利用晶体结构工程提升GeSe化合物热电性能的研究

• 作者: 胡威威 孙进昌 张玗 龚悦 范玉婷 唐新峰 谭刚健
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: GeSe 晶体结构工程 热电性能 半导体
• 年，卷（期）: 2022,（4）
• 所属期刊栏目: 凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质|CONDENSED MATTER: ELECTRONIC STRUCTURE, ELECTRICAL, MAGNETIC, AND OPTICAL PROPERTIES
• 页码范围: 203-212
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.71.20211843

摘要

在热电研究领域,GeSe是一种二维层状结构具有较大带隙的半导体,本征载流子浓度低,热电性能差.在本工作中,采用熔融淬火结合放电等离子活化烧结工艺制备了一系列的GeSe1-xTex(x=0,0.05,0.15,0.25,0.35,0.45)多晶样品,研究了Te含量对GeSe化合物物相结构和热电输运性能的影响规律.结果表明:随着Te含量的增加,GeSe的晶体结构逐渐由正交相向菱方相转变,使得材料的带隙降低,载流子浓度和迁移率同步增加;同时,晶体对称性的提高增加了化合物的能带简并度,有效提高了载流子有效质量.在这些因素的共同作用下,菱方相GeSe的功率因子比正交相GeSe提高约2—3个数量级.此外,菱方相GeSe具有丰富的阳离子空位缺陷以及铁电特性所导致的声子软化现象,这导致其晶格热导率比正交相GeSe降低近60％.当Te含量为0.45时,样品在573 K取得最大热电优值ZT为0.75,是本征GeSe样品的19倍.晶体结构工程是提升GeSe化合物热电性能的有效途径.