目前，Ⅲ-Ⅴ族闪锌矿型GaSb半导体材料的能带参数和性能已经有了非常详尽和全面的研究。由于具有优良的物理、光学、电学和热学性能而被广泛应用到电子、机械等领域，它在半导体行业中作用也日益突出，成为热电材料中深具潜力的一员。更重要的是，作为优异的中温区热电材料，GaSb具有热稳定性高、机械性能强和使用寿命长等优点，使其成为新一代汽车尾气处理热电转换器件材料的有力竞争者。
本课题研究了p型Ⅲ-Ⅴ族半导体材料GaSb的热电性能。基于Zn-和Cd-掺杂的p型半导体的实验结果，我们应用自主设计的单带非抛物线模型对GaSb体系的传输性能进行了模拟，并通过它与A2B3（A=Ga,In,Sb;B=Te,Se）等阴阳离子配比为3:2的化合物形成固溶体，系统地研究了空位对电子和声子输运特性的影响。主要研究内容如下所示：
（1）首先，通过熔融-热压烧结的制备方法制备了Zn、Cd掺杂的p型GaSb半导体材料，并测试了其电导性能及热导性能。研究发现通过适当的掺杂调控，Zn、Cd掺杂的p型GaSb表现出了优异的电学性能。然而，GaSb具有Ⅲ-Ⅴ族半导体普遍存在的高热导率，致使p型GaSb无法实现高热电性能优值，即高zT。
（2）根据已获得的Zn、Cd掺杂的p型GaSb半导体热电性能数据，再结合两者相应的霍尔数据，我们假设并模拟了GaSb体系的单带非抛物线模型(载流子浓度在1018~1020cm-3)，来对p型GaSb的电学性能进行理论研究。结果显示，模拟数据和实验数据吻合度很高；同时，对应物理参数的变化规律也反映出GaSb的能带结构符合假设的单带非抛物线模型。因此，我们认为该模型可以很好的描绘p型掺杂GaSb半导体材料的电学性能。
（3）随后，通过熔融-热压烧结的制备方法获得了可重复制备(GaSb)3(1-x)(Sb2Te3)x(x=0.025,0.05,0.1,0.15,0.2,0.25)和(GaSb)3(1-y)(Ga2Te3)y(y=0.0025,0.05,0.1,0.15,0.2)两个体系的半导体材料，Sb2Te3和Ga2Te3组分的引入，为GaSb带来了大量的空位，提高了声子的散射程度，大幅降低了体系的晶格热导率（x=0.25，T=850K时由5W/m-K下降到~1W/m-K）；然而空位的引入也影响了电子的输运性能，使得GaSb良好的电性能急剧下降，难以通过电性能测试仪器获得精确的电性能数据（电导率，Seebeck系数，霍尔系数等）。
- 作 者：
- 沈红伟
- 学科专业：
- 材料工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 东华大学
- 导师姓名：
- 江莞柏胜强
- 学位年度：
- 2016
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
