การปรับปรุงโครงสร้างแถบพลังงานของสารประกอบโลหะเจือ Mg₂Si₁-xGex ที่ถูกเติมด้วยโลหะมีสกุลโดยใช้แบบจำลองทฤษฎีฟังก์ชันนอลความหนาแน่น

สกานต์ คำแก้ว; อรรณพ เอกธาราวงศ์

dc.contributor.advisor	ธิติ บวรรัตนารักษ์
dc.contributor.author	สกานต์ คำแก้ว
dc.contributor.author	อรรณพ เอกธาราวงศ์
dc.contributor.other	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิทยาศาสตร์
dc.date.accessioned	2022-05-23T03:05:53Z
dc.date.available	2022-05-23T03:05:53Z
dc.date.issued	2562
dc.identifier.uri	http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/78655
dc.description	โครงงานเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิทยาศาสตรบัณฑิต ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ปีการศึกษา 2562	en_US
dc.description.abstract	วัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกชนิดแมกนีเซียมซิลิไซด์ได้รับความสนใจในด้านวัสดุทางเลือกที่มีอุณหภูมิทำการอยู่ในย่านกลาง (600-1200 K) ซึ่งมีความพิเศษคือสามารถหาได้ง่ายบนพื้นโลกและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม โดยการนำมาทำเป็นอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริกจะต้องใช้สารที่มีสภาพนำไฟฟ้าชนิดพี (p-type) และชนิดเอ็น (n-type) มาต่อร่วมกัน ซึ่งแมกนีเซียมซิลิไซด์ที่สมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็นดังนั้นการพัฒนาแมกนีเซียมซิลิไซด์ที่มีสภาพนำไฟฟ้าเป็นชนิดเอ็นจึงถูกพัฒนาประสิทธิภาพได้ดีกว่า แต่สำหรับชนิดพีนั้นยังคงยากต่อการสังเคราะห์ขึ้นมาอยู่ โดยการจะทำให้สารมีสภาพนำไฟฟ้าเป็นชนิดพีได้นั้นจะต้องมีการนำมาทำเป็นโลหะเจือ (alloy) กับสารกึ่งตัวนำชนิดพี เช่น แมกนีเซียมเจอร์เมไนด์ หรือเติมอะตอมที่มีโฮล (hole) ลงไปเพิ่มเพื่อให้มีสภาพนำไฟฟ้าเป็นชนิดพี สำหรับงานวิจัยนี้เลือกพิจารณาระบบของโลหะเจือชนิดแมกนีเซียมซิลิไซด์กับ เจอร์เมเนียม Mg₂Si₁-xGex ซึ่งมีการเติมโลหะมีสกุล (noble metal) เช่น โลหะเงิน (silver) โลหะทองแดง (copper) และ โลหะทอง (gold) เข้าไปเพื่อให้มีสภาพนำไฟฟ้าเป็นชนิดพี โดยใช้แบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ จากทฤษฎีฟังก์ชันนอลความหนาแน่น ซึ่งโครงสร้างที่นำมาจำลองระบบโลหะเจือนี้จะเป็นโครงสร้างเสมือนสุ่มพิเศษ (special quasirandom structure : SQS) เพื่อเป็นตัวแทนของระบบโลหะเจือที่มีอัตราส่วน x ที่สนใจ พิจารณาคือ x = 0.25 , 0.50 และ 0.75 หลังจากนั้นจึงนำสารประกอบโลหะเจือที่มีอัตราส่วน x = 0.5 มาทำการเติมโลหะมีสกุลเข้าไป 1 อะตอม แล้วจึงพบว่าการเติมโลหะเงินเข้าไปโดยเข้าไปแทนที่อะตอมแมกนีเซียมในผลึก จะทำให้สารประกอบโลหะเจือนี้มีสภาพนำไฟฟ้าเป็นชนิดพี ในทางกลับกันโลหะทองแดงและโลหะทองมีแนวโน้มที่จะเข้าไปแทนที่ช่องว่างกลางโครงสร้างและซิลิกอนตามลำดับ แล้วทำให้มีสภาพนำไฟฟ้าชนิดเอ็นแทน แต่อย่างไรก็ตาม พลังงานก่อเกิด (formation Energy) ระหว่างการที่โลหะเงินเข้าไปแทนที่ แมกนีเซียมและช่องว่างกลางโครงสร้าง มีค่าแตกต่างกันเพียง 0.1 eV จึงทำให้ในเชิงการทดลองการสังเคราะห์สาร มีโอกาสที่โลหะเงินจะเกิดการแทนที่ช่องว่างกลางโครงสร้างในผลึก ซึ่งเป็นผลให้สารประกอบโลหะเจือชนิดนี้เปลี่ยนจากสภาพนำไฟฟ้าชนิดพีไปเป็นชนิดเอ็นได้	en_US
dc.description.abstractalternative	Magnesium Silicide semiconductor (Mg₂Si) is a promising mid-temperature (600-1200 K) thermoelectric material which is environmentally friendly. Thermoelectric module can be built by using both n-type and p-type thermoelectric materials. Mg₂Si intrinsically possesses n-type conductivity, and n-type dopants are generally used for improving its thermoelectric performance but p-type Mg2Si is still difficult to be synthesized. There are two method that can make Mg₂Si has p-type conductivity. One is making alloy with p-type semiconductor such as Mg₂Ge and the other is doping with p-type dopants. This project aims at investigating the change in electronic properties of Mg₂Si when is being alloyed with Mg₂Ge and being doped with noble metals (Ag, Cu and Au) by performing computational simulations based on density functional theory (DFT). The results showed that the conductivity of Mg₂Si₁-xGex, which x = 0.25, 0.50 and 0.75, is still n-type but Fermi energy decreases as germanium increases. Moreover, the result of doping Mg₂Si₀.₅Ge₀.₅ with noble metal show that, Ag-doped systems exhibit the lowest formation energy when Ag is substituted in Mg-site that causes Mg₂Si₁-xGex to show p-type conductivity. On the other hand, the conductivity Cu-doped and Au-doped systems are n-type because Cu and Au are more likely to substitute in interstitial site and Sisite respectively. However, in Ag-doped systems, the difference in formation energy of substituting Ag in Mg-site (p-type) and interstitial site (n-type) is only 0.1 eV, which can cause the experimental instability of p-type conductivity.	en_US
dc.language.iso	th	en_US
dc.publisher	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย	en_US
dc.rights	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย	en_US
dc.subject	วัสดุเทอร์โมอิเล็กทริก	en_US
dc.subject	ตัวนำไฟฟ้า	en_US
dc.subject	Thermoelectric materials	en_US
dc.subject	Electric conductors	en_US
dc.title	การปรับปรุงโครงสร้างแถบพลังงานของสารประกอบโลหะเจือ Mg₂Si₁-xGex ที่ถูกเติมด้วยโลหะมีสกุลโดยใช้แบบจำลองทฤษฎีฟังก์ชันนอลความหนาแน่น	en_US
dc.title.alternative	Electronic Band Structure Engineering of Noble Metal Doped Mg₂Si₁-xGex Alloy by DFT Simulation	en_US
dc.type	Senior Project	en_US
dc.degree.grantor	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย	en_US