ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА ТА ПРИСТРОЇ З ПОЗИЦІЙ УЗАГАЛЬНЕНОЇ МОДЕЛІ ТРАНСПОРТУ ЕЛЕКТРОНІВ

Ю. О. Кругляк, М. В. Стріха

Анотація


У навчально-методичній статті, орієнтованій на дослідників, викладачів та студентів вищої школи, з позицій узагальненої транспортної моделі Ландауера – Датти – Лундстрома в концепції «знизу – вгору» розглядаються термоелектричні явища Зеєбека і Пельтьє і якісно обговорюються закон Відемана – Франца, числа Лоренца і основні рівняння термоелектрики з чотирма транспортними коефіцієнтами (питомий опір, коефіцієнти Зеєбека і Пельтьє та електронна теплопровідність). З тих же позицій на прикладі 3D резистора в дифузійному режимі аналізується робота термоелектричних охолоджувача і генератора енергії як з урахуванням лише електронів як реальних носіїв струму, так і в рамках умоглядної, але зручної «діркової» моделі, вводяться і визначаються поняття ефективності роботи, коефіцієнта корисної дії, фактора потужності і добротності термоелектричних пристроїв і розглядається, яким чином транспортні коефіцієнти залежать від властивостей електротерміків. Продемонстрована якісна залежність коефіцієнта Зеєбека та електронної провідності від положення рівня Фермі відносно дна зони провідності. Показана також максимізація фактора потужності поблизу дна зони провідності. По мірі того як рівень Фермі наближається до дна зони провідності знизу, а потім рухається вгору по зоні провідності, коефіцієнт Зеєбека зменшується. У той же час електронна провідність зростає за рахунок появи все більшого числа мод провідності. Їх добуток є фактор потужності, який максимальний в районі дна зони провідності. Положення максимуму для конкретного електротерміка залежить від особливостей зонної структури провідника і фізики розсіювальних центрів. Показано, чому на практиці намагаються шляхом допування напівпровідника змістити рівень Фермі ближче до дна зони провідності.


Ключові слова


нанофізика; наноелектроніка; термоелектричні явища; термоелектричні пристрої

Посилання


Yu. O. Kruhlyak, N. Yu. Kruhlyak, M. V. Strikha, Uroky nanoelektroniky: Vynyknennya strumu, formulyuvannya zakonu Oma i mody providnosti v kontseptsiyi «znyzu – vhoru», Sensor. elektr. mikrosyst. tekhn. Vol. 9, No 4, 5 – 29 (2012).

Yu. O. Kruhlyak, M. V. Strikha, Uzahal’nena model’ elektronnoho transportu v mikro- i nanoelektronitsi, Sensor. elektr. mikrosyst. tekhn., Vol. 12, No 3, 4-27 (2015).

A. F. Ioffe, Semiconductor Thermo-elements and Thermoelectric Cooling (London: Infosearch: 1957).

L. I. Anatychuk, Termoehlementy i termoehlektricheskie ustrojstva (Kiev: Naukova dumka: 1979).

L. I. Anatychuk, V. A. Semenyuk, Optimal’noe upravlenie svojstvami termoehlektricheskih materialov i pri-borov (Chernovcy: Izd-vo «Prut»: 1992).

L. I. Anatychuk, L. P. Bulat, Polupro-vodniki v ehkstremal’nyh temperaturnyh usloviyah (S.Peterburg: Nauka: 2001).

L. I. Anatychuk, Termoehlektrichestvo. T. 2. Termoehlektricheskie preobrazovateli ehnergii (Kiev – Chernovcy: Institut termoehlektrichestva, Tip. izd-va “Bukrek”: 2003).

L. I. Anatychuk, Termoehlektrichestvo. T. I. Fizika termoehlektrichestva (Kiev – Chernovcy: Institut termoehlektri-chestva, Tip. izd-va “Bukrek”: 2009).

N. Ashkroft, N. Mermin, Fizika tverdogo tela (M: Mir:1979).

G. D. Mahan, M. Bartkowiak, Appl. Phys. Lett., 74, № 7: 953-954 (1999).

A. C. Smith, J. Janak, R. Adler, Electronic Conduction in Solids (New York: McGraw-Hill: 1965).

L. Onsager, Phys. Rev., 37, № 4: 405 – 426 (1931).

Instytut termoelektryki NAN Ukrayiny i MON Ukrayiny: www.inst.cv.ua.

A. Majumdar, Science, 303: 778 – 779 (2004).

M. Dresselhaus, G. Chen, M. Tang, R. Yang, H. Lee, D. Wang, Z. Ren, J.-P. Fleureal, P. Gogna, Adv. Materials, 19, № 8: 1043-1053 (2007).

A. J. Minnich, M. S. Dresselhaus, Z. F. Ren, G. Chen, Energy and Environmental Science, 2: 466-479 (2009).

M. Hode, IEEE Trans. Components Packaging Technologies, 28: 218-229 (2005).

M. Hode, IEEE Trans. Components Packaging Technologies, 30: 50-58 (2007).

M. Hode, IEEE Trans. Components Packaging Technologies, 33: 307-318 (2010).

M. Lundstrom and C. Jeong, Near-Equilibrium Transport: Fundamentals and Applications (Hackensack, New Jersey: World Scientific Publishing Company: 2013; www.nanohub.org/resources/11763).




DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2015.4.107774

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Copyright (c) 2015 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

ISSN 1815-7459 (Print), 2415-3508 (Online)