ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ (Bi2Te3)1-Х (ТlGaTe2)X

1, 2, 3, 1.

1Азербайджанский Технический Университет, Баку

2Азербайджанский Государственный Педагогический Университет, Баку

3Нахичеванский Государственный Университет, Нахичевань

Е – mail: *****@***com

Соединения типа и являются перспективными материалами твердотельной электроники и они нашли применение в термо - и фотоэлектрических преобразователях, в переключающих устройствах с памятью, в приборах тензо - и теплометрии и т. д. Поэтому стабилизация состава и исследование свойств этих соединений и сложных составов с их участием представляет определенный научно-практический интерес. В данном сообщении приводятся результаты исследования температурных зависимостей термоэлектрических параметров двух составов [(Bi2Te3)0,99(ТlGaTe2)0,01 и (Bi2Te3)0,98(ТlGaTe2)0,02] твердых растворов на основе Bi2Te3, обнаруженных в [1].

На рис.1 представлена температурная зависимость удельной электропроводности сплавов твердых растворов (Bi2Te3)1-х(ТlGaTe2)x. Во всем температурном интервале характер зависимости для обоих составов полуметаллический. Выше ~450К наблюдается резкий рост электропроводности, что видимо, связано с наступлением собственной области проводимости. Изменение значений термической ширины запрещенной зоны с составом исследуемых твердых растворов приведено в верхней части рис.1. Можно считать, что увеличение ширины запрещенной зоны по сравнении с исходным полуторателлуридом висмута связано с дефектностью структуры приводящее к усилению степени локализации замещающих атомов [2] в твердом растворе (Bi2Te3)1-х (ТlGaTe2)x.

Рис1. Температурная зависимость удельной электропроводности сплавов (Bi2Te3)1-х (ТlGaTe2)x

и изменение значений ширины запрещенной зоны от состава твердых растворов на основе Bi2Te3.

Температурная зависимость коэффициента термо.-э. д.с. исследуемых сплавов приведены на рис.2. Как видно изменение a по температуре более сильное чем изменение этого параметра полупроводников с простой зонной структурой. В интервалеК термо-э. д.с. линейно растет и качественно согласуется условием

где n=const. m*=const. r=0.

Однако, начиная с К начинается резкий рост a, что вероятно, является следствием влияния глубоких энергетических подзон, присущей Bi2Te3 и твердым растворам полученных на его основе [3].

По результатам Холловских исследований установлено слабое изменение подвижности до ~ 80К. При дальнейшем росте температуры для обоих составов твердых растворов проявляется закон Т-1,5. Относительно высокие температуры показали на рассеянию носителей от акустических и оптических фононов.

Рис.2. Температурная зависимость коэффициента термо.-э. д.с. сплавов

твердых растворов (Bi2Te3)1-х (ТlGaTe2)x

Такой механизм доминирует до температуры Дебая, которая для обоих составов имеет значение в пределе qД»(155-155,5)K. Ниже этой температуры для состава (Bi2Te3)0,99(ТlGaTe2)0,01 характерен закон ~ Т - 0,5, а для (Bi2Te3)0,98 (ТlGaTe2)0,02 закон Т-0,4. Учитывая значения факторов рассеяния, а также по теоретическим и экспериментальным значениям коэффициента термо-э. д.с. определен химический потенциал и оценен коэффициент вырождения электронного газа (b=0,4) в образцах. Результаты исследований других кинетических параметров твердых растворов (Bi2Te3)1-х(ТlGaTe2)х выявило, что при установлении механизма явления переноса заряда и тепла определяющим фактором является катионное замещение [4]. Для обоих составов твердых растворов на основе Bi2Te3 рассчитаны значения термоэлектрической мощности (a2s). Для состава (Bi2Te3)0,99(ТlGaTe2)0,01 при комнатной температуре a2s » 0,3 × 10-6 ВТ/см К2, а при 600 К a2s » 3,2 × 10-6 ВТ/см к2. Используя эти данные, а также температурную зависимость общей теплопроводности (где установлено, что в исследуемых составах доминирующим механизмом переноса тепла является трехфонные процессы) рассчитаны значения термоэлектрической эффективности. Температурная зависимость этого параметра для состава (Bi2Te3)0,98(ТlGaTe2)0,02 представлена на рис.3. Как видно, значения Z при 300-600К не высокие. Но с дальнейшем ростом температуры термо­электрическая эффективность по абсолютной величине может превышать единицы. Если учесть, что в других твердых растворах полученных на основе полутора теллурида висмута, нашедших применение в термоэлектрических преобразователях значение Z колеблется в пределе (0,6 ¸ 1,1)×10-3К-1[5], то полученные в наших исследованиях данные термо­электрической эффек­тивности для сплавов (Bi2Te3)1-х(ТlGaTe2)x считаются при­емлемыми.

Рис. 3. Температурная зависимость коэффициента термоэлектрической эффективности

твердого раствора (Bi2Te3)0,98 (ТlGaTe2)0,02

Таким образом, можно констатировать, что особенности термоэлек­трических свойств твердых растворов (Bi2Te3)1-х(ТlGaTe2)x характеризуются сложной зонной структурой, присущей соединению Bi2Te3 и твердым растворам полученным на его основе. При анализе поведения кинетических параметров необходимо учитывать природу катионного замещения элементов в твердых растворах полученных на основе Bi2Te3.

ЛИТЕРАТУРА

1. , Сеидов диаграмма и электрофизические свойства сплавов системы Bi2Te3-ТlGaTe2. Неорган. материалы, 2005. т.41. №7. с.285-286.

2. Parthe E. Z. Kristallogr, 1963.vol.119.№ 000.p.1962.

3. ,, Смирнов термоэлектрические материалы на основе Bi2Te3. M., Наука, 1972, 320с.

4. , , Сеидов малых добавок ТlGaTe2 на свойства Bi2Te3. Труды IX Республиканской научной конф. «Физико-химический анализ и неорган. материаловедение. Баку, 2004, «TI Media», с.139-141.

5. Анатычук и термоэлектрические устройства (Справочник) Киев, Наукова Думка., 1979,766 с.