівне 4 (як і у Ge і Si). Кожен атом утворює 4 валентні зв'язки з найближчими сусідами, внаслідок чого утворюється кристалічна гратка, подібна до гратки алмазу з тією лише відмінністю, що найближчі сусіди атома А - атоми В , а сусіди атома В - атоми А .За рахунок часткового перерозподілу електронів атома А і В в такій структурі опиняються різнойменно зарядженими. Тому зв'язки в кристалах А В не повністю ковалентні, а частково іонні . Проте ковалентний зв'язок в них переважає і визначає структуру, внаслідок чого ці кристали у багатьох властивостях є найближчими аналогами Ge і Si.

Сполуки елементів II і VI груп періодичної системи –

(ZnTe, ZnSe, CdTe, CdS і тому подібне) також мають в середньому 4 валентних електрони на 1 атом, але іонний зв'язок у них сильніше виражений. У деяких з них ковалентний зв'язок переважає над іонним, у інших він слабший, але і ті та інші володіють властивостями напівпровідників, хоча і не так яскраво вираженими, як в попередніх групах.

Уявлення про «середню чотиривалентність» і «алмазоподібність» напівпровідника виявилося плідним для пошуку нових напівпровідників, наприклад типу

(ZnSnP, CdGeAs і тому подібне). Багато з алмазоподібних напівпровідників утворюють сплави, які також є напівпровідниками, наприклад Ge - Si, GaAs - GaP і ін.