WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Резюмируя изложенное выше, сделаем первый промежуточный вывод: максимум коэффициента термоэлектрической мощности в интерметаллическом полупроводнике ZrNiSn, легированном акцепторной примесью путем замещения атомов Zr на Sc, наблюдается при концентрациях примеси, фиксирующих EF порогом подвижности валентной зоны.

В полупроводниках TiCo1-xNixSb наблюдается выход зависимостей Z(x) на квазинасыщение после незначительного максимума при x 0.05 (рис. 1). Следует отметить, что максимум зависимостей Z(x) располагается на участках падения зависимостей S(x) и (x) в точках их наибольшей крутизны (рис. 3), что соответствует составу x 0.05. Поведение Z(x), особенно в области максимума, также в большей степени определяется поведением S(x), нежели (x).

Как показано в [7], начиная с концентраций донорных примесей, которые соответствуют составам TiCo1-xNixSb при x > 0.03, в них исчезает прыжковая проводимость по примесным состояниям донорной зоны, нет активации электронов с EF в зону проводимости Рис. 4. Зависимости коэффициента термоэлектрической мощ(1), исчезает кулоновская щель примесной донорной ности от концентрации акцепторных примесей Z(x) для отзоны и наблюдается существенное изменение в пове- пущенных образцов ZrNi1-x CoxSn при 80 (1), 150 (2) 200 (3), дении (x), плотность состояний на уровне Ферми 300 (4), 350 K (5).

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Условия достижения максимальных значений коэффициента термоэлектрической мощности... В [8] было установлено, что в отличие от рассмотренных выше случаев [3,7] плотность состояний на уровне Ферми изменяется немонотонно и на зависимости 1/N(EF) от концентрации примесей наблюдаются две осцилляции. Кроме того, было экспериментально установлено, что в исследуемых образцах одновременно присутствуют два сорта примесей — неконтролируемая донорная и контролируемая акцепторная. Можем отметить, что в обоих типах образцов первый максимум на зависимостях Z(x) располагается на участке подъема зависимости S(x) в точке наибольшей ее крутизны, что соответствует составу x 0.03. Кроме того, в [8] было установлено, что в диапазоне концентраций акцепторных примесей, который соответствует составам 0.005 x < 0.03, имеет место активация электронов с примесной донорной зоны в зону проводимости, причем величина энергии активации уменьшается с увеличением концентрации акцепторных примесей. Такое поведение является типичным для полупроводников электронного типа проводимости при переходе от случая сильной компенсации (1 - K 1) к слабой (K = NA/ND 1) [26].

Из результатов [8] можно определить скорость изРис. 5. Зависимости коэффициента термоэлектрической мощ- менения энергии активации 1 от концентрации акцепности от концентрации акцепторных примесей Z(x) для зака- торных примесей в интервале составов от x = 0 до ленных образцов ZrNi1-x Cox Sn при 80 (1), 150 (2), 200 (3), x 0.03: d1/dx 240 мэВ/ат.%. Вычисления показыва300 (4), 350 K (5).

ют, что при x 0.03 величина 1 0. Это означает, что при таких концентрациях акцепторных примесей исчезает кулоновская щель примесной донорной зоны, примесная же зона сливается с порогом подвижности Для случая отпущенных образцов в температурном зоны проводимости, который фиксирует положение EF.

интервале 80-300 K для концентраций акцепторных При увеличении концентрации примесей и (или) при примесей, которые соответствуют составу x 0.03, на увеличении температуры, что облегчает ионизацию акзависимостях Z(x) наблюдаются первые максимумы.

Кроме того, в районе концентрации примесей, которые соответствуют составу x 0.08, сначала наблюдается изгиб зависимости Z(x) (при T = 80 K), который с увеличением температуры переходит во второй максимум, положение которого мало изменяется с температурой.

Для закаленных образцов на зависимостях Z(x) в температурном интервале 80-300 K также наблюдаются максимумы. Однако уже при T 350 K на месте расположения первого максимума в районе x 0.наблюдается глубокий минимум (рис. 5, кривая 5). В то же время во всем исследуемом интервале температур в районе состава ZrNi1-xCoxSn (x 0.08) на зависимостях Z(x) наблюдается второй максимум, положение которого, подобно как и для отпущенных образцов, также не изменяется с температурой.

Сравнивая поведение зависимостей Z(x), S(x), (x) и (x) (рис. 6) для ZrNi1-xCoxSn, можем отметить, что в отпущенных образцах первый максимум на зависимостях Z(x) располагается на участке подъема зависимоРис. 6. Зависимости проводимости (1), магнитной воспристи S(x) в области наибольшей ее крутизны, что соотимчивости (2), коэффициента Зеебека S (3) от концентрации ветствует составу x 0.03. Приведенное утверждение акцепторных примесей в отпущенных образцах ZrNi1-x CoxSn справедливо также и для закаленных образцов. при 375 K.

3 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1314 В.А. Ромака, Д. Фрушарт, Ю.В. Стаднык, Я. Тобола, Ю.К. Гореленко, М.Г. Шеляпина, Л.П. Ромака...

цепторов, происходит перекомпенсация полупроводника в исследуемом температурном интервале. Кроме того, с n- на p-тип проводимости, а EF разместится теперь в сравнивая рис. 1, 4 и 5, можем отметить, что второй кулоновской щели примесной акцепторной зоны. Из из- максимум на зависимостях Z(x) в ZrNi1-xCoxSn и ложенного становится понятным отсутствие первого максимумы в зависимостях Z(x) в Zr1-xScx NiSn намаксимума на Z(x) при T > 300 K.

блюдаются при одинаковых концентрациях акцепторных Таким образом, первый максимум коэффициента тер- примесей и имеют одну природу — фиксация EF помоэлектрической мощности в полупроводниках ZrNiSn, рогом подвижности валентной зоны. Это — четвертый легированных акцепторными примесями путем замещепромежуточный вывод.

ния Ni на Co, наблюдается при концентрациях примесей, В заключение обращаем внимание на поведение закоторые фиксируют EF на пороге подвижности зоны висимостей Z(x) в ZrNi1-xCoxSn для незначительных проводимости. Поскольку мы легируем полупроводник (в данных исследованиях) концентраций акцепторных акцепторными примесями, максимум коэффициента терпримесей (x < 0.02) при T 300 K (рис. 4, 5, кривые моэлектрической мощности, связанный с примесной дои 5). Спад зависимостей Z(x) для отдельных образцов норной зоной, является термически нестабильным уже на 3 порядка при изменении концентрации примесей, при T > 300 K.

соответствующих составам от x = 0.05 до x = 0.02, Из сопоставления результатов, представленных на вызван, как мы считаем, аддитивным характером возрис. 1, 4 и 5, можем заключить, что первый максимум действия температуры и концентрации примесей на Z(x) в ZrNi1-xCoxSn и максимум Z(x) в TiCo1-xNix Sb положение EF. При T 300 K уровень Ферми перейдет имеют одну природу — фиксация EF порогом подвижиз примесной донорной зоны на порог подвижности ности зоны проводимости. Однако в полупроводник зоны проводимости — реализуется возможность поTiCo1-xNixSb вводится донорная примесь и максимум явления максимальных значений коэффициента термокоэффициента термоэлектрической мощности связан с электрической мощности. Как следует из рис. 4 и 5, примесной донорной зоной, что делает этот максимум именно при T 300 K были получены максимальные термически стабильным в TiCo1-xNix Sb. Поскольку в значения Z, что является дополнительным штрихом в ZrNi1-xCox Sn вводится акцепторная примесь, а перпользу высказанных в работе выводов.

вый максимум связан с примесной донорной зоной, первый максимум в ZrNi1-xCoxSn является термически нестабильным. Это — третий промежуточный 3. Заключение вывод.

Относительно природы второго максимума на завиA priory, исходя из определения коэффициента терсимостях Z(x) при концентрациях акцепторных примоэлектрической мощности, было понятно, что для месей, которые соответствуют составу ZrNi1-xCox Sn с получения максимальных значений Z необходимо, наx 0.08, то он расположен на спадающих участках пример, по типу проводимости реализовать ситуацию зависимости S(x) (рис. 6) в области ее наибольшей „еще не металл, но уже и не полупроводник“. Суммируя крутизны. Нами также установлено [8], что после пепромежуточные выводы, сформулируем такие условия:

рекомпенсации полупроводника дальнейшее увеличение а)условием достижения максимальных значений коконцентрации акцепторых примесей приводит к уменьэффициента термоэлектрической мощности Z в иншению и исчезновению энергии активации 1 и кулоновтерметаллических полупроводниках структурного типа ской щели примесной акцепторной зоны, а EF дрейфует MgAgAs является их сильное легирование акцепторныот вершины акцепторной зоны к ее дну, плотность состоми и (или) донорными примесями до концентраций, при яний на уровне Ферми имеет наибольшие значения. При которых EF фиксируется порогом подвижности соответконцентрациях акцепторных примесей, которые соответствующей зоны непрерывных энергий;

ствуют составу x 0.08, примесная акцепторная зона б) максимум коэффициента термоэлектрической мощноперекрывается с порогом подвижности валентной зоны, сти является термически стабильным при условии одиа EF фиксируется порогом подвижности. При x > 0.наковой природы типа примесей, вводимых в полупроуровень EF заходит в область непрерывных энергий водник, и типа примесной зоны, вызывающей появление валентной зоны — реализуется переход проводимости максимума Z;

диэлектрик–металл [8,25].

в) в Zr1-xScx NiSn или ZrNi1-xCoxSn примесные акцепМожем констатировать, что второй максимум которные зоны, сформированные различными акцепторныэффициента термоэлектрической мощности в интермеми примесями, перекрываются с порогом подвижности таллических полупроводниках ZrNi1-xCoxSn (x 0.08) валентной зоны при одинаковых концентрациях применаблюдается при концентрациях акцепторых примесей, сей, что соответствует составам с x 0.08;

которые фиксируют EF порогом подвижности валентной зоны. Поскольку данный максимум связан с примес- г) в TiCo1-xNix Sb примесная донорная зона перекрыной акцепторной зоной при введении в полупроводник вается с порогом подвижности зоны проводимости при акцепторных примесей, он является термически ста- концентрациях донорных примесей, соответствующих бильным и только увеличивается с ростом температуры составу x 0.05.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Условия достижения максимальных значений коэффициента термоэлектрической мощности... Работа выполнена в рамках грантов Национальной [23] Y. Kawaharada, K. Kurosaki, H. Muta, M. Uno, S. Yamanaka.

J. Alloys Comp., 384, 308 (2004).

академии наук Украины (№ 0106U000594), [24] M. Zhou, C. Feng, L. Chen, X. Huang. J. Alloys Comp., 391, Российского фонда фундаментальных исследований 194 (2005).

(№ 05-02-16731-a), ECO-NET (№ 08133 RA) [25] Н. Мотт, Э. Дэвис. Электронные процессы в некрии Министерства образования и науки Украины сталлических веществах (М., Мир, 1982). [Пер. с англ.:

(№ 0103U001887, № 0104U002297).

N.F. Mott, E.A. Davis. Electron processes in non-crystalline materials (Oxford, Clarendon Press, 1979)].

[26] Б.И. Шкловский, А.Л. Эфрос. Электронные свойства легированных полупроводников (М., Наука, 1979).

Список литературы [27] H. Akai. J. Phys.: Condens. Matter., 1, 8045 (1989).

[1] L. Romaka, Yu. Stadnyk, A. Horyn, M.G. Shelyapina, Редактор Л.В. Беляков V.S. Kasperovich, D. Fruchart, E.K. Hlil, P. Wolfers. J. Alloys Comp., 396, 64 (2004).

A condition of the maximum power factor [2] Yu.V. Stadnyk, V.A. Romaka, Yu.K. Gorelenko, L.P. Romaka, D. Fruchart, V.F. Chekurin. J. Alloys Comp., 400, 29 (2005). achievement for intermetallic [3] В.А. Ромака, Ю.В. Стаднык, М.Г. Шеляпина, Д. Фрушарт, semiconductors of the MgAgAs В.Ф. Чекурин, Л.П. Ромака, Ю.К. Гореленко. ФТП, 40 (2), structure type 136 (2006).

[4] O.I. Bodak, V.A. Romaka, Yu.V. Stadnyk, L.P. Romaka, V.A. Romaka,+, D. Fruchart, Yu.V. Stadnyk=, Yu.K. Gorelenko, V.F. Ghekurin. Phys. Chem. Sol. St., 6 (1), J. Tobola•, Yu.K. Gorelenko=, M.G. Shelyapina, 120 (2005).

L.P. Romaka=, V.F. Chekurin [5] Yu.V. Stadnyk, V.A. Romaka, Yu.K. Gorelenko, M.G. Shelya pina, L.P. Romaka. Coll. Abstracts IX Int. Conf. on Crystal Ya. Pidstryhach Institute of Applied Problems Chem. Intermetallic Compounds (Lviv, Ukraine, Sept. 20–24, of Mechanics and Mathematics National Academy 2005) p. 17.

of Sciences of Ukraine, [6] O.I. Bodak, V.A. Romaka, Yu.V. Stadnyk, M.G. Shelyapina, 79060 Lviv, Ukraine L.P. Romaka, V.F. Chekurin, Yu.K. Gorelenko. Phys. Chem. + National University Lvivska Politechnika“, ” Sol. St., 6 (2), 218 (2005).

79013 Lviv, Ukraine [7] В.А. Ромака, М.Г. Шеляпина, Ю.В. Стаднык, Д. Фрушарт, Laboratoire de Cristallographie, CNRS, Л.П. Ромака, В.Ф. Чекурин. ФТП, 40 (7), 796 (2006).

38042 Grenoble Cedex 9, France [8] В.А. Ромака, М.Г. Шеляпина, Ю.К. Гореленко, Д. Фрушарт, = Ivan Franko Lviv National University, Ю.В. Стаднык, Л.П. Ромака, В.Ф. Чекурин. ФТП, 40 (6), 79005 Lviv, Ukraine 676 (2006).

• [9] K.H.J. Buschow, D.B. Mooij, T.T.M. Palstra, G.J. Nieu- AGH University of Science and Technology, wenhuys, J.A. Mydosh. Philips J. Res., 40, 313 (1985). 30-059 Krakow, Poland [10] Yu.V. Stadnyk, Yu.K. Gorelenko, O.I. Bodak, R.V. Skolozdra.

V.A. Fock Institute of Physics, Patent USSR № 1492750 (1987).

St. Petersburg State University, [11] S.J. Poon. Adv. Phys., 41, 303 (1992).

198504 St. Petersburg, Russia [12] Yu.V. Stadnyk, Yu.K. Gorelenko, L.P. Romaka, R.V. Skolozdra. Patent Ukraine № 17952 A (1997).

Abstract

Conditions for the maximum power factor Z arising [13] H. Hohl, A.P. Ramirez, C. Goldmann, G. Ernst, B. Wolfing, in the ZrNiSn and TiCoSb intermetallic semiconductors is unamE. Buchert. J. Phys. B: Condens. Matter., 11, 1697 (1999).

biguously a heavy doping these materials with both the acceptor [14] S. Bhattacharya, A.L. Pope, R.T. Littleton IV, M. Terry, and / or donor impurities up to the concentrations while the Fermi M. Tritt, V. Ponnambalam, Y. Xia, S.J. Poon. Appl. Phys. Lett., 77, 2476 (2000). level becomes fixed by the mobility edge of one of the bands [15] Yu. Stadnyk, Yu. Gorelenko, A. Tkachuk, A. Goryn, V. Da- with the allowed energies (conduction or valence band). The vydov, O. Bodak. J. Alloys Comp., 329, 37 (2001).

maximum of the thermoelectric power factor becomes stable at [16] A. Horyn, O. Bodak, L. Romaka, Yu. Gorelenko, A. Tkachuk, the different temperatures as the imbedded in the semiconducting V. Davydov, Yu. Stadnyk. J. Alloys Comp., 363, 10 (2004).

material impurities have the same origin as well as the impurity [17] S.W. Kiml, Y. Kimura, Y. Mishima. Scence and Techn. Adv.

band type. This may give rise a maximum Z values in these Mater., 5 (4), 485 (2004).

semiconductors.

[18] Y. Kawaharada, H. Uneda, H. Muta, K. Kurosaki, S. Yamanaka, J. Alloys Comp., 364, 59 (2004).

[19] Y. Kawaharada, K. Kurosaki, H. Muta, M. Uno, S. Yamanaka.

J. Alloys Comp., 381, 9 (2004).

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.