1 1.上海电机学院 材料学院, 上海 201306
2 2.同济大学 材料科学与工程学院, 上海201804
3 3.山东大学 晶体材料国家重点实验室, 济南 250100
4 4.浙江大学 材料科学与工程学院, 杭州 310027
Zintl相Mg3X2(X= Sb, Bi)基热电材料以其无毒性、价格低及性能高等优点而备受关注。与多晶相比, Mg3X2晶体在揭示材料本征热电性能、各向异性性质及电声输运调控策略等方面极具研究价值。本文系统归纳与总结近年Mg3X2基晶体的生长及热电性能发展现状。针对Mg3X2晶体生长过程中Mg元素易挥发和活泼金属性的难点, 多种技术如合适的温度冷却法、定向凝固法、助熔剂法、助熔剂坩埚下降法等被开发运用于生长Mg3X2晶体, 其中助熔剂坩埚下降法在获得大尺寸块状晶体方面更有竞争力。n型和p型Mg3Sb2晶体都呈现出各向异性的热电性能。调控晶体生长速度、Mg元素自补偿含量、杂质元素掺杂与固溶含量等手段, 都会影响Mg3X2晶体的电学性能和热学性能。目前p型和n型Mg3Sb2基晶体的最高ZT值可分别达到0.68和0.82。本文综述了Zintl相Mg3X2基晶体生长与热电性能的研究进展, 发现助熔剂坩埚下降法是制备大尺寸Mg3X2基晶体的关键, 通过元素掺杂及固溶方法调控载流子浓度和能带结构可以进一步提高Mg3X2基晶体性能。该生长方法和研究思路对将来Mg3X2基晶体制备与热电性能深入研究具有重要指导意义。
Zintl相 Mg3X2 晶体生长 热电性能 综述 Zintl phase Mg3X2 crystal growth thermoelectric property review
1 上海理工大学材料与化学学院, 上海 200093
2 山东大学晶体材料国家重点实验室, 济南 250100
3 乌镇实验室, 桐乡 314500
4 上海电机学院材料学院, 上海 201306
5 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 201899
6 上海交通大学材料科学与工程学院, 上海 200240
Ⅲ-Ⅵ族InSe晶体是一种非常重要的化合物半导体材料, 在高性能纳米电子器件、红外光探测、光电器件及柔性电子等领域有广泛应用。本文简要介绍了In-Se相图的发展历程, InSe具有非一致熔融特性, 可通过包晶反应从准化学剂量比或非化学剂量比溶液中析晶获得, 其中In/Se摩尔比对InSe转化率有重要影响。迄今, 垂直布里奇曼法、提拉法、水平梯度凝固法、低温液相法及气相输运法等多种技术被成功用于制备InSe晶体。为全面了解InSe晶体生长的历史和现状, 本文从工艺原理、技术要点、晶体生长结果等方面将国内外相关工作进行了梳理, 并对各种方法的优缺点进行了比较。研究分析表明: 垂直布里奇曼法因对设备要求简单, 操作简易, 现已成为制备高质量大尺寸InSe晶体的主流技术; 水平梯度凝固法则在ε型InSe晶体生长方面颇具特色, 未来可在新材料性能研究与应用探索上与垂直布里奇曼法形成一定补充。
半导体 晶体生长 垂直布里奇曼法 InSe InSe semiconductor crystal growth vertical Bridgman method 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1722
金属硫化物Ag2S具有优异的物理化学性能, 在催化、传感及光电子等领域具有广阔的应用空间。本工作利用一种区熔技术制备了尺寸为?18 mm×50 mm的Ag2S并对其潜在热电性能进行了研究。Ag2S在450 K以下具有标准的α-Ag2S单斜P21/c结构, 450 K以上发生相变成为立方β-Ag2S相。Ag2S在300~650 K范围始终具有负的Seebeck系数而呈现n型半导体特征, 这主要是因为材料中存在Ag间隙离子而提供了多余电子。Ag2S的Seebeck系数在室温下约为-1200 μV·K-1, 440 K时降为-680 μV·K -1, 当转变为β-Ag2S后则大幅降至~-100 μV·K-1。α-Ag2S的电导率几乎为零, 然而在刚发生β-Ag2S相变(450 K)时, 电导率突然增加至~40000.5 S·m-1, 而后随着温度持续升高, 其值在650 K降低为33256.2 S·m-1。霍尔测试表明Ag2S的载流子浓度nH在相变时可从~1017 cm-3迅速增加到~1018 cm-3量级。α-Ag2S和β-Ag2S的总热导率κ几乎是常数, 分别为~0.20和~0.45 W·m-1·K-1。最终Ag2S在580 K获得最大ZT值0.57, 说明它是一种很有发展潜力的中温热电材料。
Ag2S 区熔 热电材料 相转变 Ag2S zone melting thermoelectric material phase transition
1 上海理工大学材料科学与工程学院，上海 200093
2 上海电机学院材料学院，上海 201306
3 中国科学院宁波材料技术与工程研究所，宁波 315201
4 上海应用技术大学材料科学与工程学院，上海 201418
SnSe晶体是一种新型低成本环境友好型热电半导体材料，近几年已成为国内外研究的热点。为了获得SnSe晶体，目前国际上主要采用垂直布里奇曼法和垂直梯度凝固法两种技术进行生长。然而该材料因具有独特的层状结构和复杂热膨胀特征，其在晶体生长过程中极易发生解理开裂，导致难以获得大尺寸晶体。为了解决高完整SnSe晶体制备难题，本团队在材料体系相图及热重分析指导下，近年来先后开发出了气相法、水平熔体法以及水平液封法等多种晶体制备技术，均成功获得了较大尺寸的SnSe晶体材料。本论文从工艺原理、技术要点、晶体生长结果等多方面对相关技术创新情况予以介绍，并将它们的优缺点进行了对比。综合评价认为水平液封法在获取高完整SnSe晶体及性能调控方面具有显著优势，未来将逐渐成为一种广受欢迎的技术。
SnSe晶体 半导体 热电 晶体生长 技术创新 SnSe crystal semiconductor thermoelectric crystal growth technique innovation
上海电机学院 机械学院， 上海 200245； 中国科学院 激发态物理重点实验室 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033
利用气相输运方法，在(111)面硅衬底上制备了名义上原子数分数为2%的Li掺杂的ZnO纳米棒(样品A)。作为比较，我们在相同的生长条件下制备了没有任何掺杂的ZnO纳米棒(样品B)。XRD分析测试表明:样品A和样品B中的ZnO纳米棒具有纤锌矿六边形结构，没有其他氧化物，例如Li2O。Hall效应测量表明:样品A导电类型为p型,空穴载流子浓度为6.72×1016 cm-3，空穴载流子迁移率为2.46 cm2·V-1·s-1。样品B为n型，电子载流子浓度为7.16×1018 cm-3，电子载流子迁移率为4.73 cm2·V-1·s-1。低温光致发光光谱测试表明，样品A和样品B发光峰明显的区别是位于3.351 eV(样品B)和 3.364 eV(样品A)处。根据文献报道，在没有掺杂的ZnO中，3.364 eV发光峰源于施主束缚激子发光。通过变温光致发光光谱的测试，证明了在样品A中，位于3.351 eV的发光峰源于受主束缚激子发光，其光学受主能级位于价带顶142 meV处。
氧化锌纳米棒 霍尔效应 ZnO nanorods hall effect PL PL
