Features of mechanisms of electrical conductivity of semiconductor solid solution Zr1-xAlxNiSn

Editorial Board PCSS Journal; В.А. Ромака; Ю. Стадник; Л. Ромака; А. Горинь; П. Демченко; П. Гаранюк

doi:10.15330/pcss.27.2.391-398

Автор(и)

В.А. Ромака Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, Україна
Ю. Стадник Львівський національний університет ім. І. Франка, Львів, Україна
Л. Ромака Львівський національний університет ім. І. Франка, Львів, Україна
А. Горинь Львівський національний університет ім. І. Франка, Львів, Україна
П. Демченко Львівський національний університет ім. І. Франка, Львів, Україна
П. Гаранюк Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.27.2.391-398

Ключові слова:

напівпровідник, електропровідність, коефіцієнт термо-ерс, рівень Фермі

Анотація

Досліджено структурні, кінетичні, енергетичні та магнітні властивості напівпровідникового твердого розчину Zr_1-xAl_xNiSn, отриманого легуванням фази пів-Гейслера n-ZrNiSn атомами Al шляхом заміщення у позиції 4а атомів Zr. Встановлено, що атоми Al можуть займати різні кристалографічні позиції, спричиняючи складні трансформації кристалічної та електронної структур. Показано, що в Zr_1-xAl_xNiSn, х = 0–0.02, ріст періоду елементарної комірки а(х) зумовлений переважним заміщенням у позиції 4а атомами Al (r_Al= 0.143 нм, 3s²3p¹) присутніх там атомів Ni (r_Ni= 0.125 нм, 3d⁸4s²), генеруючи дефекти та енергетичні стани акцепторної природи. Зменшення періоду а(х) Zr_1-xAl_xNiSn, 0.02 < х ≤ 0.04, викликане заміщенням атомів більшого розміру Zr (r_Zr= 0.160 нм, 4d²5s²) меншими атомами Al, що також генерує дефекти та енергетичні стани акцепторної природи. За концентрацій Zr_1-xAl_xNiSn, х ˃ 0.04, атоми Al переважно локалізуються у тетраедричних пустотах структури, генеруючи дефекти та енергетичні стани донорної природи. Співвідношення концентрацій генерованих енергетичних станів Zr_1-xAl_xNiSn визначає положення рівня Фермі ε_F. Проведені дослідження дозволили ідентифікувати механізми електропровідності для визначення умов синтезу термоелектричних матеріалів Zr_1-xAl_xNiSn з максимальною ефективністю перетворення теплової енергії в електричну.

Посилання

R. Marazza, R. Ferro, G. Rambaldi, Some phases in ternary alloys of titanium, zirconium, and hafnium, with a MgAgAs or AlCu2Mn type structure, J. Less-Common Met., 39, 341 (1975); https://doi.org/10.1016/0022-5088(75)90207-6.

V.A. Romaka, Yu.V. Stadnyk, V.Ya. Krayovskyy, L.P. Romaka, O.P. Guk, V.V. Romaka, M.M. Mykyychuk, A.M. Horyn, The latest heat-sensitive materials and temperature transducers, Lviv Polytechnic Publishing House, Lviv (2020); https://opac.lpnu.ua/bib/1131184.

V.A. Romaka, M.G. Shelyapina, Yu.K. Gorelenko, D. Fruchart, Yu.V. Stadnyk, L.P. Romaka, V.F. Chekurin, Special Features of Conductivity Mechanisms in Heavily Doped n-ZrNiSn Intermetallic Semiconductors, Semiconductors, 40(6), 655 (2006); https://doi.org/10.1134/S106378260606008X.

V.A. Romaka, Yu.V. Stadnyk, V.V. Romaka, D. Fruchart, Yu.K. Gorelenko, V.F. Chekurin, A.M. Horyn, Features of electrical conductivity in the n-ZrNiSn intermetallic semiconductor heavily doped with the In acceptor impurity, Semiconductors, 41(9) 1041 (2007); https://doi.org/10.1134/S1063782607090072.

L.I. Anatychuk. Thermoelectricity. Physics of thermoelectricity, Institute of Thermoelectricity, Kyiv, Chernivtsi, Vol. 1 (1998).

B.I. Shklovskii and A.L. Efros, Electronic properties of doped semiconductors, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg (1984); https://doi.org/10.1007/978-3-662-02403-4.

Yu. Stadnyk, V.A. Romaka, L. Romaka, A. Horyn, V. Pashkevych, Experimental studies of a new thermoelectric material based on semiconductor solid solution Ti1-xAlxNiSn, Physics and chemistry of solid state, 25(1), 157 (2024). https://doi.org/10.15330/pcss.25.1.157-163.

V.V. Romaka, P. Rogl, L. Romaka, Yu. Stadnyk, A. Grytsiv, O. Lakh, V. Krayovskii, Peculiarities of structural disorder in Zr- and Hf-containing Heusler and half-Heusler stannides, Intermetallics, 35, 45 (2013); http://dx.doi.org/10.1016/j.intermet.2012.11.022.

V.A. Romaka, Yu.V. Stadnyk, L.G. Akselrud, V.V. Romaka, D. Fruchart, P. Rogl, V.N. Davydov, Yu.K. Gorelenko, Mechanism of Local Amorphization of a Heavily Doped Ti1-xVxCoSb Intermetallic Semiconductor, Semiconductors, 42(7), 753 (2008); https://doi.org/10.1134/S1063782608070014.

T. Roisnel, J. Rodriguez-Carvajal, WinPLOTR: a windows tool for powder diffraction patterns analysis. Mater. Sci. Forum, Proc. EPDIC7 378 (2001); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.378-381.118.

V. Moruzzi, J. Janak, A. Williams, Calculated Electronic Properties of Metals, Pergamon Press, NY (1978). https://doi.org/10.1016/B978-0-08-022705-4.50002-8.

M. Schruter, H. Ebert, H. Akai, P. Entel, E. Hoffmann, G.G. Reddy, First-principles investigations of atomic disorder effects on magnetic and structural instabilities in transition-metal alloys, Phys. Rev. B 52, 188 (1995); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.52.188.