超薄 Si 纳米线热电功率因子的数值研究
材料科学
2012-01-31 v1
摘要
低维结构因其热导率 {\kappa}l 的急剧降低而展现出改进的热电 (TE) 性能。这一现象已在多种材料中观察到，甚至包括传统上热电性能较差的硅。除了 {\kappa}l 的降低外，热电优值 ZT 的进一步提升可能源于热电功率因子。在本工作中，我们将弹道 (Landauer) 和扩散线性化 Boltzmann 电子输运理论与原子级 sp3d5s*-自旋轨道耦合紧束缚 (TB) 电子结构模型相结合。我们计算了窄一维 Si 纳米线 (NWs) 在室温下的电导率、Seebeck 系数和功率因子。我们描述了将 TB 与这些输运形式耦合的数值公式、所涉及的近似，并解释了从每种模型获得的结论差异。我们研究了截面尺寸、输运取向和限制取向的影响，以及不同散射机制的作用。我们表明，这种方法可以为模拟域中包含数千个原子且长度尺度超过 10nm 的结构提供稳健的结果，并指出了利用长度尺度和几何形状作为设计自由度的深刻设计方向。我们发现，低维效应对于 Si NWs 热电功率因子的影响在直径低于 ~7nm 时可被观察到，且量子限制和不同的输运取向为功率因子优化提供了可能性。
引用
@article{arxiv.1201.6032,
title = {Numerical study of the thermoelectric power factor in ultra-thin Si nanowires},
author = {Neophytos Neophytou and Hans Kosina},
journal= {arXiv preprint arXiv:1201.6032},
year = {2012}
}
备注
42 pages, 14 figures; Journal of Computational Electronics, 2012