1 SiGe 热电材料的研究应用状况SiGe 合金是目 前较为成 熟 的 一种 高温热 电 材料, 适用于700K 以上的高温, 在 1000K 时 ZT 值接近 1, SiGe 合金单晶的ZT 值也可以达到 0. 65, 是很有潜力 的热 电材料。 适于制 造由放射线同位素供热的温差发电器, 并已得到实际应用。 1977 年旅行者号太空探测器首次采用 SiGe 合金作 为温差发电材料, 此后在美国 NASA 的空间计划中, SiGe 差不多 完全取 代 PbT e 材料[ 6]。 SiGe 是由 Si 和 Ge 两种单质复合而 成, 材料单质 Si 和单质 Ge 的功率因子 A2R 都比较大, 但是其热 导率也 比较高, 因此都不是好的热电材料。 当 Si, Ge 形成合金后热导率会有很 大的下降, 而且这种下降明显大于载流子的迁移率变化带来的影响,从而使得热电优值 Z= A2R/k 有较大的提高, 可以作为实用 的热电材料。2 SiGe 热电材料的性质与性能由于 Si 和 Ge 可以形成连续固溶体合金, 而 许多 物理性质随着组分的改变而得到调节, 因此也 留给我 们一个如何选择适当比例的问题。 在选择 SiGe 合金中 Si 和 Ge 的 比例 时考虑到提高 Si 含量可以得到 3 个方面的有利影响: ( 1) 降低 了 材料的热导率, 且合金具有较大的 Seebeck 系数; ( 2) 增加 了 掺杂 原子的固溶度, 进而获得高的载流子浓度; ( 3) 提高了 SiGe 合金的禁带宽度 和熔点, 使其更适合高温下 的工作, 同时比重小, 适应于空间应用。就热导率而言, 在合金组分为 60% Si 和 40% Ge 附近达到[ 7], 且极小 值随 掺杂原 子种 类和载流子 浓度 而变最小值( 图 1)化。就 Seebeck 系数而 言, 在 Si85Ge15 处达到极大值( 见图 2)( 300K)[ 8], 以 SiB Ge= 80 B 20 的比 例为 界限, 20 世纪 90 年代之前的 SiB Ge 大多 小于该 值, 例如, B. A. COOK 等在专著《机#119#SiGe 热电材料的发展与展望/姜洪义等 械合金的方法合成 SiGe 热电材料》 中提出 Si B Ge 比例 为 74. 7B 18. 7( 具体组分比例 为 Si0. 747Ge