新型薄膜材料热电性质的研究

作     者：欧阳宇楼 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈元平

授予年度：2017年

学科分类：0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0702[理学-物理学] 

主      题：格林函数 玻尔兹曼理论 热电效应 过渡金属硫化物 锡稀 

摘      要：近年来,随着低维薄膜材料的发展与制备,并且由于其优异的物理性质,例如:石墨烯超高的电子迁移率,过渡金属硫化物、硼稀和黑磷等具有天然带隙的半导体,使之成为了人们研究的重点内容。伴随人类对新能源、环保材料、热电器件的需求日益增多,因此通过理论计算来探究如何提高这些薄膜材料的热电性质,为这些新型低维材料的热电性质在日常生活、工业应用、电子器件的应用提供良好的指导就显的非常有必要。由于对热能转换的需求,人们从来没有停止过对高品质因子(ZT)热电材料的寻找。有电子带隙的单层的过渡金属硫化物(TMD)MX2(其中M是过渡金属,X是硫族元素)被研究者关注。这里,我们利用非平衡格林函数方法结合第一性原理以及分子动力学方法研究了杂化的扶手型过渡金属硫化物的热电输运性质。我们发现在温度800K时,杂化的MoS2/MoSe2有高达7.4的ZT值。除此之外,通过替换X元素的界面比替换M元素的界面能够更有效的调节材料的ZT。因为杂化结构中高的ZT值来源于界面散射:杂化界面直接的降低了热导但是却没有引起电导的很大降低。同时,为了进一步探究新型薄膜材料的热电性质。我们研究了stanene以及他衍生物的热电性质。主要通过分析自旋轨道耦合(SOC)效应对他们输运性质的影响。在这部分的工作中,我们利用第一性原理探究了他们的电子结构性质,同时用半经验的Boltzmann输运理论研究了他们的Seebeck系数,电导率,和热电功率因子。根据我们的计算,发现SnI有着显著的SOC效应,使能带打开一个带隙值为341meV的间接带隙,并且改变了他们的能带形状。SOC效应使SnI能带在(38)点的形状由抛物状变成了驼峰状,因此增加了电子态密度的有效质量,从而增大了Seebeck系数。然而,由于较弱的SOC强度,SOC效应对stanene的热电性质没有很大的影响。在这后一章节中,我们主要研究了SOC效应对stanene以及衍生物的热电输运性质的影响,为以后利用拓扑热电材料提供一定的参考意义。