The thermoelectric Seebeck and Peltier effects of a single walled carbon nanotube (SWCNT) quantum dot nanodevice are investigated, taking into consideration a certain value of applied tensile strain and induced ac-field with frequency in the terahertz (THz) range. This device is modeled as a SWCNT quantum dot connected to metallic leads. These two metallic leads operate as a source and a drain. In this three-terminal device, the conducting substance is the gate electrode. Another metallic gate is used to govern the electrostatics and the switching of the carbon nanotube channel. The substances at the carbon nanotube quantum dot/metal contact are controlled by the back gate. Results show that both the Seebeck and Peltier coefficients have random oscillation as a function of gate voltage in the Coulomb blockade regime for all types of SWCNT quantum dots. Also, the values of both the Seebeck and Peltier coefficients are enhanced, mainly due to the induced tensile strain. Results show that the three types of SWCNT quantum dot are good thermoelectric nanodevices for energy harvesting (Seebeck effect) and good coolers for nanoelectronic devices (Peltier effect).
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.4
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pp.1883-1889
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2013
Although Fe-Si based alloy has lower figure of merit than Si-Ge alloy applied for space probe, its low cost related to abundant raw material, rather simple processing, high temperature resistance and reliability up to $800^{\circ}C$ made it one of the most promising middle temperature thermoelectric generation materials. The effect of particle size and additive on the thermoelectric properties of p-$FeSi_2$ prepared by a RF inductive furnace was investigated. The electrical conductivity increased slightly with decreasing particle size and hence better grain-to-grain connectivity due to the increase of density. The Seebeck coefficient exhibited the maximum value at about 600~800K and decreased slightly with increasing particle size. This must be due to the amount of residual metallic phase ${\varepsilon}$-FeSi. $Fe_2O_3$ and/or $Fe_3O_4$-doped specimens showed the higher electrical conductivity and the lower Seebeck coefficient due to increase of the metallic phase and Si-vacancy. On the other hand, $SiO_2$-doped specimen showed the higher electrical conductivity and the higher Seebeck coefficients.
The effective mean free path model was adopted to examine the thickness effect on the thermoelectric properties of flash-evaporated n-type $Bi_2Te_{2.4}Se_{0.6}$ thin films. Annealing effects on the electron concentration and mobility were also studied, and their variations were analyzed in conjunction with antisite defects. Seebeck coefficient and electrical resistivity versus inverse thickness showed a linear relationship, and the mean free path was found to be $5120\AA$ Electron mobility was increased by annealing treatment and electron concentration was decreased considerably due to reduction of antisite defects, so that electrical conductivity was decreased and Seebeck coefficient was increased. When annealed at 473k for 1 hour, Seebeck coefficient and electrical conductivity were $-200\;\mu V/k\;and\;510\omega^{-1}cm^{-1}$, respectively. Therefore, the thermoelectric power factor was improved to be $20\times10^{-4}\;W/(mK^2)$.
$SmCoO_3$ system was investigated for their application to themoelectric materials. All specimens showed p-type semiconducting behavior and their electrical conductivity ($\sigma$), Seebeck coefficient (S) and power factor were measured at high temperature. And the effect of dopant ions on their thermoelectrical properties were also investigated. $Fe^{3+}$ ion doped into $Co^{3+}$ site enhanced the Seebeck coefficient and decreased the electrical conductivity simultaneously. The maximum Seebeck coefficient value for 60% doping case reached to 780 ${\mu}V$/K at $240^{\circ}C$. However $Fe^{3+}$ doped system cause an negative effect on power factor value. In case of the pure phase, the maximum Seebeck coefficient value reached to 290 ${\mu}V$/K at $240^{\circ}C$ and the maximum electrical conductivity was obtained 748 1/(ohm$\times$cm) at $960^{\circ}C$. As a result, the maximum power factor was obtained $1.49\times10^{-4}$ W/$mK^2$ at $550^{\circ}C$.
Band convergence is known to be effective in improving thermoelectric performance by increasing the Seebeck coefficient without significantly reducing electrical conductivity. Decoupling of the Seebeck coefficient and electrical conductivity in converged bands is the key requirement. Yet, the degree of decoupling depends on the band parameters of the converging bands. Herein, we report theoretical transport properties of two valence bands as their energy difference changes from 0.25 eV to 0 eV. In order to demonstrate the effect of band parameters in transport, we first conducted calculations for the case where the two bands have the same parameters. Then, we conducted the same calculation by doubling the density-of-states effective mass of one valence band. Given that there are two bands, each band's effective mass was doubled one at a time while the other band's effective mass remained constant. We found that the decoupling was strongest when the bands participating in convergence had the same band parameters.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.3
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pp.13-19
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2021
This study examined the effects of stacking faults on the thermoelectric properties for n-type SiC semiconductors. Porous SiC semiconductors with 30~42 % porosity were fabricated by the heat treatment of pressed -SiC powder compacts at 1600~2100 ℃ for 20~120 min in an N2 atmosphere. XRD was performed to examine the stacking faults, lattice strain, and precise lattice parameters of the specimens. The porosity and surface area were analyzed, and SEM, TEM, and HRTEM were carried out to examine the microstructure. The electrical conductivity and the Seebeck coefficient were measured at 550~900 ℃ in an Ar atmosphere. The electrical conductivity increased with increasing heat treatment temperature and time, which might be due to an increase in carrier concentration and improvement in grain-to-grain connectivity. The Seebeck coefficients were negative due to nitrogen behaving as a donor, and their absolute values also increased with increasing heat treatment temperature and time. This might be due to a decrease in stacking fault density, i.e., a decrease in stacking fault density accompanied by grain growth and crystallite growth must have increased the phonon mean free path, enhancing the phonon-drag effect, leading to a larger Seebeck coefficient.
The effect of A1$_4$C$_3$ additive on the thermoelectric properties of SiC ceramics were studied. Porous SiC ceramics with 47∼59% relative density were fabricated by sintering the pressed $\alpha$-SiC powder compacts with A1$_4$C$_3$at 2100∼220$0^{\circ}C$ for 3 h in Ar atmosphere. Crystalline phases of the sintered bodies were identified by powder X-Ray Diffraction (XRD) and their microstructures were observed with a Scanning Electron Microscope (SEM). In the case of A1$_4$C$_3$ addition, the phase transformation of 6H-SiC to 4H-SiC could be observed during sintering. The Seebeck coefficient and electrical conductivity were measured at 550∼95$0^{\circ}C$ in Ar atmosphere. In the case of undoped specimens, the Seebeck coefficients were positive (p-type semiconducting) possibly due to a dominant effect of the acceptor impurities (Al, Fe) contained in the starting powder and electrical conductivity increased as increasing sintering temperature. Electrical conductivity of A1$_4$C$_3$doped specimen is larger than that of undoped specimen under the same condition, which might be due to the reverse phase transformation and increasing of carrier density. And the Seebeck coefficient of A1$_4$C$_3$ doped specimen is also larger than that of undoped specimen. The density of specimen, the amount of addition and sintering atmosphere had significant effects on the thermoelectric property.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.7
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pp.4835-4841
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2015
The effect of particle size and compaction pressure on the thermoelectric properties of n-type $FeSi_2$ was investigated. The starting powders with various particle size were pressed into a compact (compaction pressure; $70{\sim}220kg/cm^2$). The compact specimens were sintered at 1473 K for 7 h and annealed at 1103 K for 100 h under Ar atmosphere to transform to the semiconducting ${\beta}$-phase. The microstructure and phases of the specimens were observed by SEM, XRD and EDS. The electrical conductivity and Seebeck coefficient were measured simultaneously for the same specimen at r.t.~1023 K in Ar atmosphere. The electrical conductivity increased with decreasing particle size and hence the increases of relative density of the sintered body and the amount of residual metallic phase ${\varepsilon}$-FeSi due to a increase of the electrical conductivity. The Seebeck coefficient exhibited the maximum value at about 700~800 K and decreased with decreasing particle size. This must be due to a increase of residual metallic phase ${\varepsilon}$-FeSi. On the other hand, the change of compaction pressure appeared to have little effect on the thermoelectric properties. Consequently, the power factor would be affected more by particle size than compaction pressure.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.470.1-470.1
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2014
InAs는 high mobility를 갖는 III-V 화합물 반도체로 최근 InAs 나노선 기반 electronic transport에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, InAs는 n-type의 중온 영역대의 열전물질로서 나노선이나 나노박막과 같은 저 차원 구조의 열전 특성에 대한 보고가 이루어 지고 있다. 대부분의 InAs 나노선의 성장 방법은 화학기상증착법에 의한 것으로, 상온에서 $100{\mu}V/K$ 이하의 낮은 Seebeck 계수 값을 나타내고 있다. 본 연구는 무촉매 상태에서 MBE (Molecular beam epitaxy) 성장시킨 InAs 나노선의 열전 특성을 측정하였다. MTMP (Microfabricated Thermoelectric measurement platform)를 이용하여 50 K에서 300 K까지의 온도 영역에서 전기전도도, Seebeck 계수의 측정을 진행하였다. 그 결과 Seebeck 계수 값은 상온에서 대략 $200{\mu}V/K$로 높게 나타나고 있으며, 동일한 나노선의 상온 전기전도도는 대략 9800 S/m로 많은 보고들과 비슷한 수준의 수치가 나타나고 있다. Transconductance 측정을 통한 field-effect mobility와 carrier 농도를 평가한 결과가 Mott formula에서 계산된 carrier 농도와 유사한 결과를 나타내었다. 매우 큰 Seebeck 는 carrier 농도가 낮은 것에 기인한 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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