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20xx-20xx年熱電系數(shù)測量-文庫吧資料

2024-11-16 12:53本頁面
  

【正文】 范文最新推薦 40 經(jīng)常碰頭,有問題及時研究解決。全年共召開民主生活會 2 次,均取得了良好效果,大家普遍反映心更近了,關(guān)系更融洽了,工作氛圍更加和諧了,團(tuán)隊的力量更加強(qiáng)大了。堅持嚴(yán)肅認(rèn)真地進(jìn)行黨員民主評議工作,切實(shí)解決黨支部、黨員中存在的問題和不足,努力提高全體黨員的思想認(rèn)識,為圓滿完成全年的各項工 作,提供思想保證。 一、努力加強(qiáng)黨支部的思想建設(shè)、組織建設(shè)和作風(fēng)建設(shè) :在工會全體黨員中繼續(xù)深入學(xué)習(xí)鄧小平理論和 “ 三個代表 ” 的重要思想。 范文最新推薦 39 工會黨支部工作總結(jié) [工會黨支部工作總結(jié) ] xxxx 年,我們工會黨支部在師直黨工委的正確領(lǐng)導(dǎo)下,認(rèn)真學(xué)習(xí)貫徹 “ 三個代表 ” 重要思想,學(xué)習(xí)黨的十六屆四中全會精神,自覺用 “ 三個代表 ” 重要思想指導(dǎo)工作,進(jìn)一步加強(qiáng)黨支部的建設(shè),在工作中較好的發(fā)揮了政治核心和戰(zhàn)斗堡壘作用,工 會黨支部工作總結(jié)。 B)樣品 電導(dǎo)率 在 B中顯示。 圖 : A)測量 不同摻雜 度 的 10nm硅納米線的 ZT值。在這里我們證明了,在焊板的溫度范圍內(nèi), ZT值在 ~時,是可能為 p型 10nm和 20nm寬的硅納米線,這個值比體硅的值高出 100倍以上。納米材料的熱電性能一般在熱電效率上優(yōu)于塊體材料,已被好幾個團(tuán)體人員證實(shí)。 上面描述的結(jié)果再次確認(rèn)了,熱電領(lǐng)域?qū)O大的受益于新興的納米技術(shù)的進(jìn)步。我們相信, 一維聲子限域延長了長波聲子的壽命, 推定支持 聲子 空穴 散射。然而,當(dāng)納米線的參雜 率 減少到 ~5*1019厘米 并處于 150K到 300K的溫度下時,聲子曳引貢獻(xiàn)率令人驚訝地提高了熱電勢(圖 ) ,并在 200K的溫度下 ZT值 高于 (圖 )。因此,如圖 , 10納米 簡并摻雜 硅納米線的 ZT值,在室溫下接近 1,并隨著溫度的提升而加快增長,直到得到可觀的 熱導(dǎo)率 。 任何雜質(zhì)含量低于這個水平 的 縮減,或通過干蝕刻法 稀釋簡并摻雜納米線將會產(chǎn)生電導(dǎo)率的急劇下降以及相應(yīng) ZT值 的 縮減(圖 )。主要的挑戰(zhàn)是如何控制硅納米線的電 導(dǎo)率 ,特別是直徑小于 20納米的硅納米線,其電導(dǎo)率 與體硅相比出現(xiàn)明顯的降低 (圖 )。熱 導(dǎo)率 的降低,是硅納米線能效提升的首要原因。圖例左列由左側(cè) Y軸標(biāo)注(灰色圓圈、黑色實(shí)心方塊、空心方塊);圖例右列由右側(cè) Y軸標(biāo)注(黑色三角形和空心三角形) 我們相信, 10納米和 20納米硅納米線的電子性能是三維 材料的 性能 ,而 一維 DOS論證 則不適用于這種情況。 圖 : 20nm硅納米線與 500nm*20nm體 硅的優(yōu)值比較圖。特別是與熱電優(yōu)值表現(xiàn)低劣的體硅相比,由單晶硅制成的納米材料在 ZT數(shù)值上展現(xiàn)出了超過兩個幅值的優(yōu)勢(見圖 )。最為重要的是,由于高參雜濃度(數(shù)據(jù) ),這些電線的絕大多數(shù)的電導(dǎo)性能保 持了下來。如圖 所示,重度參雜的納米線顯示的是在高溫 (200300K)下的 聲子曳引 。 如上所述,重度參雜的硅的 聲子曳引 很小,是因?yàn)?曳引 聲子的生命力短。如圖所示,僅 T線值可以觀察到。這說明了聲子 曳引 能解釋所觀察到的熱電勢現(xiàn)象。各系數(shù)為 a = μV/K2, b = μV/K and ΘDebye = 534 K 。黑色曲線恰當(dāng)?shù)仫@示了紅點(diǎn)所示的熱電壓 總數(shù)。最大誤差和有效值誤差分別為 μV/K 和 μV/K 。最大的誤差為 μV/K , 有效值 誤差為 μV/K 。20nm寬,參雜值為 n=3e19 cm3的電線,在高溫 (T200K)下 的數(shù)值符合此表達(dá)。因?yàn)楣?ΘD=640K ,完整的 玻色 愛因斯坦 表達(dá)應(yīng)適用在溫度低于 300K的情況下。因此能分散長波長的聲子 曳引 的翻轉(zhuǎn)聲子數(shù)量擁有了 玻色 愛因斯坦 功能。 翻轉(zhuǎn) 分散需要一個聲子至少有也一個 倒易晶格矢量 的大小。 普通的聲子分散保存晶體的動力,因而不易分散熱量。比格間距更短的聲子波長才參與到聲子 曳引 。才能參與聲子曳引 。 硅 的 聲 速 為cL=105 cm/s, 結(jié)果為 ωLA=cLk=1013 sec 1,能量為?ω LA= eV=129K。 其 波 長 為 λph=2π/k=31 197。由空穴分散而刺激聲子分子參與到聲子 曳引 中的 最大動力顯示為縱向矢量 kLA=2kf= 197。 對于 P型硅,空穴接近最大值 k=0 (Γ point) 。在溫度低于 20K下,聲子分散長度從聲子具體熱量 (~T3)融合到樣本維度 Sph~T3。 在低溫下,也能觀察到金屬中的聲子 曳引 。 這種現(xiàn) 象并未在 500nm寬的樣本中觀察到。每一樣本的參雜等級如圖所示。這代表了聲子 曳引 與熱電勢有關(guān)。隨著溫度從 300K下降,熱電勢呈現(xiàn)了增長,達(dá)到最大值 150K到 200K,然后下降到低于 150K。所有特意參雜 (≥1020cm 3)的硅納米線都呈現(xiàn)了 ST關(guān)系,代表了在熱電勢中,載流子分散起主導(dǎo)作用。在這種情況下,熱電勢完全取決于載流子的分散 (Se),而對于金屬,特意參雜的半導(dǎo)體,如莫特公式所示: 其中, 導(dǎo)體的導(dǎo)數(shù)對數(shù)是能量級的倒數(shù),能量級會變化。 熱電勢和聲子 曳引 塊狀硅的熱電勢主要取決于參雜濃度。這大大地支持了原先的發(fā)現(xiàn),即在 1D 納米線中,聲子界限分散主導(dǎo)了熱量的傳送。在室溫下, 520nm 寬( 35nm厚)的電線的熱導(dǎo)性能為 112 Wm1K1,與塊狀數(shù)據(jù)相同。在測量完成之后,通過降低電導(dǎo)性能(圖 )及 SEM圖樣(圖 ),確認(rèn)了用 XeF2 選擇性地去除納米線。因此,我們獲得了氧化的納米線和僅僅氧化的電線的熱導(dǎo)性能的數(shù)據(jù)(圖 )。這些納米線有矩形的橫截 面,且由于 反應(yīng)離子刻蝕 ,比起 VLS 硅納米線,擁有更粗糙的燃面。 圖 : 不同寬度,重參雜 (~1e20 cm3)的硅納米線所測量到的溫度特性: 520nm(黑色圓圈 ), 25nm(灰色三角形 )還有15nm(灰色三角形 )。如理論所預(yù)測, 1D硅納米線的熱導(dǎo)性能大大地下降了。懸浮在氧化薄膜上, 10 秒 XeF2 蝕刻之前及之后 的數(shù)據(jù) 另外,分子動力學(xué)仿真的展示比較了納米線和硅的熱導(dǎo)性能的兩個級別的下降。這個模式考慮到由于空間限制而導(dǎo)致的聲子擴(kuò)散,而聲子擴(kuò)散的不平衡分布的變化是由于分散界限而致使聲子團(tuán)速度下降以及 20nm圓形電線熱導(dǎo)性能下降。因此,通過縮小電線的直徑到 10 到 100nm,熱導(dǎo)性能也隨之急劇下降。在半導(dǎo)體中,熱量主要是由晶體振動(或 聲子相互作用)傳遞的。 熱導(dǎo)性能 如前言部分所述,熱導(dǎo)性能應(yīng)被最小化為最優(yōu) ZT值。 圖 : 電導(dǎo)性能及 10nm(三角形 )和 20nm(圓形)硅納米線在 ~5e18 cm3情況下,與 μm t 厚的 Si3N4層簡并之前和之后的溫度。然而,我們?nèi)孕枳龈嗟墓ぷ鱽砣媪私鈶?yīng)變硅對熱電性能的影響。隨著硅體被應(yīng)變,10nm硅納米線的電導(dǎo)性能產(chǎn)生了更為劇烈的變化。我們把這種概念適用在硅納米線中,期望硅晶體與應(yīng)變硅的 簡并 能提高電導(dǎo)性能,但對熱電勢產(chǎn)生極小的影響。 雅各布森 等所展示的是在恰當(dāng)?shù)膽?yīng)變硅中,作為外層應(yīng)用電磁場 (E),其折射系數(shù) (n)呈現(xiàn)線性變化。將Si3 N4 層涂在硅的表層,融合 滲氮 層 ,擴(kuò)散到底層的硅層。找到提高低參雜的納米線的電導(dǎo)性能,而不影響 塞貝克系數(shù) 的方法將有益于改善其性能。如下文所闡釋的,這將是為什么目前 10nm寬的硅納米線在低于 1020 cm3的情況下參雜,其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)低于 20nm寬的硅納米線的主要原因。其電 導(dǎo)性能的減小不僅是由于納米線的橫截面的減小。其變化幅度設(shè)為 N1/2。顯然, 10 nm寬的納米線和 20nm寬的納米線的電導(dǎo)率的最大差異是由于載體流子分散的界限和參雜原子的數(shù)量浮動引起的。另一方面,在摻雜低于 1020 cm3的情況下, 10 nm的寬型硅納米線通常會像半導(dǎo)體;它們的電導(dǎo)性能隨著 ~ea/T而變化。) 在計算電導(dǎo)率時,我們假設(shè)納米線為 10 nm厚,因?yàn)殡s摻雜擴(kuò)散方法(第一章)產(chǎn)生了最上 10納米薄膜的絕大多數(shù)的雜質(zhì)。 圖 : 電導(dǎo)率(每一納米線)及典型納米線(橫切面: 10 nm x 10 nm(正方形), 20 nm x 10 nm(圓形) 500 nm x 10 nm(三角形))的溫度特性。因此,我們選擇集中于相對高雜質(zhì)濃度的,其濃度在 ~1019 和 1020 cm3之間。如方程 和數(shù)據(jù) 所示,熱電壓的小幅增加說明了將納米線的電導(dǎo)性能最大化比試圖提高Sd 可能更為有利。在柵電壓為 1V 和 1V 之間,納米線的電阻增加了兩個數(shù)量級(圖 )。我們已經(jīng)研究了具有頂澆口的硅納米線中的載波調(diào)制的熱電勢影響。 摻雜 等級是一個非常重要的電子參數(shù),其在我們的系統(tǒng)中很容易調(diào)制。 其中 n0 是導(dǎo)帶 中是有效的態(tài)密度及 n 是載體的密度 (cm3)。 塞貝克系數(shù) 由 線性回歸分析法 獲得,由豎線代表。插圖: SEM 圖樣展示的是 Pt 電極脫離 10nm 厚含 Al2O3 電介質(zhì)的納米線 B) 最高柵電壓的熱電勢調(diào)解 ΔVP/ΔT 。然而, 塞貝克系數(shù) 預(yù)計隨著 載流子濃度 的增加而減少。因此,我們通過減小電線的直徑,從而減少材料的熱導(dǎo)率。 硅納米線 的熱電性能對溫度的依賴性 如上所述, 熱電器件 的電導(dǎo)率應(yīng)該將其 優(yōu)值因子 最大化。 根據(jù) Shi等人的推導(dǎo)演示 ,兩 只溫度計之間的材料的熱傳導(dǎo)率 是: 其中 GNW代表 硅納米線的熱傳導(dǎo)。 氧化膜上的加熱器產(chǎn)生的 焦耳熱 (Qh)是由4點(diǎn)方法通過引入一個小直流電流 (50100μA) 來測量 。 兩 只 溫度計 之間 的溫度變化( ΔT h:溫度計靠近加熱器, ΔT s:溫度計 更 遠(yuǎn) 的距離 加熱器) 是 由 一個加熱器功率中的小幅增加 (通常 ? 2μ W 2點(diǎn)) 而產(chǎn)生的,并由 如上所述的 SR830鎖相放大器 測 量的 。因此, 為取代 加熱器 作為 電阻溫度計,我們制作 了與加熱器分離的 溫度計。 硅納米線各向同性干法 刻蝕是有選擇性的,并不會改變 裝置 。 在 B, C中的比 例尺為 10微米。硅納米線 在 溫度計之間 比較 明顯。 圖 : A) 硅納米線設(shè)備的 SEM懸浮在 面積 為 600微米 ? 600微米 的區(qū)域 。值得注意的是,與 XeF2蝕刻相比,樣品在測量之間不會擾動。因此,我們首先測量硅納米線的熱傳導(dǎo)以及底層氧化,在納米線的選擇性蝕刻后,我們反復(fù)測量,以獲得單獨(dú)的氧化物熱傳導(dǎo)。為克服這一問題,我們通過只懸浮含有硅納米線和兩個加熱器的一個氧化島(圖 ),并進(jìn)行兩次測量,一次帶有線及另一次不帶線。如果先將納米線懸浮,所有的后續(xù)處理步驟會引起納米線的破裂。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將加 熱器和硅納米線都懸浮是非常具有挑戰(zhàn)性的。我們的硅納米線構(gòu)建過程是自上而下的。一旦懸浮加熱器構(gòu)建起來,納米結(jié)構(gòu)就被導(dǎo)入在兩個懸浮 Si3N4薄膜中。 其他地方描述過的方法被應(yīng)用于硅納米線的熱導(dǎo)率的測量,具有幾個重大分歧。 插圖 中的 基準(zhǔn) 尺為 500 nm。外導(dǎo)線之間的電流測量和 內(nèi)導(dǎo)線 之間的 電壓 測量。 圖 : 摻雜 ? 5e19 cm3的 10納米電線的電流與電壓 ( 4點(diǎn))比較 圖。單片平面硅 /金屬觸點(diǎn) 用于 10nm的硅納米線 的接觸 電阻 的最小化(圖 C, D和 ) ,這對線摻雜為 at 1020 cm3的 范圍是特別重要的 。 硅納米線的電導(dǎo)率由 4點(diǎn) 方法 測量 ,通過 吉時利 2400源米的外 金屬導(dǎo)線 (圖 , A1A2B1B2)導(dǎo)入直流電流并測量吉時利2182A 納 伏 表 的 內(nèi) 導(dǎo) 線 的 電 壓 降 ( 圖 , TLI1,2TLV1,2TRI1,2TRV1,2) 。誤差條線是 溫度計電阻的標(biāo)準(zhǔn)偏差。插圖:溫度計電阻和全球溫度之間的線性關(guān)系, dRT/dT。兩個溫度計 對 全球溫度變化的反應(yīng)相同。對于每個加熱器的功率, 我們 收集了 80個 阻力點(diǎn), 并且其中的最后 二十 個為平均值 。所有的測量產(chǎn)生的線性函數(shù)用來 計算如下(假設(shè)左加熱器被使用了)的熱電勢: 圖 : A) 當(dāng)加熱器功率(藍(lán)色,右 Y軸)逐步增加時,兩個溫度計(黑色和紅色,左邊 Y軸)的電阻的 同步實(shí)時測量。在兩個測量中溫度計的電阻是由四個 SR830 DSP的鎖相放大器得到的,每兩個鎖相放大器測量一個溫度計。由吉時利 2400源米(圖 , HI1HI2)提供的直流電流通向加熱器,電壓由吉時利 2400( 2點(diǎn)阻力, HI1HI2)和 2182A納伏表( 4點(diǎn)阻力,HV1HV2)同時測量。 為了將作為加熱器功率的函數(shù) (WH)的熱電壓 (VP)轉(zhuǎn)換為作為溫差( dT)函數(shù)的熱電壓,我們進(jìn)行了兩個額外的測量。此外,熱電壓的 信號 總 是 和 p型材料一致的,其中 p型材料 是 以 空穴 為 主要的電荷載體 (圖 )。然而在 保持兩個電壓表的 歸一 性 時 , 也 是
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