Формирование и термоэлектрические свойства кремниевых гетероструктур со встроенными нанокристаллами антимонида галлия

Работа посвящена формированию кремниевых гетероструктур со встроенными нанокристаллами антимонида галлия и исследованию их термоэлектрических свойств. Методом твердофазной эпитаксии был сформирован массив нанокристаллов с высокой поверхностной концентрацией (2.2*10^11 см^-2) из стехиометрической смеси галлия и сурьмы. Был установлен главный механизм декомпозиции нанокристаллов при температурах свыше 450 С, используемых при эпитаксии кремния. Модификация поверхности кремния набором поверхностных реконструкций сурьмы позволило увеличить термическую стабильность нанокристаллов GaSb. Такие нанокристаллы были эпитаксиально встроены в кремниевую матрицу методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Были определены термоэлектрические свойства таких кремниевых гетероструктур со встроенными нанокристаллами GaSb. Установлено, что в гетероструктурах на основе нелегированного кремния наблюдается инжекция электронов из нанокристаллов в матрицу кремния, что приводит к ранней смене знака основных носителей заряда (смена знака в исходном кремнии происходит при 500 К, в гетероструктуре при 282 К) и высокому значению коэффициента Зеебека и фактора мощности: -520 мкВ/К и 0.8 мВт/(м*К^2) при 400 К, соответственно. Фактор мощности гетероструктур на основе легированного кремния при 400 К составляет 3 мВт/(м*К^2) и 16 мВт/(м*К^2) для p- и n-гетероструктур, соответственно. Структурирование кремния нанокристаллами GaSb позволило двадцатикратно снизить теплопроводность гетероструктуры на основе нелегированного кремния, которая при комнатной температуре составляет 7.8 Вт/(м*К). Полученные значения фактора мощности и гетероструктуры говорят о перспективе использования кремния в качестве основы для высокотемпературных преобразователей.