Автореферат (Влияние легирования на термоэлектрические свойства и эффект Шубникова – де Гааза твердых растворов теллуридов и селенидов висмута и сурьмы), страница 2

Термоэлектрическая эффективность в n-Bi2-xFexSe3 возрастает в областитемператур T<50 K при легировании железом. Эти изменения связаны как с изменениемконцентрации носителей тока, так и характера рассеяния.5. Обнаружено, что частота осцилляций эффекта Шубникова-де Гааза, а, следовательно, иконцентрация дырок, уменьшается в Sb2Te3 при легировании Tl. Таллий проявляет донорныесвойства в Sb2Te3. Такое влияние таллия связано с изменением полярности связей в указанныхсоединениях и изменением концентрации точечных дефектов, ответственных за исходную6концентрацию дырок в Sb2Te3. В n-Bi2Se3 частота осцилляций эффекта Шубникова-де Гааза, а,следовательно, и концентрация электронов также уменьшается при легировании Tl, то естьталлий проявляет акцепторные свойства, что также связано с изменением концентрациизаряженных точечных дефектов, ответственных за начальную концентрацию электронов.6.

Проводимость Sb2Te3 при легировании Tl уменьшается незначительно, значениетеплопроводности меньше в легированных Tl образцах, коэффициент Зеебека повышается сростом степени легирования. Эти изменения вызваны изменением концентрации дырок ихарактера их рассеяния. Все это приводит к росту термоэлектрической эффективности до ZT=0.34при 300 К для образца Sb1.95Tl0.05Te3 (это максимальное значение легирования таллием 1at%) посравнению с ZT=0.15 для чистого Sb2Te3.7. Проводимость n-Bi2Se3 уменьшается при легировании таллием, теплопроводностьнезначительно уменьшается, коэффициент Зеебека возрастает по модулю с ростом легирования.Термоэлектрическая эффективность при легировании возрастает, достигая значения 0.14 при 290К для образца с максимальным легированием таллием 1.2at%.8.

Параметр рассеяния как для монокристаллов Sb2Te3, так и для Bi2Se3 в рамках однозоннойизотропной модели увеличиваются на всем интервале температур при увеличении степенилегирования Tl, что свидетельствует о снижении рассеяния на акустических фононах иувеличению роли рассеяния на ионизированной примеси.9. По данным эффекта Шубникова – де Гааза в Sb2Te3 подвижности дырок уменьшаются, вто время как подвижности электронов в и Bi2Se3 увеличиваются при легировании таллием.Эффект связан с изменением количества заряженных точечных дефектов и характера рассеянияносителей заряда в указанных монокристаллах.Положения, выносимые на защиту1.Вмонокристаллахp-(Bi1-xSbx)2Te3(x=0;0.25;0.5),легированныхоловомтеплопроводность уменьшается во всем температурном интервале в результате дополнительногорассеяния электронов и фононов на атомах примеси. Показано, что легирование оловоммонокристаллов (Bi1-xSbx)2Te3 приводит к уменьшению как электронной ke, так решеточнойкомпоненты теплопроводности kL при низких температурах.2.

Обнаружено, что введение олова в монокристаллы p-(Bi1-xSbx)2Te3 увеличиваетэлектропроводность при комнатной температуре, в то время как при низких температурах онауменьшается. Такое влияние легирования Sn при высоких температурах можно объяснитьувеличением концентрации дырок при легировании. При низких температурах изменяется7подвижность дырок из-за заполнения зоны тяжелых дырок при легировании и изменениирассеяния.3.

При легировании оловом коэффициент Зеебека кристаллов p-(Bi1-xSbx)2Te3 уменьшается.Данноеуменьшение,качественносогласуетсясувеличениемконцентрациидырок.Минимальный коэффициент Зеебека при легировании оловом наблюдается в кристаллах(Bi0,5Sb0,5)2Te3,гденаиболеесильновыраженэффектаномальногоуменьшенияэлектропроводности, обусловленный заполнением зоны тяжёлых дырок. Это указывает на то, чтоуменьшение коэффициента Зеебека при легировании оловом обусловлено не только увеличениемконцентрации дырок, но и изменением плотности состояний на уровне Ферми и характерарассеяния дырок при заполнении зоны тяжёлых дырок.4.Термоэлектрическиеигальваномагнитныесвойстваp-Bi2-xFexTe3иn-Bi2-xFexSe3 в интервале температур 7<T<300 K показывают, что введение Fe в Bi2Te3увеличивает коэффициент Зеебека, то время как при увеличении содержания Fe вn-Bi2-xFexSe3коэффициентуменьшается.Термоэлектрическаяэффективностьвn-Bi2-xFexSe3 возрастает в области температур T<50 K при легировании железом.

Эти изменениясвязаны как с изменением концентрации носителей тока, так и характера рассеяния.5. Обнаружено, что при легировании таллием частота осцилляций Шубникова – де Гаазауменьшается, следовательно, уменьшается сечение поверхности Ферми легких дырок в Sb2Te3 иэнергия Ферми. В результате концентрация дырок уменьшается при увеличении концентрациилегирующей примеси таллия. Таким образом, таллий проявляет донорные свойства в Sb2Te3.Такое влияние таллия связано с изменением полярности связей в Sb2-xTlxTe3 и измененииконцентрации точечных дефектов, ответственных за концентрацию носителей заряда в Sb2Te3. Поданным эффекта Шубникова – де Гааза в n-Bi2Se3 таллий проявляет акцепторные свойства: сповышением концентрации таллия сечение электронной поверхности Ферми уменьшается,падает энергия Ферми и концентрация электронов уменьшается.6. Проводимость Sb2Te3 при легировании Tl уменьшается незначительно, значениетеплопроводности меньше в легированных Tl образцах, коэффициент Зеебека повышается сростом степени легирования.

Эти изменения вызваны изменением концентрации и характерарассеяния носителей заряда. В результате легирования безразмерная термоэлектрическаяэффективность возрастает до ZT=0.34 при 300 К для образца Sb1.95Tl0.05Te3 с максимальнымзначением легирования Tl 1at% по сравнению с ZT=0.15 для чистого Sb2Te3.87. Проводимость n-Bi2Se3 уменьшается при легировании таллием, теплопроводностьнезначительно уменьшается, коэффициент Зеебека возрастает по модулю с ростом легирования.Термоэлектрическая эффективность при легировании возрастает, достигая значения 0.14 при 290К для образца с максимальным легированием Tl 1.2at%.8.

Параметр рассеяния как для монокристаллов Sb2Te3, так и для Bi2Se3 в рамках однозоннойизотропной модели увеличивается на всем интервале температур при увеличении степенилегирования Tl, что свидетельствует о снижении рассеяния на акустических фононах иувеличению роли рассеяния на ионизированной примеси.9. С помощью эффекта Шубникова – де Гааза установлено, что в Sb2Te3 подвижности дырокуменьшаются, в то время как подвижности электронов в Bi2Se3 увеличиваются при легированииталлием. Эффект связан с изменением количества заряженных точечных дефектов и характерарассеяния носителей заряда в указанных монокристаллах.Практическая ценностьПрактическая значимость работы обусловлена тем, что в ней получены результаты повлиянию различных примесей на энергетический спектр и электрофизические параметрытермоэлектрических материалов: теллуридов висмута и сурьмы, селенида висмута и твердыхрастворов висмут-сурьма-теллур.

Совокупность данных о влиянии легирования таллием, оловоми железом на энергетический спектр, гальваномагнитные и термоэлектрические свойства этихматериалов необходима для оптимизации устройств и приборов на основе теллуридов иселенидов висмута и сурьмы. Применение использованных примесей Fe, Tl, Sn увеличиваеттермоЭДС,вопределённыхдиапазонахтемпературыиконцентрацииувеличиваеттермоэлектрическую эффективность. Результаты исследований могут быть использованы приразработке перспективных материалов с заданными свойствами на базе полупроводников типателлуридов и селенидов висмута и сурьмы.Апробация работыMoscow Int.

Symposium.on Magnetism, (MISM) 21-25 August 2011 г., Moscow.IX Курчатовская молодежная научная школа, 22-25 ноября 2011 г., Москва.Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальнымнаукам "Ломоносов – 2011", Москва, МГУ 2011 г.9th European Conference on Thermoelectrics, September 28-30, 2011, Thessaloniki, Greece.27th International Conference on Low Temperature Physics, Buenos Aires, Argentina, (2014).9VII Международная научно-практическая конференция «Современные тенденции развития наукии технологий», 31 октября 2015 года, Белгород.XIII Курчатовская молодежная научная школа, 27-30 октября 2015 г., Москва.По материалам диссертации опубликовано 17 работ, из них 8 статей в рецензируемых журналах(6 из списка ВАК) и 9 в трудах и тезисах конференций.Личный вклад автораОсновная часть работы по сбору и анализу литературных данных, а также расчётытермоэлектрической эффективности, параметра рассеяния, подвижностей носителей зарядавыполненысоискателем.Всеизмерениягальваномагнитныхсвойств,коэффициентатеплопроводности, коэффициента Зеебека и проводимости исследованных образцов при разныхтемпературах, а также обработка экспериментальных данных, представленные в диссертации,выполнены соискателем самостоятельно.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, включает список цитированнойлитературы из 124 ссылок.