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研究生:莊沅澄
研究生(外文):Yuan-Cheng Zhuang
論文名稱:鈷摻雜對FeSi熱電傳輸性質影響之研究
論文名稱(外文):Electrical and thermal transport properties of Co substituted FeSi
指導教授:郭永綱
指導教授(外文):Yung-Kang Kuo
學位類別:碩士
校院名稱:國立東華大學
系所名稱:物理學系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
論文頁數:54
中文關鍵詞:熱電性質鈷摻雜鐵矽
外文關鍵詞:Thermal electrical propertiesCoFeSi
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本論文主要研究介金屬矽化物FeSi單晶中,鐵(Fe)位置摻雜鈷(Co)後對於其熱電傳輸性質的影響,進而針對Fe1-xCoxSi (x = 0、0.1、0.3、0.5、0.7、1)系列樣品進行電阻率(ρ)、Seebeck係數(S)以及熱傳導率(κ)量測。由電阻率的量測結果顯示,FeSi隨溫度降低電阻率急遽增加,呈現半導體特性。而於低摻雜(x ≦ 0.3) 之樣品,其行為呈現半金屬性,且隨摻雜量增加轉變為金屬性行為。在低摻雜樣品中,於低溫區域觀察到電阻率上升的趨勢,主要原因推測是由樣品於低溫時其自發磁矩所造成之正磁阻貢獻。FeSi在低溫時Seebeck係數受到聲子拖曳效應的影響,形成極大的峰值,而隨著Co的摻雜,Seebeck係數轉為負值且峰值趨於平緩,且隨摻雜量增加逐漸往正值偏移。推測此一行為和Co摻雜後改變其在費米能階上電子能態密度的分布以及減弱聲子拖曳效應有關。在熱傳導率量測方面,FeSi及CoSi於低溫時其熱導率隨著溫度增加而急遽上升,且在大約50 K附近時存在一峰值,之後隨著溫度上升而下降,而此一峰值的原因是由聲子倒逆散射所造成,但經由Co摻雜後其峰值大幅下降,經由擬合結果推測主要由於晶體顆粒邊界散射以及點缺陷散射影響所致。
We carried out the electrical resistivity, Seebeck coefficient, and thermal conductivity measurements on the Fe1-xCoxSi single crystals with 0 ≤ x ≤ 1, to examine the influence of Co substitution on thermoelectric properties of FeSi. In the resistivity data, it is noticed that FeSi undergoes the metal-insulator transition upon the substitution of Co onto Fe sites. Interestingly, it was observed that the resistivity of lightly Co-doped samples (x = 0.1, 0.3) have an upturn at the low temperatures which may be attributed to positive magnetoresistance. The pristine FeSi has a giant peak in S(T) at T ~ 45 K due to phonon drag effect, which was found to be suppressed on Co substitution. Besides, FeSi shows p-type thermoelectric transport, while the Fe0.9Co0.1Si, Fe0.7Co0.3Si, and CoSi compounds have the n-type conduction. Such an observations in S(T) have been associated with the modification of density of states at Fermi level. A theoretical analysis of thermal conductivity indicates that the lattice phonons are responsible for the heat conduction. The low-temperature thermal conductivity of FeSi has a strong influence as a result of Co substitution via point defect scattering and grain boundary scattering.
摘要 I
Abstract II
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 3
1.3 研究方向 3
第二章 基礎理論 5
2.1 電阻率 5
2.2 熱傳導 7
2.2.1 熱傳導係數 7
2.2.2 聲子對熱傳導的影響 8
2.2.3 電子對熱傳導的影響 12
2.3 熱電現象 14
2.3.1 Seebeck 效應 14
2.3.2 Seebeck 係數 17
第三章 實驗方法與步驟 21
3.1 實驗樣品製備 21
3.2 量測系統 22
3.2.1 低溫冷卻系統 22
3.2.2 電阻率量測方法 25
3.2.3 Seebeck 係數量測方法 26
3.2.4 熱傳導率量測方法 28
3.3 實驗控制程式 29
第四章 實驗結果分析 37
4.1 X - Ray 結果分析 37
4.2 電阻率量測結果分析 39
4.3 Seebeck 係數量測分析 41
4.4 熱傳導率量測分析 44
第五章 結論 51
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