（材料物理与化学专业论文）钛酸锶异质结界面电子结构的理论研究.pdf

1 u 1 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：e t 期：塑! ! 19 ：! 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：巡导师签名：型超日期：竺! ! ：鱼： 一l专 【 山东大学硕士毕业论文 目录 摘! i 蕈i a b s t r a c t i l i 符号说明v l 第一章绪论。l 1 1 热电材料概述1 1 2j 一：维电子气简介4 1 3 密度泛函理论7 1 4 本论文开展的研究内容13 t i 0 2 s r t i 0 3 异质结13 s r t i 0 3 l a a l 0 3 异质结l3 s r t i 0 3 s r t i l _ x n b , , o g s r t i 0 3 量子阱结构l3 参考文献14 第二章氧化物异质结t i 0 2 s r t i 0 3 电子性质的研究一1 9 2 1 引言l9 2 2 计算方法与模型2 0 2 3 结果与讨论2 2 2 3 1 稳定的界面结构一2 2 2 3 2 原子弛豫2 3 2 3 3 电荷转移2 5 2 3 4 界面处电子二维特性的研究2 6 2 3 5 界面处氧空位的定性讨论3 2 2 4 本章小结3 5 参考文献3 6 第三章s r 啊o g l a a l 0 3 异质结几何结构和电子结构的研究4 0 3 1 引言4 0 簟 hf，t 山东大学硕士毕业论文 3 2 计算模型与方法4 l 3 3 结果与讨论4 2 3 3 1 晶格常数和原子弛豫4 2 3 3 2 布居分析与电荷转移4 4 3 3 3 能带和态密度4 6 3 3 4 平均静电势和带阶4 8 3 3 5 极化强度5 0 3 4 本章小结5 l 参考文献。5 l 第网章极化不连续对量子阱结构s r t i o g s r t i l x n b x 0 3 s r t i 0 3 的影响5 6 4 1 引言5 6 4 2 计算方法与模型5 7 4 - 3 结果与讨论5 8 4 3 1 量子阱结构与二维电子气的分布5 8 4 3 2 有效质量和s e e b e c k 系数6 l 4 4 本章小结6 2 参考文献一6 3 第五章总结6 6 致谢6 8 一、1 c o n t e n t s a b s t r a c t i a b s t r a c t ( i ne n g l i s h ) i i i l i s to f n o t a t i o n s v i 1 i n t r o d u c t i o n 1 1 1i n t r o d u c t i o no f t h e r m o e l e c t r i cm a t e r i a l s 1 1 2b r i e fi n t r o d u c t i o no f t w od i m e n s i o n a lg a s 。4 1 3d e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r y 7 1 4r e s e a r c hc o n t e n t so ft h i sd i s s e r t a t i o n 1 3 t i 0 2 s r t i 0 3h e t e r o j u n c t i o n 13 t i 0 2 s r t i 0 3h e t e r o j u n c t i o n 1 3 s r t i 0 3 s r t i l x n b x 0 3 s r t i 0 3q u a n t u mw e l ls t r u c t u r e 13 r e f e r e n c e s 1 4 2 e l e c t r o n i cp r o p e r t i e so f t i 0 2 s r t i 0 3o x i d eh e t e r o j u n c t i o n 一19 2 ii n t r o d u c t i o n 。1 9 2 2c o m p u t a t i o n a ld e t a i l sa n dm o d e ls y s t e m 2 0 2 3r e s u i t sa n dd i s c u s s i o n 2 2 2 3 im i c r o s t r u c t u r ea tt h ei n t e r f a c e 2 2 2 3 2a t o md i s p l a c e m e n t 2 3 2 3 3c h a r g et r a n s f e r 2 5 2 3 4t w od i m e n s i o n a lp r o p e r t i e sa tt h ei n t e r f a c e 2 6 2 3 5q u a n t i t i v es t u d yo f t h eo x i d ed e f e c ta tt h ei n t e r f a c e 3 2 2 4c o n c i u s i o n 3 5 r e f e r e n c e s 3 6 3 g e o m e t r i ca n de l e c t r o n i cp r o p e r t i e so fs r t i 0 3 l a a l 0 3h e t e r o j u n c t i o n 4 0 3 1i n t r o d u c t i o n 。4 0 3 2c o m p u t a t i o n a ld e t a i l sa n dm o d e ls y s t e m 4 1 i i i 山东大学硕士毕业论文 3 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 4 2 3 3 1l a t t i c ec o n s t a n t sa n da t o md i s p l a c e m e n t s 4 2 3 3 2p o p u l a t i o na n a l y s i sa n dc h a r g et r a n s f e r 。4 4 3 - 3 3b a n ds t r u c t u r ea n dd e n s i t yo f s t a t e s 4 6 3 3 4a v e r a g ep o t e n t i a la n db a n do f f s e t s 4 8 3 3 5p o l a r i z a t i o n s 5 0 3 4c o n c l u s i o n 51 r e f e r e n c e s 5l 4 a f f e c to f t h ep o l a r i z a t i o nd i s c o n t i n u i t yt ot h es r t i 0 3 s r t i l x n b x 0 3 s r t i 0 3 q u a n t u mw e l ls t r u c t u r e 5 6 4 1i n t r o d u c t i o n 5 6 4 2c o m p u t a t i o n a ld e t a i l sa n dm o d e ls y s t e m 5 7 4 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 5 8 4 3 1q u a n t u mw e l ls t r u c t u r ea n dt h ed i s t r i b u t i o no ft h et w o d i m e n s i o n a lg a s 5 8 4 3 2e f f e c t i v em a s sa n ds e e b e c kc o e 币c i e n t 6 1 4 4c o n c l u s i o n 6 2 r e f e r e n c e s 6 3 5 s u m m a r y 6 6 a c k n o w l e d g e m e n t s 6 8 山东大学硕士毕业论文 摘要 热电材料是一类能够实现热能和电能之间直接转换的功能材料，它具有 s e e b e c k 效应和p e l t i e r 效应。s e e b e c k 效应是一种温差电效应，它是指在材料的 两端外加一定的温度差时，相应材料的两端就会产生一定的电动势。p e l t i e r 效应 是s e e b e c k 效应的逆效应，是指在材料中通以一定方向的电流时，相应在材料的 两端分别会产生吸放热现象；改变电流方向，吸放热端也随之反向。热电材料的 应用非常广泛，不仅可用于测温，温差发电等领域，而且还可应用于冷却电子器 件( 红外、远红外探测器，高速芯片等) 、医疗器材等方面。 热电材料温差发电不仅是当前深窄探测领域重要的能源供应，而且还可将工 业废热转化为电能。目前大部分热电材料的优值因子z m ，对应热电转换效率 一般仅在7 8 左右，偏低的热电转换效率制约了热电发电的大规模应用。因 此，提高热电材料的z 丁值一直是热电材料研究者的努力方向。目前主要利用两 种手段来提高热电材料的刀值，一是调节材料的组分来提高材料的功率因子或 降低材料的热导率，二是调控材料的微结构来提高材料的热电性能。近几年，有 实验研究报道了在t i 0 2 s r t i 0 3 和s r t i o g s r t i l x n b x 0 3 等钛酸锶异质结界面处存 在高浓度、高迁移率的二维电子气，可导致界面处高的热电性能，引发了热电材 料研究者的极人关注。 随着凝聚态理论和数值算法以及计算机技术同新月异的发展，基于密度泛函 理论的第一性原理计算已经成为凝聚态物理、量子化学和材料科学中重要的理论 研究手段。本论文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法，从微观的原子结构 和电子性质方面研究了多种钛酸锶异质结，尤其对各种异质结的平均静电势及带 阶值进行了计算，研究了界面的量子阱结构和极化强度的变化，对界面二维电子 气的来源和机制进行了系统地研究，揭示了实验现象的本质，对材料的热电性能 进行了预测。 t i o z s r t i 0 3 异质结：首先，建立了多种可能存在的界面构型，计算了各构 型界面处的结合能和界面能，得到了最稳定的界面结构。其次，计算了该稳定结 构的能带、态密度、电荷转移和布居分布等电子性质，得到有0 2 e - 4 ) 3 e 的电荷 山东大学硕士毕业论文 从啊0 2 一侧转移到s r t i 0 3 一侧，该电荷转移可使s r t i 0 3 一侧完全恢复到其体材 料的性质，证明了t i 0 2 层能很好的附着在s r t i 0 3 衬底之上。计算了该异质结的 带阶和平均静电势，得到其价带和导带的带阶分别为0 0 9 e v 和0 1 9 e v ；对超晶 格结构平均静电势的计算发现该异质结构了界面处存在势阱，该势阱是由于界面 处的极化不连续性造成的。最后定性研究了界面存在氧空位的情况，发现氧空位 导致界而呈刀型，显示出金属性，且空位处的平均静电势的升高。 s r t i 0 3 l a a l 0 3 异质结：针对两种不同界面a 1 0 2 l a o t i 0 2 和a 1 0 2 s r o t i 0 2 的几何结构和电子性质进行了系统的研究。对电荷分布的计算发现两种界面均是 非电中性的，其中a 1 0 2 l a o t i 0 2 界面呈，型，而a 1 0 2 s r o q i 0 2 界面呈p 型。 对界面优化后原子弛豫的分析表明a 1 0 2 l a o t i 0 2 电子补偿型界面的原子弛豫较 大，原子层出现较大的褶皱，而空穴掺杂的a 1 0 2 s r o f f i 0 2 界面的原子弛豫较小， 原子层仍比较平坦。对a 1 0 2 l a o t i 0 2 构型能带结构和态密度的分析表明界面处 的金属态主要是由t i 引电子提供的。最后汁算了同时包含上述两种界面的混合 掺杂型超晶胞的极化强度和带阶值，发现界面处存在极化方向的翻转，解释了，i 型界面存在二维电子的现象，并通过计算得到该异质结价带带阶值为o 1 5 e v ， 导带带阶值为2 4 5 e v ，都是l a a l 0 3 一侧高。 s r t i o s s r t i l - i n b 。0 3 s r t i 0 3 量子阱结构：对该体系能带结构的计算发现费 米能级位于导带之内，体系表现出金属性。对平均静电势的计算证明了该超晶格 为典型的量子阱结构，阱的位置位于s r t i l “b ) 0 3 层中，且阱的宽度和深度都随 着n b 掺杂比例的提高而增大。对自发极化的计算发现t i 原予在垂直于界面方向 有较大弛豫，使得超晶格呈现出自发极化的梯度变化，界面处原子层的自发极化 强度值最大，随着原子层的逐渐远离界面，自发极化强度值逐渐减小。由于极化 电荷对量子阱中的电子有吸引作用，导致阱内二维电子气的扩散。最后通过计算 量子阱中电子的有效质量预测了量子阱中s e e b e c k 系数随s r t i 0 3 势垒层数增大的 而增大的变化趋势，与实验报道相符合。 关键词：钛酸锶异质结；第一性原理计算；二维电子气；热电性质。 ，一 山东大学硕士毕业论文 a b s t r a c t t h e r m o e l e c t r i cm a t e r i a l sc o u l da c h i e v et h et r a n s f o r m a t i o nb e t w e e ne l e c t r i ce n e r g y a n dt h e r m a le n e r g ya n da l lo ft h e mh a v es e e b e c ke f f e c ta n dp e l t i e re f f e c t s e e b e c k e f f e c ti sak i n do fe f f e c tr e l a t i v et ot h ed i f f e r e n c eo f t e m p e r a t u r ea n de l e c t r i c i t y , m e a n s t h a ta l le l e c t r i cp o t e n t i a ld i f f e r e n c ew o u l de m e r g ew h e na t e m p a r e t u r ed i f f i e r e n c ew a s e x e r t e do nt h ed i f f e r e n ts i d eo ft h em a t e r i a l s p e l t i e re f f e c ti st h ei n v e r s ee f f e c to f s e e b e c ke f f e c t ，w h i c hm e a n st h a tp h e n o m e n ao fa b s o r b i n go rr e l e a s i n gt h e r m a l e n e r g ya tt h ed i f f e r e n ts i d eo ft h e r m o e l e c t r i cm a t e r i a l sw o u l dh a p p e ni fe l e c t r i c c u r r e n to fac e r t a i nd i r e c t i o np a s s e st h r o u g ht h e s em a t e r i a l s t h e r m o e l e c t r i cm a t e r i a l s h a v ee x t e n s i v ea p p l i c a t i o n s t h e yc a nb et a k e na d v a n t a g eo fn o to n l yi nt h ef i e l do f t e m p a r e t u r em e a s u r e m e n ta n dp o w e rg e n e r a t i o n ，b u ta l s oi nc o o l i n ge l e c t r o n i cd e v i c e s ( s u c ha si n f r a r e da n df a ri n f r a r e dd e t e c t o r s ，h i g hs p e e dc h i p sa n ds oo n ) a n di nt h e f i e l do f m e d i c a la p p l i a n c e p o w e rg e n e r a t i o nu s i n gt h e r m o e l e c t r i cm a t e r i a l si sn o to n l yt h em a i ne n e r g y s o u r c 2o fd e e ps p a c ee x p l o r a t i o nr e c e n t l y , b u ta l s oc o u l dm a k ew a s t eh e a tf r o m i n d u s t r i e si n t oe l e c t r i ce n e r g y , w h i c hh a v ea ne x t e n s i v ef o r e g r o u n d c u r r e n t l y , m o s to f t h e r m o e l e c t r i cm a t e r i a l sh a v et h e i rf i g u r eo fm e r i tz tv a l u e sa b o u ti ，c o r r e s p o n d i n gt o t h ec o n v e r s i o ne f f i c i e n c yb e t w e e ne l e c t r i ca n dh e a ta to n l ya b o u t7 书，w h i c hi s u n f o r t u n a t e l yn o tl a r g ee n o u g hf o rl a r g e - s c a l eu s a g e t h e r e f o r e ，o n ea i mf o r t h e r m o e l e c t r i cm a t e r i a lr e s e a r c h e r si st oe n h a n c ez t v a l u e r e c e n t l y , t w om e t h o d s h a v eb e e ne m p l o y e dt oe n h a n c ez t v a l u e ，o n ei st oe n h a n c et h et h e r m o p o w e ro rt o d e c r e a s et h et h e r m a lc o n d u c t i v i t y , a n dt h eo t h e ro n ei st om o d i f yt h em i r c o s t r u c t u r e o fm a t e r i a l si no r d e rt oe n h a n c et h et h e r m o e l e c t r i cf i g u r eo fm e r i t i nt h er e c e n ty e a r s ， t w od i m e n s i o n a le l e c t r o ng a s e s ( 2 d e g s ) w i t hh i 曲d e n s i t ya n dh i 曲m o b i l i t yw e r e f o u n di nm a n ye x p e r i m e n t a lw o r k sa tt h ei n t e r f a c e so fo x i d eh e t e r o i n t e r f a c e ss u c ha s t i 0 2 s r t i 0 3a n ds r t i 0 3 s r t i j “b ，【0 3 ，c o r r e s p o n d i n gt og i a n ts e e b e c kc o e f f i c i e n t s a n dz t v a l u e s , w h i c ha t t r a c t e dl o t so fa t t e n t i o nf r o mr e s e a r c h e r s i f li 山东大学硕士毕业论文 w i t ht h en e v e r - e n d i n gc h a n g e sa n di m p r o v e m e n to ft h et h e o r i e so fn u m e r i c a l a l g o r i t h ma n dc o m p u t e rt e c h n o l o g y , f i r s t - p r i n c i p l ec a l c u l a t i o n sb a s e do nt h e d e n s i t y - f u n c t i o n a l - t h e o r yh a v ea l r e a d yb e e nr e g a r d e da sa ni m p o r t a n tr e s e a r c hm e t h o d i nc o n d e n s e dm a t t e rp h y s i c s ，q u a n t u mc h e m i s t r ya n dm a t e r i a l ss c i e n c e t h i st h e s i s m a i n l yf o c u so n t h em i c r o s t r u c t u r ea n de l e c t r o n p r o p e r t i e so fs e v e r a lo x i d e h e t e r o i n t e r f a c e ，e s p e c i a l l yi n c l u d i n gt h ei n v e s t i g a t i o no nt h ea v e r a g ep o t e n t i a la n d b a n do f f s e t so fe a c hs u p e r l a t t i c e 1n o to n l ys t u d i e dt h em e c h a n i s ma n dt h eo r i g i no f t h e2 d e g sa tt h ei n t e r f a c e sa n dr e v e a l e dt h ee s s e n c eo ft h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ，b u t a l s op r e d i c t e dt h ea p p r o a c ht oe n h a n c e m e n tt h et h e r m o e l e c t r i cf i g u r eo fm e r i t t i 0 2 s r t i o sh e t e r o j u n c t i o n ：f i r s t , m a n yr e a s o n a b l ei n t e r f a c es t r u c t u r e sh a v e b e e nb u i l ta n dt h em o s ts t a b l eo n eh a v eb e e nd e t e r m i n e dt h r o u g hc a l c u l a t i n gt h e b i n d i n ge n e r g i e sa n di n t e r r a c i a le n e r g i e s s e c o n d ，m a n yp r o p e r t i e so ft h em o s ts t a b l e i n t e r f a c eh a v eb e e ns t u d i e di n c l u d i n gt h eb a n ds t r u c t u r e ，d e n s i t yo fs t a t e s ，c h a r g e t r a n s f e ra n df o u n dt h a ta b o u t0 3e l e c t r o n st r a n s f e r r e df r o mt i 0 2s i d et os r t i 0 3s i d e ， w h i c hi n d i c a t e dag o o da b s o r p t i o no ft i 0 2o n t os r t i 0 3s u b s t r a t e t h ea v e r a g e p o t e n t i a la n db a n do f f s e t sh a v ea l s ob e e nc a l c u l a t e da n dt h ev a l e n c eb a n do f f s e ta n d c o n d u c t i o nb a n do f f s e ti s0 0 9 e va n do 19 e v , r e s p e c t i v e l y i na d d i t i o n a l aq u a n t u m w e l lw a sf o u n dj u s ta tt h ei n t e r f a c ed u et ot h ed i s c o n t i n u i t yo ft h ep o l a r i z a t i o n b e t w e e nt h et w os i d e so ft h ei n t e r f a c e a tl a s t , s o m eq u a n t i t i v er e s e a r c ha b o u tt h e o x y g e nd e f e c ta tt h ei n t e r f a c eh a sb e e nc a r r i e do u t t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e o x y g e nd e f e c tc o u l dm a k et h ei n t e r f a c en - t y p e ，w h i c hs h o w e dm e t a l l i cs t a t e s ，a n dt h e m a c r o s c o p i cs t a t i ca v e r a g ew a si n c r e a s e d s r t i 0 3 几a a i o ah e t e r o j u n c t i o n ：t w ok i n d so f d i f f e r e n ti n t e r f a c e sh a v eb e e nb u i l t ： t h ea 1 0 2 l a o t i 0 2i n t e r f a c ea n dt h ea 1 0 2 s r o t i 0 2i n t e r f a c e t h e g e o m e t r i c s t r u c t u r e sa n de l e c t r o n i c p r o p e r t i e s o fe a c hi n t e r f a c eh a v eb e e n i n v e s t i g a t e d s y s t e m a t i c a l l y b o t h o ft h et w oi n t e r f a c e sw e r en o n n e u t r a l ，t h ea 1 0 2 l a o f r i 0 2 i n t e r f a c ew a sn - t y p ea n dt h ea 1 0 2 s r o t i 0 2i n t e r f a c ew a sp - t y p e n ea 1 0 2 l a o t i 0 2 e l e c t r o nc o m p e n s a t ei n t e r f a c eh a dl a r g e ra t o md i s p l a c e m e n ta tt h ei n t e r f a c et h a nt h a t o ft h ea 1 0 2 s r ( 用0 2i n t e r f a c e t h eb a n ds t r u c t u r ea n dd o so ft h ea 1 0 2 l a o t i 0 2 i n t e r f a c ei n d i c a t e dt h a tt h em e t a l l i cs t a t e sw a sm a i n l ya t t r i b u t et ot i3 de l e c t r o n s a t i v 1 1 , 1 山东大学硕士毕业论文 i i l a s t ，p o l a r i z a t i o n sa n db a n d - o f f s e t so ft h em i x s t y l es u p e r l a t t i c ew h i c hc o n t a i n e db o t h t h ea 1 0 2 l a o f f i 0 2i n t e r f a c ea n dt h ea 1 0 2 s r o t i 0 2i n t e r f a c eh a v eb e e nr e s e a r c h e d t h ed i r e c t i o no fp o l a r i z a t i o nr e v e r s e df r o mo n es i d et oa n o t h e r , w h i c hc o u l de x p l a i n t h ep h e n o m e n o no ft h e2 d e ga tt h en - t y p ei n t e r f a c e t h ev a l e n c eb a n do f f s e ta n d c o n d u c t i o nb a n do f f s e ti s o 15 e va n d2 4 5 e v , r e s p e c t i v e l y s r t i 0 3 s r t i l i n b x o a s r t i o sq u a n t u mw e l l ( q w ) s t r u c t u r e ：t h eb a n d s t r u c t u r ei n d i c a t e dt h a tt h ef e r m ie n e r g yl o c a t e di n t ot h ec o n d u c t i o nb a n d ，t h e r e f o r e t h es u p e r l a t t i c es h o w e dm e t a l l i cs t a t e s t h ec a l c u l a t i o no ft h ea v e r a g ep o t e n t i a l c o n f i r m e dt h a tt h i ss u p e r l a t t i c ew a sat y p i c a lq ws t r u c t u r e t h em a i np o s i t i o no ft h e q w i sa tt h es r t il x n b x 0 3l a y e r ，a n dt h ew i d t ha n dd e p t ho ft h eq wi sb o t hi n c r e a s e d w i t ht h ei n c r e a s eo ft h en b - d o p i n gc o n c e n t r a t i o n a t o md i s p l a c e m e n t so ft ia t o m s l e a dt og r a d so fp o l a r i z a t i o n sa tt h ei n t e r f a c e t h ec l o s e rt ot h ei n t e r f a c e ，t h el a r g e ro f t h ep o l a r i z a t i o ni s d u et ot h ea t t r a c t i o no ft h ep o l a r i z a t i o nc h a r g e ，t h e2 d e gi n s i d e t h eq wd i f f u s e di n t ot h eb a r r i e rl a y e r s a tl a s t , t h r o u g hc a l c u l a t i n gt h ee f f e c t i v em a s s o ft h ee l e c t r o n si n s i d et h eq w if o u n dt h a tt h es e e b e c kc o e f f i c i e n ti n s i d et h eq w c o u l de n h a n c ei ft h es r t i 0 3b a r r i e rb e c o m et h i c k e r , w h i c ha g r e e dw e l lw i t h e x p e r i m e n t a lw o r k s k e y w o r d s ：s t r o n t i u mt i t a n a t eh e t e r o j u n c t i o n ，f i r s t p r i n c i p l ec a l c u l a t i o n s ，t w o d i m e n s i o n a lg a s ，t h e r m o e l e c t r i cp r o p e r t i e s v ti y i 霍尔迁移率 极化面电荷密度 极化强度 玻尔兹曼常数 电子位置，原子位置 电子波矢 载流子浓度 哈密顿量 电子电鼍 4 f 以 p 靠 ， 七 刀 日 p 山东大学硕士毕业论文 1 1 热电材料概述 第一章绪论 热电材料，又称温差电材料，是一类能够实现电能和热能之间的相互转换的 特殊功能材料。热电材料主要分为传统热电材料( 如b i 2 t e 3 、g e s i 合金等) 和新 型热电材料( 如氧化物、金属硅化物以及笼式化合物等) 。 热电材料具有三种效应：s e e b e c k 效应、p e l t i e r 效应和t h o m s o n 效应。s e e b e c k 效应是德围物理学家塞贝克于1 8 2 3 年发现的，它是指在材料两端附加温度梯度 时，会在材料两端产生温差电动势的效应。利用这一效应，人们可以将工业废热 转化为电能，从而实现能源的州收与再利用。这也是近年来热电材料备受关注的 一个重要因素。图1 1 ( a ) 为热电发电基本单元的示意图。将型和p 型热电材料 通过导电层相连接，当热源施加在该单元的一端时，热电材料内部的电荷会产生 定向移动。由于型和尸型材料会在冷端产生异种电荷，这就造成低温开路端 出现电势差，形成一个热电电池。当用闭合电路将冷端的两侧相连，并加负载时， 电路中就会有电流通过，从而实现了热能向电能的转换。 ( a )( b ) 图1 1 ：热电发电和热电制冷示