锑化物半导体材料的MOCVD生长研究及其热光伏器件的模拟分析

【摘要】： InAs_(1-x)Sb_x和Ga_xIn_(1-x)As_(1-y)Sb_y是两种典型的中红外锑化物半导体材料,前者能够通过调节组分使其禁带宽度值覆盖3～5μm和8～14μm两个大气窗口,而后者能够在与GaSb衬底晶格匹配的条件下,通过组分调节覆盖1.7～4.2μm的波长范围,引起了相关研究者对这两种锑化物半导体材料在热光伏领域的关注。本论文的主要工作分为两个方面:一,研究中红外InAsSb材料的金属有机化学气相淀积(MOCVD)生长特性。首先采用低压MOCVD系统外延生长InAsSb材料,掌握了InAsSb半导体材料的MOCVD生长方法。其次,采用多种表征手段对InAsSb外延材料进行表征。二,为设计和制作可应用于中红外波段的高性能GaInAsSb热光伏器件,进行了热光伏器件的模拟分析,通过对基于带隙为0.56eV的GaInAsSb材料的热光伏电池模型的暗电流和内量子效率的模拟,讨论了热光伏电池主要的结构和材料参数对器件性能参数的影响。通过本工作一方面掌握了InAsSb材料MOCVD生长的工艺技术,并通过对实验结果的分析讨论了各生长参数对材料性能的影响。另一方面研究器件参数对GaInAsSb热光伏电池性能的影响,进而获得高性能热光伏电池的器件参数。为今后制作基于GaInAsSb材料的热光伏器件奠定基础。 【关键词】：锑化物 InAsSb GaInAsSb MOCVD TPV 数值模拟
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TN304.055
【目录】：

• 内容提要4-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 锑化物半导体材料8-11
• 1.1.1 GaSb二元材料8-9
• 1.1.2 InAsSb材料简述9-10
• 1.1.3 GaInAsSb材料简述10-11
• 1.2 热光伏技术11-16
• 1.2.1 热光伏系统的概念描述11-13
• 1.2.2 热光伏电池的相关参数13-15
• 1.2.3 热光伏电池的研究进程15-16
• 1.3 基于锑化物的热光伏电池16-18
• 1.3.1 GaSb热光伏电池16-17
• 1.3.2 GaInAsSb/GaSb结构热光伏电池17-18
• 1.4 热光伏电池的应用价值及应用前景18-19
• 1.5 论文的主要内容及目的19-20
• 第二章 MOCVD外延设备及外延生长20-26
• 2.1 InAsSb材料的MOCVD生长20-25
• 2.1.1 MOCVD外延技术的概念和原理20-21
• 2.1.2 MOCVD生长技术的特点21-22
• 2.1.3 MOCVD设备介绍22-23
• 2.1.4 InAsSb材料的MOCVD生长23-25
• 2.2 本章小结25-26
• 第三章 材料表征及结果讨论26-34
• 3.1 成分及结构26-31
• 3.1.1 X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)26-30
• 3.1.2 X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)30-31
• 3.2 电学特性31-33
• 3.2.1 范德堡(Van de pauw)法霍尔测量31-33
• 3.3 本章小结33-34
• 第四章 GaInAsSb热光伏器件模拟34-76
• 4.1 引言34
• 4.2 GaInAsSb TPV器件模拟思路34-35
• 4.3 GaInAsSb材料光学系数的模拟35-40
• 4.3.1 理论分析36-38
• 4.3.2 GaInAsSb相关参数38-39
• 4.3.3 吸收系数的计算公式39
• 4.3.4 计算结果及讨论39-40
• 4.4 暗电流40-59
• 4.4.1 理论分析41-43
• 4.4.2 计算结果和讨论43-59
• 4.5 内量子效率59-73
• 4.5.1 内量子效率的理论分析59-60
• 4.5.2 量子效率的计算和讨论60-71
• 4.5.3 Ga_(0.87)In_(0.13)As_(0.12)Sb_(0.88)同质结TPV器件的内量子效率计算结果71-73
• 4.6 本章小结73-76
• 第五章 结论76-78
• 参考文献78-84
• 攻读硕士期间发表论文情况84-85
• 致谢85-86
• 摘要86-89
• ABSTRACT89-93

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