PDF《的结构及热电特性 ！》

!" 掺杂 # 型$% 基 型笼合物 的结构及热电特性! 邓书康!) ") # 唐新峰") 杨培志!) 鄢永高") !) (云南师范大学教育部可再生能源材料先进技术与制备重点实验室, 太阳能研究所, 昆明 $%&&'") ") (武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室, 武汉 ()&&*&) ("&&+ 年'月"% 日收到;

"&&+ 年!& 月"' 日收到修改稿) 以,- 作为掺杂元素, 用熔融法结合放电等离子体烧结 (.

/.) 技术制备了具有不同 ,- 含量的 01+ 21!$ ,-! 23)&

4 ! (!

5 &6'%,!6&&,!6&%,!6!&)!型笼合物, 研究了 ,- 掺杂对其结构及热电性能的影响7 893:;

3/) 来降低晶格热导率, 从而优化热电 性能7 "6 制备与测试 起始原料为高纯块状01 (''C) 、 块状21 (''6''C) 、 块状

23 (''6''C) 和块状 ,- (''6'''C) 按化学式 01+ 21!$ ,-! 23)&

4 ! ( !

5 &6'%, !6&&, !6&%, !6!&) 称量 (其中

01 按+6) 配料) 后置于内壁沉积碳 第%+ 卷第$期"&&' 年$月!&&&G)"'&P"&&'P%+ (&$) P("*(G&* 物理学报=,Q= /RS.N,= .NTN,= UM +0KL 方法在 M088 效应测量 系统 (6 附近, 当!6+*-8, &*++, &*+8, &*&+ 时对 应的散射因子 # 分别为 &*??, &*?', &*?7, &*?$, 在8++ 附近相应的 # 值分别为 : +*99, : +*!&, : +*98 和:+*&74 这说明载流子散射机制由低温的杂质电 离散射为主逐渐过渡到高温的声学波散射为主4 图?所示为不同 () 含量的 9+ : ! 笼 合物的电导率与温度的关系4从图中可见, 随温度的 图9组成和温度对 9+ : ! 化合物载流子迁移率的 影响 内插图是在相同的温度范围内载流子浓度与温度的关系 升高, 所有样品的电导率均逐渐增加, 在88+ 附近 达到最大值, 随后又随温度的增加而逐渐降低4这是 由于在温度较低时, 载流子浓度随温度的增加急剧 增加, 由于晶格振动加剧, 迁移率随温度的增加而降 低, 但与迁移率降低对电导率降低的贡献相比, 由于 载流子浓度的增加对电导率的贡献较大, 从而电导 率随温度的增加而增加4当温度继续升高, 载流子浓 度基本不变, 而晶格振动继续加剧, 迁移率继续降 低, 从而导致电导率降低4在整个温度范围内所有样 '

7 ! ? 物理学报8$ 卷 品均表现为典型的半导体特性! 随"# 掺杂量的增 加电导率逐渐增加, 这主要是由于随 "# 含量的增 加, 化合物的载流子浓度逐渐增加所致!在整个温度 范围内 $ 型 化合物的电导率都比 较低! 图/组成和温度对 化合物电导率的影响 按电荷补偿概念 [0/,01] , 在!型笼合物中, 填充 原子提供

0 个电子, 作为施主, 框架上由于存在悬挂 键接受电子作为受主! 因此, 填充原子显正价, 框架 原子显负价!如2型笼合物 中, (+ 的最外 层有 / 个电子, (& 的最外层有 , 个电子, 框架上的 )* 个(& 与其中的 )* 个(+ 形成共价键后框架上存 在)* 个悬挂键, 由框架内 ' 个%& 原子提供的 )* 个 电子填充在框架上的 )* 个悬挂键处而达到电荷平 衡!如果在框架上存在空位时电荷将不平衡而产生 额外电子, 如 中框架有 , 个(+ 空位, 产生 )0 个悬挂键, 填充在多面体内的 %& 原子提供的 )* 个 电子中其中的 )0 个电子与框架上的 )0 个悬挂键成 对,从而单位元胞会产生 / 个额外电子! 3&44567+6 等[)*] 认为 化合物在框架上存在未被电 子填充的空缺能带从而控制电子的传输, 如果在框 架上引入缺陷或掺杂将对化合物的电传输特性产生 较大的影响, 如当用