硅锗合金光学性质及热电转换性能的研究

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本文主要研究了两方面的内容:1.利用傅立叶红外光谱仪(FTIR)研究了CZ法制备的SiGe合金材料(单晶、多晶)的红外吸收谱图;2.研究了Ge浓度与SiGe合金热电转换性能的关系。 利用FTIR技术研究了CZSi中Ge浓度与杂质氧的关系,研究发现:Ge的掺入降低了Si单晶中的氧含量,与不掺Ge的Si单晶相比,降低了30~50%;Ge的掺入导致对应于Si-O-Si键的1106cm-1吸收峰向低波数段漂移,并在1118cm-1(10K下)波数处引起新的吸收峰;Ge掺入在710cm-1、800cm-1波数处引起红外吸收峰,峰的强度随Ge含量的增加而增强,且吸收峰的强度和波形不随测试温度的改变而变化;利用710cm-1吸收峰的吸收系数amax、半峰宽W1/2和Ge浓度的关系,分别得到了室温下和10K下利用FTIR技术测定CZSi单晶中Ge含量的计算公式: [Ge]=1.429×1020amaxW(1/2)(atoms/cm3)室温 [Ge]=1.274×1020amaxW1/2(atoms/cm3)10K 利用Seebeck系数测试仪、阶跃函数加热法热导率测试仪、激光脉冲热导率测试仪和四探针法研究了不同Ge含量的SiGe合金热电转换性能。实验结果表明:不同SiGe合金的Seebeck系数的绝对值大小一般在200—500 μV/K之间,随温度不同略有起伏,对于p型SiGe单晶,<100>晶向单晶的赛贝克系数为450-530 μV/K,<111>晶向的为325—400μV/K,表现出明显的各向异性;Ge的掺入使得SiGe合金的热导率与Si、Ge单晶相比,有明显的降低,且随温度升高,热导率单调下降;SiGe合金的电导率可以通过适当掺杂来控制,SiGe合金电导率随温度升高略有下降是因为载流子迁移率下降所致;实验结果得出在673K时,SiGe单晶的无量纲温差电优值(ZT)为0.0239,可以通过控制Ge含量和适当掺杂进一步提高ZT值。
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