Details

Объект исследования – термоэлектрические эффекты, возникающие вблизи наноконтакта металл-полупроводник под действием теплового потока. Цель работы – численно исследовать вклад фононного увлечения в генерацию термоэлектродвижущей силы (термоэдс) в приповерхностной области полупроводника, контактирующего нагретым металлическим наноостровком. Выполнены численные расчеты теоретической модели, описывающая пространственное распределение фононного потока, концентрации носителей заряда и электрического потенциала. Построены зависимости термоэдс от диаметра контакта, уровня нагрева и концентрации доноров. Обнаружено насыщение термоэдс при высоких уровнях теплового потока, обусловленное формированием зоны с нулевой концентрацией носителей. Применены программные средства Wolfram Mathematica для решения системы уравнений и визуализации результатов. Использовано специализированное программно-математическое обеспечение для численного интегрирования и построения самосогласованного потенциала. Результаты представлены в виде графиков, подтверждающих эффективность модели и ее соответствие экспериментальным данным. Область применения – разработка термоэлектрических наноустройств, исследование наноразмерных тепловых эффектов, анализ энергетических преобразований в гетероструктурах.

Object of study – thermoelectric effects occurring near a metal-semiconductor nanocontact under thermal flux. Purpose of the work – to numerically investigate the contribution of phonon drag to the generation of thermoelectromotive force (thermoEFM) in the near sufaceregion of a semiconductor in contact with a heated metallic nanoisland. Numerical calculations were performed based on a theoretical model describing the spatial distribution of phonon flux, charge carrier concentration, and electric potential. Dependencies of the tremoEMF on contact diameter, heating level, and donor concentration were established. Satuation of the thermoEFM was observed at high thermal flux levels, attributed to the formation of a region with zero carrier concentration. Wolfram Mathematica was used as the main tool for solving the system of equations and visualizing the results. Specialized software was applied for numerical integration and construction of the self-consistent potential. The results are presented in the form of graphs confirming the effectiveness of the model and its consistency with experimental data. Applications areas – development of thermoelectric nanodevices, investigation of nanoscale thermal effects, and analysis of energy conversion processes in heterostructures.

• ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И КЛЮЧЕВЫЕ ПОДХОДЫ
  • 1.1 Основные механизмы фононного увлечения носителей заряда
  • 1.2 Размерные эффекты в наноконтактах
  • 1.3 Экспериментальные и теоретические методы исследования
    • 1.3.1 Микроконтактная спектроскопия
  • 1.3.2 Термоэлектрические измерения в микроконтактах
  • 1.3.3 Кинетическое моделирование (уравнение Больцмана)
  • 1.3.4 Квантово-механические подходы
  • 1.4 Современные модели фононного увлечения
    • 1.4.1 Баллистическая модель
    • 1.4.2 Диффузионная модель
    • 1.4.3 Численные методы и алгоритмы моделирования
  • 1.5 Обзор современных исследований
• ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
  • 2.1 Геометрия и допущения
  • 2.2 Уравнения фононного потока
  • 2.3 Электростатический потенциал и носители заряда
  • 2.4 Механизм формирования поля
  • 2.5 Связь концентрации и поля
  • 2.6 Условие разомкнутой цепи
  • 2.7 Учёт обеднённой области
• ГЛАВА 3 Алгоритмы численного решения
  • 3.1 Упрощенный алгоритм
    • 3.1.1 Постановка задачи
  • 3.2 Полный алгоритм
    • 3.2.1 Постановка задачи
    • 3.2.2 Расчёт W(r) и n(r)
    • 3.2.3 Учёт размерных эффектов
    • 3.2.4 Закономерности и выводы по модели
  • 3.3 Сравнение упрощённой и полной моделей
• ГЛАВА 4 Результаты численного моделирования и обсуждение
  • 4.1.2 Распределение концентрации носителей n(r) при d = 30 нм
  • 4.1.3 Распределение фононного потока W(r)/W₀ при d = 10 нм
  • 4.1.4 Распределение фононного потока W(r)/W₀ при d = 30 нм
  • 4.1.5 Зависимость термоЭДС от параметров
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
• ПРИЛОЖЕНИЕ А
  • Таблица 1 – Численные значения расчета термоэдс U при различных ,𝒒-𝟎. и d
• ПРИЛОЖЕНИЕ Б
  • Таблица 2 – численные значения расчета термоэдс U при различных тепловых потоках ,𝑞-0. по упрощенной и полной модели
• ПРИЛОЖЕНИЕ В
  • Таблица 3 – Численные значения расчета термоэдс от полной мощности, передаваемой через контакт