Bi tabanlı yarıiletken malzemelerin termoelektrik özelliklerinin boyuta bağlı olarak değişiminin incelenmesi
Investigation of size dependent thermoelectric properties ofBi based semiconductor materials
- Tez No: 859171
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞİNASİ BARIŞ EMRE
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ankara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 72
Özet
Bu tez çalışmasında, magnetron saçtırma yöntemi ile farklı kalınlıklarda p-tipi (BiSb)2Te3 ince filmler üretilmiştir. Üretim parametreleri optimize edilmiş ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yüzey ve kompozisyon analizi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen filmlerin kompozisyonu Bi0.9Sb30.5Te60.5 olarak belirlenmiş ve 50 nm kalınlığında Cr tohum tabakası üzerine 150 nm, 500 nm, 1µm, 2µm kalınlığında büyütülmüştür. Büyütülen filmlerin yapısal analizleri X-ışını kırınımı (XRD) ile incelenmiş ve kristal yönelimleri belirlenmiştir. R-3m hegzagonal fazda kristallenen filmlerin ana yönelim düzlemi (015) olarak analiz edilmiş ve parçalı yönelimler kalınlık azaldıkça artış göstermiştir. Taşınım parametreleri olarak Seebeck katsayısı ve elektriksel iletkenlik sıcaklığa bağlı olarak LSR-3 sisteminde ölçülmüş ve elde edilen datalara bağlı olarak güç faktörleri (PF) hesaplanmıştır. Taşınım parametrelerinin hesapları için BiSbTe3 sistemi seçilmiş, yapısal optimizasyon yoğunluk fonksiyoneli teorisi (DFT) ile hesaplanmıştır. Elde edilen yapının katman kalınlığı 7.48 nm olacak şekilde optimize edilmiş ve farklı katman kalınlıklarında taşınım parametreleri Boltzmann taşınım denklemleri (BTE) ile çözülmüştür. Teorik hesaplamalar ile katman kalınlığına bağlı elektriksel bant yapıları ve elektriksel taşınım parametreleri hesaplanmıştır. Yığın (bulk) yapıdan tek katmanlı yapıya doğru gidildiğinde bant aralığının azaldığı bulunmuş, benzer şekilde güç faktöründe azalış hesaplanmıştır. Cr tohum tabakası termoelektrik özellikleri arttırmış ve kalınlık azaldıkça güç faktöründe artış gözlenmiştir. Maksimum PF değeri 150 nm film için ölçülmüş ve 91.5 mW/mK2 olarak bulunmuştur. Cr tohum tabakası ile termoelektrik özelliklerin geliştirildiği literatüre kazandırılmıştır
Özet (Çeviri)
In this thesis study, p-type (BiSb)2Te3 thin films of varying thicknesses were fabricated using the magnetron sputtering technique. The syntesized parameters underwent optimization, and surface and composition analyses were conducted using a scanning electron microscope (SEM). The composition of the obtained films was identified as Bi0.9Sb30.5Te60.5, and they were grown on a 50 nm thick Cr seed layer at thicknesses of 150 nm, 500 nm, 1µm, and 2µm. Structural analyses of the grown films were performed via X-ray diffraction (XRD), revealing the main orientation plane (015) of the films crystallized in the hexagonal phase, predominantly showing R-3m orientation, with segmented orientations increasing as the thickness decreased. Transport parameters, namely Seebeck coefficient and electrical conductivity, were measured using the LSR-3 system at various temperatures, and power factors (PF) were computed based on the collected data. The BiSbTe3 system was employed to calculate transport parameters, while structural optimization was carried out using density functional theory (DFT), determining an optimized layer thickness of 7.48 nm. The resulting structure's transport parameters at different layer thicknesses were resolved using Boltzmann transport equations (BTE). Theoretical calculations were utilized to determine electrical band structures and electrical transport parameters relative to layer thickness. It was observed that transitioning from the bulk structure to the single-layer structure led to a reduction in the band gap, correlating with a similar decrease in the calculated power factor. The inclusion of the Cr seed layer augmented the thermoelectric properties, showcasing an increase in the power factor as the thickness decreased. The maximum PF value, measuring 91.5 mW/mK2, was recorded for the 150 nm film. The literature has contributed evidence that the thermoelectric properties are enhanced with the inclusion of the Cr seed layer.
Benzer Tezler
- Optimization of the electronic, thermal and mechanical properties of Bi2Te3-based room temperature thermoelectric materials
Oda sıcaklığında kullanılan bizmut tellür tabanlı termoelektrik malzemelerin elektrik, ısıl ve mekanik özelliklerinin optimizasyonu
KIVANÇ SAĞLIK
- Bir termoelektrik modülün matematiksel modellenmesi
The mathematical modelling of a thermoelectric module
MEHMET HAN İZGİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDAT BALLIKAYA
- Novel design-based complex nanostructures in hybrid core-shell architectures for high-efficiency light generation
Yüksek verimli ışık üretimi için melez çekirdek-kabuk mimarili yenilikçi dizayn temelli kompleks nanoyapılar
İLKEM ÖZGE ÖZEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Çamaşır makinası uygulamasında gan yarı iletkenanahtarlar ile yüksek güç yoğunluklu ve verimlievirici tasarımı
Design of high efficiency and high power densityinverter using gan semiconductors for washing machine
TANER YAZICI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT YILMAZ
- III-V grubu yarıiletken malzeme tabanlı ince film beta (β) voltaik hücrelerin tasarımı ve modellenmesi
Design and modeling of III-V group semiconductor material based thin film βeta (β) voltaic cells
SAMET ÖZDEMİR
Doktora
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA KULAKCI