原创《基于第一性原理N型InGaN电子结构和热电性质计算》：这篇第一性原理论文范文为免费优秀学术论文范文,可用于相关写作参考。
摘 要：熱能能够通过热电材料的载流子作用转换成电能,过程中无任何污染,进而缓解能源问题的同时保护了环境.目前热电材料的研究是当代的一个热点,最核心的是解决热电材料的转换率,其实质就是提高热电材料的热电优值（ZT值）.第三代宽禁带半导体中的氮化物,具有较高的塞贝克系数,是很有潜力的热电材料,但是由于热导率较高导致了ZT值较低,这里对GaN进行了In元素的合金化,对其热电性质进行优化.计算主要采用了第一性原理和玻尔兹曼理论,对N型InGaN的电子结构和热电性质进行了计算,结果做到到InGaN的ZT值在1100 K时达到了0.048,和已知GaN的ZT值相比性能提高了153%,合金化显著的提高了氮化物的热电转换效率.
关键词：InGaN；第一性原理；热电优值
1 绪论
现如今的能源问题越来越严重,环境问题也变成了首要的焦点,对于能源和环境的治理是全世界都密切重视的问题.热电材料可以利用载流子的作用将热能和电能之间进行转换,但是由于热电材料将热能转换成电能的效率不高,使做到其没有能够普遍应用到实际中,目前寻找高转换效率的热电材料成为目前研究的重点.[1]本文通过对三族氮化物GaN进行In元素的合金化,对其合金进行热电性质的计算研究.
2 研究方法
本文采用平面波赝势的方法对InGaN的晶体结构进行优化计算,图1是计算采用的晶胞示意图.在模拟计算中,采用广义梯度近似PerdewBurkeErnzerhof （GGAPBE）形式的交换关联泛函,[2]体系的总能量小于5×106 eV/atom,每一个原子上的作用力小于0.01 eV/A.,计算中所采用的K网格密度为MonkhorstPack形式的5×5×3的网格.
热电性质的计算采用的K点为21×21×21的MonkhorstPack型的网格,然后采用基于玻尔兹曼理论的BoltzTraP软件进行热电性质的计算.[3]
3 输运性质
图2是N型InGaN塞贝克系数随载流子浓度的变化关系.如图2所示InGaN的塞贝克系数随载流子的增加逐渐增加,在1100 K时,出现了先减小后增加的趋势,主要是由于禁带宽度小所致.[4]
图3是N型InGaN的ZT值随载流子浓度的变化关系趋势.如图3所示,InGaN的ZT值呈现了先增加后减小的趋势,出现了最大值,在载流子浓度一定时,ZT值在温度增加时出现了增加的趋势.在温度为1100 K时,ZT值的最大值为0048.对比以前报道的N型GaN的ZT值0.019,[5]性能的提升了153%.
4 总结
本文采用第一性原理和玻尔兹曼理论对InGaN合金进行了电子结构和热电性质的计算,计算结果显示N型InGaN的ZT值为0.048相对报道的GaN的ZT值提升了153%,可以有效的说明,合金化对氮化物的热电性质的提升比较显著.
参考文献：
[1]Sztein A,Haberstroh J,Bowers J E,Denbaars S P,Nakamura S 2013J.Appl.Phys.113 021102.
[2]Tong H,Zhao H,Tansu N 2009Proceedings of SPIE The International Society for Optical Engineering 6 309.
[3]Ong K P,Singh D J,Wu P 2011Phys.Rev.B 83 115110.
[4]Parker D,Singh D J 2010J.Appl.Phys.108 083712.
[5]Singh D J,Mazin I I 1997Phys.Rev.B 56 R1650.
第一性原理论文参考资料：
结论：基于第一性原理N型InGaN电子结构和热电性质计算为关于本文可作为第一性原理方面的大学硕士与本科毕业论文第一性原理论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
