Булат Л.П., Коссаковський Д., Пшенай-Северін Д.А. Вплив фононної теплопровідності на термоелектричну добротність наноструктурних матеріалів з тунельними контактами

PDF

Повне видання (PDF)

Булат Л.П.
Національний дослідницький університет інформаційних технологій, механіки й оптики, вул. Ломоносова, 9, Санкт-Петербург, 191002, Росія

Коссаковський Д.
ZT Plus, 1321 Маунтин-В’ю Серкл, Азуса, шт. Каліфорнія 91702, США

Пшенай-Северін Д.А.
Фізикотехнічний інститут РАН, вул. Політехнічна, 26, Санкт-Петербург, 194021, Росія

Ключові слова: термоелектричні матеріали, об’ємні наноструктури, тунелювання електронів,
термоелектрична добротність.

Анотація: Розглянуто композитний матеріал, що складається із провідних наночастинок, розділених тунельними діелектричними бар’єрами. Теоретично досліджено вплив фононної
теплопровідності діелектричної матриці kd на термоелектричну добротність композита. Оцінено діапазони величин kd і параметрів бар’єра, які можуть привести до значень термоелектричної добротності, що перевищують одиницю. Обговорюється також роль об’ємного заряду й нелінійності вольтамперної характеристики тунельного бар’єра.

Література

  1. Bulk nanostructured thermoelectric materials: current research and future prospects / A.J. Minnich, M.S. Dresselhaus, Z.F. Ren [et al] // Energy Environ. Sci. – 2009. – Vol. 2. – P. 466–479.
  2. Дмитриев А.В. Современные тенденции развития физики термоэлектрических материалов / А.В. Дмитриев, И.П. Звягин // УФН. – 2010. – Т. 180, № 8. – С. 821 – 838.
  3. High-Thermoelectric Performance of Nanostructured Bismuth Antimony Telluride Bulk Alloys / B. Poudel, Q. Hao, Y. Ma [et al] // Science. – 2008. – Vol. 320. – P. 634–638.
  4. Enhancement of thermoelectric figure-of-merit by a bulk nanostructuring approach / Y. Lan, A.J. Minnich, G. Chen [et al] // Advanced Functional Materials. – 2010. – Vol. 20, no 3. – P. 357–376.
  5. Труды 6 Европейской конференции по термоэлектричеству. Л.П. Булат, В.Б. Освенский, Г.И. Пивоваров, A.A. Снарский, Е.В. Татьянин, A.A.O. Тай. – Париж, Франция, 2008. – С. I2-1 – I2-6.
  6. Влияние рассеяния на границах на теплопроводность наноструктурированного полупроводникового материала на основе твердого раствора BixSb2–xTe3 / Л.П. Булат, И.А. Драбкин, В.В. Каратаев [и др.] // ФТТ – 2010. – Т. 52, Вып. 9. – С. 1836 – 1841.
  7. L.P. Bulat, V.T. Bublik, I.A. Drabkin, V.V. Karataev, V.B. Osvenskiі, Yu.N. Parkhomenko, G.I. Pivovarov, D.A. Pshenai-Severin and N.Yu. Tabachkova, Journal of Electronic Materials 39 (9), 1650-1653 (2010).
  8. Механизмы увеличения термоэлектрической эффективности в объемных наноструктурных поликристаллах / Л.П. Булат, Д.А. Пшенай-Северин, И.А. Драбкин [и др.] // Термоэлектричество. – 2011. – № 1. – С. 14 – 19.
  9. K.F. Hsu, S. Loo, F. Guo, W. Chen, J.S. Dyck, C. Uher, T. Hogan, E.K. Polychroniadis, M.G. Kanatzidis, Science 303, 818 (2004).
  10. J.P. Heremans, C.M. Thrush, and D.T. Morelli, J. Appl. Phys. 98, 063703 (2005).
  11. G.D. Mahan, J. Appl. Phys. 76, 4362 (1994).
  12. G.D. Mahan, L.M. Woods, Phys. Rev. Lett. 80, 4016(1998).
  13. Y. Hishinuma, T.H. Geballe, B.Y. Moyzhes, T.W. Kenny. Appl. Phys. Lett. 78, 2572 (2001).
  14. U. Ghoshal, Proceedings of the XXI International Conference on Thermoelectrics (N.Y., USA, 2002), p. 540.
  15. Булат Л.П. Влияние туннелирования на термоэлектрическую эффективность объемных наноструктурированных материалов / Л.П. Булат, Д.А. Пшенай-Северин // ФТТ. – 2010. – Т. 52, Вып. 3. – С. 452 – 458.
  16. Ландау Л.Д. Нерелятивистская теория квантовой механики (Курс теоретической физики, том 3, издание 3-е) / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. – Elsevier, 2003. – 692 с.
  17. E. Burstein, S. Lundqvist (ed.) Tunneling Phenomena in Solids (N.Y., Plenum Press, 1969), 422 p.
  18. M. Bartkowiak, G.D. Mahan, Proc. Symp. Mat. Res. Soc. 545, 265 (1999).
  19. A.H. Sommer. Photoemissive Materials (Krieger, New York, 1980, 256 p.)
  20. S.A. Lindgren, L. Wallden, Phys. Rev. B 22, 5967 (1980).
  21. G.G. Magera, P.R. Davis, J. Vac. Sci. Technol. A 11, 2336 (1993).
  22. J.B. Scott, J. Appl. Phys. 52, 4406 (1981)
  23. J.P. Straley, J.Phys. D, 14, 2101 (1981).
  24. Снарский А.А. Термоэлектрические свойства макроскопически неоднородных композитов /
    А.А. Снарский, И.В. Безсуднов // Термоэлектричество – 2005. – № 3. – С. 7 – 22.
  25. Термоэлектрическая добротность объемных наноструктурированных композитов с
    распределенными параметрами / A.A. Снарский, A.К. Сарычев, И.В. Безсуднов [и др.] // ФТП – 2012 – Т. 46, № 5. – С. 677 – 683.
  26. M. Jaegle. “Multiphysics Simulation of Thermoelectric Systems – Modeling of Peltier-Cooling and
    Thermoelectric Generation” in Proceedings of the COMSOL Conference 2008 Hannover,
    http://www.comsol.com/papers/5256
  27. Гольцман Б.М. Термоэлектрические полупроводниковые материалы на о снове Bi2Te3 /
    Б.М. Гольцман, В.А. Кудинов, И.А. Смирнов. – Москва: Наука, 1972; Армейский Центр
    зарубежной науки и технологии, Шарлоттесвилль, Вирджиния, США, 1973.
  28. J.R. Drabble and R. Wolfe, Proc. Phys. Soc., London, Sect. B 69, 1101 (1956).
  29. M. Stordeur, M. Stoelzer, H. Sobotta, and V. Riede, Phys. Status Solidi B 150, 165 (1988).
  30. K.-Y. Kim, B. Lee, Phys. Rev. B 58, 6728 (1998)
  31. A. Jain, S. Rogojevic, Sh. Ponoth, W.N. Gill, J.L. Plawsky, E. Simonyi, Sh.-T. Chen, P.S. Ho. J. Appl.
    Phys. 91, 3275 (2002).
  32. C. Chiritescu, D.G. Cahill, N. Nguyen, D. Johnson, A. Bodapati, P. Keblinski, P. Zschack. Science 315,
    351 (2007).
  33. D.G. Cahill, S.K. Watson, R.O. Pohl, Phys. Rev. B 46, 6131 (1992).
  34. O. Lang, Y. Tomm, R. Schlaf, C. Pettenkofer, W. Jaegermann, J. Appl. Phys. 75, 7814 (1994).
  35. J. Nagao, E. Hatta, K. Mukasa, Proceedings of the XV International Conference on Thermoelectrics
    (Pasadena, CA, USA, 1996), p. 404

Надійшла до редакції 15.01.2013