半导体制冷器载流子的输运机理研究

发布时间：2017-06-08 07:02

  本文关键词：半导体制冷器载流子的输运机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：半导体制冷器由于有很多其他制冷方式不具备的优点,自上个世纪五十年代开始就被广泛的探索研究。目前采用体态结构的材料制成半导体制冷器已经在很多方面展开运用。进入二十一世纪,由于纳米技术的不断进步,新型的半导体制冷材料和元器件被不断的开发出来。本文结合计算机仿真模拟方法和实验测试,对半导体制冷器的相关问题进行了研究。首先,本论文对半导体制冷的研究现状和发展瓶颈进行了归纳总结以及对出现的新型半导体制冷方法进行了介绍,并对半导体制冷的关键优值系数ZT进行了相关的数学推导。运用数学计算软件,基于晶格动力学理论建立仿真模型,通过对半导体超晶格材料的声子态密度以及声子谱展开研究。发现对其态密度来说,当原子层数增多时,低谷和高峰的数目同时增多,而且高峰和低谷还与范霍夫奇点相对应,沿着高频方向移动,造成这一原因是与布里渊区的边界和中心的区域效应有紧密的关系。从声子谱图中我们可以得出随着原子层数的增加,晶格振动的模式也会随着增加。当半导体超晶格为???nnn?????5,4,3,2?结构时,一共存在2n个简并度,这里面包含有个n光学支简并度与n个声学支简并度。其次,参考典型的半导体制冷器,与电致发光制冷相结合,开发出一种新型的半导体制冷器。发现只要电致发光元器件的光输出功率大于电输入功率,就可以实现制冷。然后对电致发光的基本原理、器件材料和结构进行了一定的调查研究,使用液相外延(LPE)生长技术来制备电致发光制冷元器件,并给出了具体的制备过程。最后,通过实验方案,搭建实验测试平台,对电致发光体进行测试,发现在低偏压机制下,当电压kq TVB?/时,外部量子效率EQEη变得与电压独立,这样进一步减小电压可以增加能量转换效率η,通过移动窄带隙材料和提高发射器晶格温度,在低偏压机制下可用功率可以增加几个数量级;当电流比较小时,电流与外部量子效率相互独立,电压q TV kB??/造成热力学平衡的一点偏移和驱使净光子的产生;在低偏压时,外部量子效率也随温度的增加而增加,能量转换效率与光输出功率成反比,外部量子效率与电压独立以及电流电压特性呈线性关系,电致发光的能量转换效率超过100%,可以实现净制冷。验证了方案的可行性。
【关键词】：半导体制冷 载流子 晶格动力学模拟 声子谱 态密度 电致发光
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB65
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 课题来源11
• 1.2 课题的研究背景及意义11-15
• 1.3 国内外的研究现状15-20
• 1.3.1 制冷的办法15-16
• 1.3.2 半导体制冷的发展瓶颈16-17
• 1.3.3 半导体制冷的研究进展17-19
• 1.3.4 当前的研究热点以及研究方法19-20
• 1.4 主要研究内容20-21
• 2 半导体制冷器的原理及介绍21-31
• 2.1 半导体制冷器的原理21-28
• 2.1.1 热电效应21-23
• 2.1.2 半导体制冷器的构造和影响因素23
• 2.1.3 半导体制冷的相关公式23-28
• 2.2 多级半导体制冷器28-30
• 2.3 半导体制冷器的应用30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 半导体制冷材料的声子谱和态密度31-42
• 3.1 建立超晶格材料GaAs/AlAs的晶格动力学模型31-36
• 3.2 采用仿真软件Maple对其展开模拟36-37
• 3.3 半导体超晶格材料GaAs/AlAs的纵向声子谱37-39
• 3.4 半导体超晶格材料GaAs/AlAs的声子态密度39-40
• 3.5 本章小结40-42
• 4 电致发光制冷42-50
• 4.1 电致发光制冷原理概述42-43
• 4.2 电致发光制冷元器件的材料与结构43-46
• 4.2.1 电致发光制冷元器件的材料43-44
• 4.2.2 电致发光制冷元器件的结构44-46
• 4.3 电致发光器件的制备46-49
• 4.4 本章小结49-50
• 5 电致发光制冷实验及分析50-61
• 5.1 电致发光制冷测试平台50-51
• 5.2 电致发光制冷实验测试51-52
• 5.3 实验数据处理分析52-60
• 5.4 本章小结60-61
• 总结与展望61-63
• 总结61-62
• 展望62-63
• 参考文献63-69
• 致谢69-70
• 个人简历70-71

【参考文献】

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本文编号：431696