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Calculation of Seebeck Coefficient of n-Type Silicon Using Monte Carlo Method
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Adisusilo, Indra Nur |
| Copyright Year | 2013 |
| Abstract | 【はじめに】ナノからメソスケールに及ぶ構造のエンジニアリングによって熱電変換素子の性能 向上を目指す研究が数多く報告されており [1]、解析式 [2]や NEGF法 [3]などの数値シミュレー ション技術も活用されている。一方、モンテカルロ (MC)法は、電子-フォノン相互作用等の散乱 過程の詳細な取り込みや複雑な構造の考慮などが可能なため、熱電性能の予測にも有用と考えら れるが、比較的利用されるケースは少ない。今回我々は、n型 Siを対象として、熱電性能指数を 決める 1つの要素であるゼーベック係数 S についてMC法を用いた評価を行った。 【シミュレータの概要】今回、Fig. 1のようなドナー密度一定の n型 Si領域を考え、1次元ポアソ ン方程式と結合した電子のMCシミュレータを用いて内部の電位分布を計算した。エネルギーバ ンドや散乱過程 (音響フォノン散乱とバレー間フォノン散乱を考慮)には Jacoboniら [4]のモデル を用い、MC粒子は全ての境界において鏡面反射するものとした。また、ポアソン方程式の境界条 件としては、素子両端の電位を 0に固定した。このような仮定の下で、系内に温度の異なる領域 を設定し、熱起電力がどのように発生するのかを調べた。 【シミュレーション結果】 Fig. 2に定常状態における電位分布のシミュレーション結果を示す。内 部にステップ状に高温領域を設けたところ、温度差 ∆T = 100 Kによる電子濃度の変化が生じ、そ れに伴う起電力 ∆V の発生が確認された。また、図では 2種類の NDに対する結果を比較したが、 キャリア濃度による ∆V の相違 (高ドープ領域ほど ∆V が小さい)も定性的には妥当な結果といえ る。ただ、S = ∆V/∆T を見積もったところ、実験結果 [5]と比べて 1桁近く低い値となった。そ の 1つの原因としては、今回考慮していないフォノンドラッグの影響 [6]などが考えられるが、シ ミュレーション方法や条件の妥当性も含め議論を行う予定である。 【参考文献】 [1] A. I. Boukai et al., Nature 451, 168, 2008. [2] A. J. Minnich et. al., Phys. Rev. B 80, 155327, 2009. [3] R. Kim et al., J. Appl. Phys. 110, 034511, 2011. [4] C. Jacoboni et al., Rev. Mod. Phys. 43, 645, 1983. [5] T. H. Geballe et al., Phys. Rev. 98, 940, 1955. [6] J. Ma et al., J. Appl. Phys. 112, 073719, 2012. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://confit.atlas.jp/guide/event-img/jsap2013s/28p-G7-13/public/pdf?type=in |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
