Titelaufnahme

Titel
Bestimmung der Ladungsträgerdichte in thermoelektrischen Materialien / von Patrick-René Heinrich
VerfasserHeinrich, Patrick-René
Begutachter / BegutachterinBauer, Ernst
Erschienen2012
Umfang77 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2012
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Hall Effekt / Ladungsträgerdichte / Spezifischer Widerstand / Beweglichkeit / van der Pauw / Skutterudite
Schlagwörter (EN)Hall effect / density of charge carrier / resistivity / mobility / van der Pauw / skutterudites
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-50045 Persistent Identifier (URN)
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Bestimmung der Ladungsträgerdichte in thermoelektrischen Materialien [7.48 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Thermoelemente wandeln Wärmeenergie in elektrische Energie um.

Dieser Umwandlungsprozess wird maßgeblich durch die sogenannte figure of merit bestimmt. Dieser ist unter anderem durch den spezifischen Widerstand, sowie durch den Seebeck-Koeffizienten S gegeben, welcher von der Ladungsträgerdichte n abhängig ist. Ziel dieser Arbeit war es, Größen wie den spezifischen Widerstand und die Ladungsträgerdichte, vornehmlich von thermoelektrischen Materialien, bei Raum- sowie bei Stickstofftemperatur messbar zu machen. Dabei ist die Ladungsträgerdichte durch den Hall-Effekt bestimmbar. Aus diesem Grund wurde ein Messsystem aufgebaut, welches eine Bestimmung des spezifischen Widerstandes und des Hall-Effektes mittels zweier Messmethoden ermöglicht. Zum einen mit der herkömmlichen "Sechs-Punkt-Methode" (6P-Methode) und zum anderen mit der Van-der-Pauw-Methode (VdP-Methode).

Letztere eignet sich besonders zur Messung dünner Schichten und ermöglicht es, Messungen an Proben mit "beliebiger" Geometrie durchzuführen. Mittels VdP-Methode sind auch Messungen oberhalb der Raumtemperatur durchführbar. Weiters wurde der Messaufbau so konzipiert, dass Vergleichsmessungen mit dem Physical Property Measurement System (PPMS), ohne zusätzlichen Aufwand, durchgeführt werden können. Durch Messungen am Halbmetall Bismut, welches ein besonders starkes Hall-Signal aufweist, wurde die grundlegende Funktionsweise der Anlage geprüft. Messungen an Silber zeigten im Wesentlichen übereinstimmende Resultate, verglichen mit gängiger Literatur und Messungen mit dem PPMS.

Darüber hinaus wurden Messungen an Indiumoxiden durchgeführt. Ein besonderes Augenmerk wurde auf Skutterudite gelegt, die heute zu den vielversprechendsten thermoelektrischen Materialien zählen und aktueller Gegenstand der Forschung sind. Im Falle der hier untersuchten Skutterudite ergab sich eine gute Übereinstimmung im spezifischen Widerstand und teilweise eine Korrelation des Seebeck-Koeffizienten mit der Ladungsträgerdichte, verglichen mit den Messdaten des Messsystems ULVAC ZEM-3.

Zusammenfassung (Englisch)

Thermocouples convert thermal energy into electric energy. This process of energy conversion is determined by a quantity called figure of merit. One factor of the figure of merit is the thermoelectric power S which depends on density of charge carrier n. Another quantity is the electrical resistivity. Nowadays, materials like skutterudites belong to the most promising thermoelectric materials; hence they are topical objects of research. Purpose of this diploma thesis was to determine the electrical resistivity and the density of charge carriers of these kind of materials, at nitrogen temperature, at room temperature and up to higher temperatures. To measure the above mentioned quantities, a resistivity and Hall effect measuring system for conventional and van der Pauw measurements was built up.

Measurements on bismuth demonstrated the correct mode of operation. Moreover, it was possible to determine a proper value of resistivity and charge carrier density of silver compared with usual literature and measurements on the Physical Property Measurement System (PPMS). Also measurements on indium oxide were performed. In case of skutterudites, resistivity measurements were successful, too. In some cases, a correlation between thermoelectric power and density of charge carrier was noticed.