Влияние примесей редкоземельных элементов и распределения компонентов на кинетические свойства и термоэлектрическую эффективность сплавов висмут-сурьма Марков, Олег Иванович

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Марков, Олег Иванович. Влияние примесей редкоземельных элементов и распределения компонентов на кинетические свойства и термоэлектрическую эффективность сплавов висмут-сурьма : диссертация ... доктора физико-математических наук : 01.04.07 / Марков Олег Иванович; [Место защиты: ГОУВПО "Курский государственный технический университет"].- Курск, 2012.- 361 с.: ил. РГБ ОД, 71 13-1/24

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Совершенствование методов прямого преобразования энергии с использованием твердых тел является одной из прикладных задач физики конденсированного состояния. В последнее время значительно усилился интерес к широким возможностям термоэлектрического преобразования энергии. Единственным препятствием к более широкому распространению термоэлектрических преобразователей при практическом использовании является их сравнительно невысокая эффективность. Поэтому исследование материалов, обладающих высоким значением параметра термоэлектрической эффективности ( и – удельные электро - и теплопроводность, - дифференциальная термоэдс), в настоящее время особенно актуально.

В твердых растворах висмут-сурьма с изменением соотношения компонентов происходит плавная перестройка энергетического спектра. Сплавы висмут-сурьма в полупроводниковой области состояния являются одними из самых эффективных низкотемпературных термоэлектриков. Узкозонные полупроводники и полуметаллы, к которым относятся сплавы висмут-сурьма, отличает высокая чувствительность физических свойств к внешним воздействиям: изменению температуры, давления, магнитного поля. Все это делает их прекрасным модельным материалом, имеющим как фундаментальный, так и прикладной интерес. Еще одной возможностью широкого варьирования свойств сплавов висмут-сурьма является использование примесей. Легирование активными (донорными и акцепторными) примесями позволяет, изменяя уровень химического потенциала, делать актуальными те или иные группы носителей заряда и тем самым достичь оптимальной концентрации носителей с точки зрения максимальности термоэлектрической эффективности. Однако при введении этих примесей могут изменяться механизмы рассеяния носителей заряда, что сказывается на их подвижности, причем чаще всего это происходит нежелательным образом.

Можно предположить, что изменить соотношение вкладов различных групп носителей заряда, можно добавлением пассивных примесей, вносящих конкурирующий механизм рассеяния носителей. Введение, например, в полупроводник магнитных примесей повлияет на изменение подвижностей, вызывая спин - зависимое рассеяние. Кроме того, присутствие магнитных примесей приведет к тому, что зависимость свойств сплавов висмут-сурьма от внешних магнитных полей еще более усилится, это открывает еще один путь повышения термоэлектрической эффективности. Незаполненные d-оболочки переходных и f-оболочки редкоземельных элементов (РЗЭ) также могут вести себя как эффективные ловушки электронов проводимости, что тоже повлияет на вклады в перенос различных групп носителей заряда. Другой возможностью изменения механизма рассеяния является введение в матрицу наноразмерных дефектов, которые инициируют селективное рассеяние отдельных групп носителей заряда, изменяя их вклад в явления переноса. Практический интерес представляют воздействия примесей, приводящие к росту термоэлектрической эффективности. С целью исследования реализации этих идей было решено использовать добавки РЗЭ в твердых растворах висмут-сурьма. С момента начала работ, результаты которых представлены в настоящей диссертации, и по настоящее время проблема влияния примесей РЗЭ на кинетические, в том числе термоэлектрические свойства сплавов висмут-сурьма еще никем не разрабатывалась и, поэтому, такие исследования становятся актуальными, делающими их привлекательными как для фундаментальных исследований, так и практических приложений.

Понимание связей состав—энергетическая структура—свойства открывает путь управления физическими характеристиками твердых растворов висмут-сурьма с помощью изменения состава сплава. В области гелиевых температур зонная структура сплавов висмут-сурьма в зависимости от состава исследована довольно подробно резонансными и осцилляционными методами. В результате движения зон с ростом температуры в узкозонных полупроводниках происходит значительная перестройка зонной структуры, которая исследована еще недостаточно. Имеются значительные разногласия в экспериментальных значениях величин подвижностей, концентраций и эффективных масс плотности состояний носителей заряда. Практически единственным методом изучения зонной структуры в интервале температур 77-300К является использование комплекса кинетических эффектов. Поэтому по-прежнему актуально исследование кинетических эффектов сплавов висмут-сурьма, уточнение параметров зонной структуры и характеристик носителей заряда и их изменений с температурой. Движение энергетических зон, вносящих основной вклад в явления переноса и положение уровня Ферми, в сплавах висмут-сурьма при изменении состава и температуры оказывает влияние на эффективность термоэлектрического преобразования энергии, что нуждается в дополнительном исследовании.

Другой аспект работы посвящен вычислительному эксперименту. Общепринятое использование в качестве критерия эффективности термоэлектрического преобразования параметра Z, предполагает его всемерное повышение. При таком подходе упускаются из виду собственно теплофизические процессы, происходящие при преобразовании энергии. С точки зрения практического использования необходимо эти процессы организовать (оптимизировать) так, чтобы достичь максимального эффекта (максимального перепада температур, максимального теплового потока, максимальной эффективности преобразования энергии и т. д.). Поэтому на первом этапе вычислительного эксперимента строится точная математическая модель теплофизических процессов, сопровождающих термоэлектрическое преобразование энергии. Она основана на решении граничной задачи, описывающей теплофизические процессы в термоэлектрике с распределенными источниками тепла (эффекты Пельтье, Джоуля, Томсона и распределенный или объемный эффект Пельтье). Такая модель позволяет выделить парциальные вклады отдельных эффектов и проанализировать их взаимное влияние. На втором этапе модель подвергается оптимизационному исследованию, для чего устанавливаются количественный критерий, на основе которого проводится анализ вариантов с целью выявления «наилучшего» (в данном случае максимального) и производится выбор переменных. Одной из простейших задач является определение максимального перепада температур в термоэлектрике с конкретными температурными зависимостями кинетических коэффициентов. В этой модели характеристическим критерием является перепад температур, независимой переменной - величина электрического тока. Более сложная модель используется для нахождения оптимальной концентрации носителей заряда, при этом добавляется новая переменная. Такая модель использует кинетические коэффициенты, рассчитываемые методами теории переноса. При расчете можно пользоваться как классической, так и квантовой статистикой носителей заряда с различными законами дисперсии, учесть трансформацию зонной структуры термоэлектрика, вызванную изменением состава и температуры и т.д. Проведенный вычислительный эксперимент делает данную работу логически завершенной и практически полезной. Используемые модели позволяют перейти от общепринятого «оценочного» метода расчета термоэлектрической эффективности термоэлектрика на основе полуклассических выражений к строгим математическим процедурам, допускающим формулирование количественно обоснованных заключений и провести оценку степени их достоверности. Степень разработанности проблемы численного моделирования и оптимизации теплофизических процессов при термоэлектрическом преобразовании энергии на базе решения граничной задачи крайне низка. Непосредственно по проблеме численного моделирования термоэлектрического преобразования энергии в полупроводнике на базе уравнения теплового баланса известно небольшое число публикаций (Иванова К.Ф. и Ривкин А.С., Тахистов Ф.Ю.). В частности, в работах Ивановой и Ривкина используется линеаризированное уравнение стационарной теплопроводности при слабой зависимости кинетических коэффициентов от температуры и, поэтому, не учитывается эффект Томсона, а статистика носителей заряда предполагается классической. В работах Тахистова рассчитывается температурное поле в термоэлектрике при протекании тока с учетом температурной зависимости коэффициентов. Таким образом, нельзя говорить о разработанности теоретической модели оптимизации термоэлектрических процессов. Другой аспект проблемы оптимизации процесса термоэлектрического преобразования энергии, связанный со статистикой носителей заряда и зонной структурой полупроводника вообще не обсуждался.

Предмет и объект исследования. Предметом исследования являются теплофизические явления при термоэлектрическом преобразовании энергии. Объектом - новые низкотемпературные полупроводниковые материалы – сплавы висмут-сурьма, легированные РЗЭ, градиентно-неоднородные и «градиентно - варизонные» сплавы висмут-сурьма.

Целью работы является поиск новых подходов повышения эффективности термоэлектрического преобразования энергии, состоящий в изучении:

а) влияния добавок неактивных примесей (на примере редкоземельных элементов) на явления переноса монокристаллов сплавов висмут-сурьма и их термоэлектрическую эффективность;

б) влияния перестройки зонной структуры в сплавах висмут-сурьма, вызванной градиентным изменением состава и/или температуры, на повышение термоэлектрической эффективности сплавов висмут-сурьма;

в) математической модели теплофизических процессов в термоэлектриках различной зонной структуры с учетом эффектов Пельтье, Джоуля, Томсона и распределенного эффекта Пельтье.

Задачи исследования:

Методом горизонтальной зонной перекристаллизации вырастить монокристаллы с добавками редкоземельных элементов: тройных Bi-Sb-Gd, Bi-Sb-Sm и четверных сплавов Bi-Sb-Gd-Te, Bi-Sb-Gd-Sn.
С помощью измерения угловых зависимостей эффекта Шубникова-де – Гааза определить параметры поверхности Ферми монокристаллов сплавов с добавками гадолиния.
Определить элементный состав выращенных сплавов висмут-сурьма с различными примесями и провести картирование элементов методом энергодисперсионного анализа.
Провести исследование морфологии поверхности скола монокристаллов с примесями РЗЭ методами оптической микроскопии, атомно-силовой микроскопии (АСМ) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Исследовать дефектность кристаллов.
Провести комплексное исследование температурных и магнито - полевых зависимостей кинетических коэффициентов в широком интервале температур и магнитных полей. На основе полученных данных определить параметры зонной структуры и носителей заряда (ширина запрещенной зоны, подвижность носителей тока, эффективная масса плотности состояний).
Провести математическое моделирование теплоэнергетических процессов, происходящих в термоэлектрике при прохождении тока, разработать расчетные схемы оптимизации кинетических процессов. Используя разработанную методику, выяснить возможности повышения термоэлектрической эффективности сплавов висмут-сурьма.
Провести оценки термоэлектрической эффективности для низкоразмерных систем на основе висмута с использованием кинетических коэффициентов, полученных решением кинетического уравнения Больцмана для носителей заряда.
Спроектировать и создать вакуумную установку для измерения электропроводности, теплопроводности, термоэдс и эффекта Холла монокристаллов твердых растворов висмут-сурьма с добавками РЗЭ в интервале температур Т=77-300К и магнитных полей В=0-1Тл.
Дать физическое обоснование и проведением прямых экспериментальных исследований доказать увеличение термоэлектрической эффективности монокристаллов сплавов висмут-сурьма с использованием добавок РЗЭ, градиентно-неоднородных и «градиентно – варизонных» составов.

Научная новизна:

Методом горизонтальной зонной перекристаллизации выращены монокристаллы сплавов висмут-сурьма с добавками РЗЭ следующих составов: , ,,,,,,,,,. Методом энергодисперсионного рентгеновского флуоресцентного анализа установлено наличие добавок РЗЭ в полученных сплавах. Впервые наблюдались микро - и нановыделения в сплавах висмут-сурьма при введении добавок РЗЭ в количестве, не превышающем 0,1 ат.%.
Определены параметры поверхности Ферми монокристаллов сплавов методом измерения угловых зависимостей экстремальных сечений поверхности Ферми с помощью эффекта Шубникова-де – Гааза. Установлено, что добавки гадолиния не оказывают существенного влияния на параметры зонной структуры сплавов висмут-сурьма. В рамках моделей закона дисперсии Лэкса и Макклюра рассчитаны энергии Ферми и концентрации носителей заряда четверных сплавов .
В интервале температур 77-300 К и магнитных полей 0-1 Тл изучено влияние примесей редкоземельных элементов на гальваномагнитные, термоэлектрические и термомагнитные свойства монокристаллов Bi-Sb-Gd, Bi-Sb-Sm, Bi-Sb-Gd-Te, Bi-Sb-Gd-Sn. Показано, что добавки гадолиния и самария приводят к увеличению модуля дифференциальной термоэдс области азотных температур. Добавка 0,1 ат.%Gd увеличивает модуль дифференциальной термоэдс (со значения до ). В магнитном поле 0,4Тл модуль дифференциальной термоэдс сплава увеличивается почти в два раза.
Показано, что добавки гадолиния и самария в количестве 0,01 ат.% приводят к увеличению термоэлектрической эффективности n-типа. Установлено, что добавка 0,1 ат.%Gd увеличивает термоэлектрическую эффективность до значения. В магнитном поле эффективность возрастает до значений при В=0,05 Тл ив поле В=0,4 Тл при Т=80К.
В рамках модели Лэкса проведено численное моделирование температурной перестройки зонной структуры сплавов и расчет температурной зависимости подвижности носителей заряда. Показано, что в интервале температур 77-120 К ширина запрещенной зоны уменьшается с 12 мэВ до 11 мэВ.
Изучены физические возможности повышения термоэлектрической эффективности «градиентно – варизонных» сплавов за счет перестройки энергетического спектра носителей тока. Установлено, что термоэлектрическая эффективность «градиентно – варизонных» сплавов (12х16 ат.%) возрастает на 17%, что подтверждается экспериментальными исследованиями.
На основании теоретического анализа и компьютерного моделирования полупроводниковых систем пониженной размерности изучены возможности повышения термоэлектрической эффективности висмута вследствие перестройки зонной структуры при размерном квантовании носителей заряда с квадратичным законом дисперсии. Показано, что компонента тензора термоэлектрической эффективности может достигать значения при азотной температуре.
Разработана методика численного расчета термоэлектрической эффективности полупроводника, основанная на математической модели, описывающей теплофизические процессы при термоэлектрическом преобразовании энергии в единичном объеме полупроводника. Математическая модель включает эффекты Пельтье, Джоуля, Томсона распределенный эффект Пельтье и позволяет использовать экспериментальные температурные и концентрационные зависимости кинетических коэффициентов.
Моделирование теплофизических процессов в полупроводнике при термоэлектрическом преобразовании энергии (включая объемный эффект Пельтье и эффект Томсона) основывалось на вычислениях кинетических коэффициентов с использованием квантовой статистики носителей заряда, с учетом температурной зависимости подвижности носителей заряда и решеточной составляющей теплопроводности термоэлектрика. В качестве характеристических критериев использовались перепад температур и тепловой поток, которые необходимо было максимизировать. Проведенная оптимизация теплофизических процессов позволила определить оптимальные значения концентрации носителей заряда, оптимальные значения электрического тока, характерные для каждого теплового режима.
Математическая модель теплофизических процессов в комбинированном (составном) термоэлектрике, состоящем из двух последовательно соединенных полупроводников одного типа проводимости, но различной термоэффективности, позволила выявить физические причины роста термоэлектрической эффективности и найти оптимальное соотношение длин термоэлектриков. Для комбинированного термоэлектрика, «низкотемпературная», часть которого из термоэлектрика а «высокотемпературная» из теллурида висмута, оптимальное соотношение длин составляет приблизительно 4: 1.
На основе анализа математической модели теплофизических процессов в градиентно - неоднородном полупроводнике при термоэлектрическом преобразовании энергии показана возможность роста термоэлектрической эффективности по сравнению с однородным термоэлектриком. Определены оптимальные градиенты концентраций носителей заряда, необходимые для достижения максимального перепада температур. Установленные физические закономерности показывают и пассивной железной ветвью, что линейное распределение концентрации носителей заряда не является оптимальным, как это считалось ранее. Физически обоснована возможность повышения термоэлектрической эффективности материалов с концентрацией носителей, меняющейся вдоль направления тока по экспоненциальной зависимости.

Теоретическая и практическая значимость.

В работе впервые предложены и выращены трехкомпонентные сплавы висмут-сурьма с добавками РЗЭ и четырехкомпонентные с добавками РЗЭ, а также активных примесей теллура и олова. Решена научная задача физики конденсированного состояния: развиты новые представления о механизмах влияния структуры твердых тел на термоэлектрические процессы (повышение термоэлектрической эффективности с помощью неактивных примесей; оптимизации свойств термоэлектриков с использованием представлений о зонной структуре и теплофизических процессов в термоэлектриках). Внесен существенный вклад в исследование физических свойств низкотемпературных градиентно - неоднородных термоэлектриков висмут-сурьма. Разработан подход к решению оптимизационной задачи повышения эффективности термоэлектрического преобразования энергии на базе стационарного уравнения теплопроводности с распределенными источниками теплоты (эффекты Пельтье, Джоуля, Томсона, распределенный эффект Пельтье).

Практическая значимость результатов диссертационного исследования заключается в разработке метода влияния структуры термоэлектриков на термоэлектрические процессы, а также способов получения высокоэффективных термоэлектриков. Реализация полученных в работе результатов позволяет осуществлять выращивание монокристаллов термоэлектриков с оптимальными свойствами. Такой комплексный подход в создании термоэлектриков высокой эффективности должен включать в себя поэтапно: исследование зонной структуры термоэлектрика; оптимизацию термоэлектрических свойств с учетом перестройки зонной структуры при изменении состава и температуры и, наконец, программируемое выращивание монокристалла уже с оптимальным распределением примесей и компонентов состава.

Рассмотренные в работе термоэлектрики и физические аспекты работы низкотемпературных термоэлектрических преобразователей могут представлять интерес в связи с потребностью в низкотемпературных охлаждаемых приемниках излучения, используемых во внеатмосферной астрономии, при зондировании в ИК-диапазоне поверхности Земли и других планет.

Научные результаты, выносимые на защиту:

Примеси РЗЭ в количестве до 0,01 ат.% не оказывают заметного влияния на качество осцилляций Шубникова-де Гааза и параметры зонной структуры сплавов , что позволяет моделировать кинетические эффекты с использованием зонной структуры сплавов .
Примеси гадолиния и самария в сплавах висмут-сурьма не проявляют ни донорные, ни акцепторные свойства, поскольку они лишь незначительно уменьшают удельное сопротивление и модуль постоянной Холла сплавов . Примеси Gd и Sm образуют в межслоевом пространстве кристаллической решетки висмут-сурьма кластеры размером 50-150 нм.
Примеси РЗЭ влияют на кинетические эффекты сплавов , ,,, , . Наблюдаемый рост модуля дифференциальной термоэдс (на 25% при 78К) в монокристаллах сплавов , при T<120K обусловлен изменением соотношения парциальных вкладов электронов и дырок в полную термоэдс. Уменьшение удельного сопротивления и увеличение модуля дифференциальной термоэдс в сплавах по сравнению с приводят к значительному росту термоэлектрической эффективности n-типа (с до при Т=80К).
В монокристаллах сплавов и в области азотных температур наблюдается аномальный рост модуля дифференциальной термоэдс в магнитном поле по сравнению со сплавами . Уменьшение удельного сопротивления и увеличение модуля дифференциальной термоэдс при азотной температуре приводят к значительному росту термоэлектрической эффективности в магнитном поле сплавов с примесями гадолиния и самария. Максимальная термоэлектрическая эффективность сплава возрастает до значений в поле 0,05 Тл при Т=80К.
Каждому тепловому режиму с соответствующим температурным полем в однородном полупроводнике в процессе термоэлектрического преобразования энергии отвечает определенная концентрация носителей заряда, определяемая распределением температуры. Поэтому оптимальное значение концентрации носителей заряда следует определять не из максимума параметра термоэлектрической эффективности Z в данном интервале температур (как это обычно делается), а непосредственной оптимизацией теплофизических процессов при решении граничной задачи по расчету температурного поля в термоэлектрике. При одном и том же перепаде температур, но отличающихся распределениях температуры оптимальная концентрация носителей заряда может отличаться в 2 и более раз.
Распределенный (объемный) эффект Пельтье в градиентно-неоднородных полупроводниках в процессах термоэлектрического преобразования энергии позволяет, управляя тепловым потоком, регулировать температурное поле. Установленные физические закономерности объясняют причины того, что линейное распределение концентрации носителей заряда не является оптимальным для эффективного преобразования энергии. Физически обосновано, что экспоненциальное распределение концентрации носителей позволяет повысить эффективность термоэлектрического охлаждения (численный эксперимент показывает увеличение максимального перепада температур в 1,2-1,5 раза).
Анализ математической модели комбинированного (составного) термоэлектрика, состоящего из двух или более последовательно соединенных полупроводников одного типа проводимости, но разной эффективности, расположенных так, что в каждом интервале температур достигается максимум термоэлектрической эффективности расположенного в этой области полупроводника, позволил выявить физические причины повышения термоэлектрической эффективности по сравнению с однородным термоэлектриком. Для комбинированного термоэлектрика на основе сплава висмут-сурьма и теллурида висмута вычислительный эксперимент устанавливает увеличение эффективности на 15-35% в зависимости от температуры при соотношении длин 4: 1.
На базе монокристаллов твердых растворов висмут-сурьма получены «градиентно - варизонные» структуры с изменяющейся вдоль одного направления шириной запрещенной зоны, формирующие градиент концентрации носителей заряда. Физически обоснована причина увеличения эффективности термоэлектрического преобразования энергии в «градиентно - варизонных» структурах. Вычислительный эксперимент показал рост термоэлектрической эффективности на 17% при использовании «градиентно – варизонного» полупроводника на основе сплавов , . Повышение термоэлектрической эффективности «градиентно - варизонных» сплавов подтверждено экспериментально.

Достоверность и обоснованность результатов, полученных в данной работе, обеспечивается применением многократно проверенной методики исследования кинетических свойств низкотемпературных термоэлектриков, использованием высококачественных монокристаллов висмут-сурьма и воспроизводимостью экспериментальных данных. Полученные результаты соответствуют экспериментальным данным и теоретическим моделям, опубликованным в литературе. Точность результатов, полученных в ходе математического моделирования, определяется тем, что в основу положены уравнения теплопереноса, полученные на основе закона сохранения энергии, а также сопоставлениями результатов теоретических и экспериментальных исследований, показавшими удовлетворительное согласие теории и эксперимента.

Личный вклад автора. Основные результаты диссертации получены лично автором. При этом диссертанту принадлежит постановка задачи исследования и осуществление эксперимента по измерению кинетических эффектов в широком интервале температур и магнитных полей. Выращивание высококачественных монокристаллов сплавов висмут-сурьма, легированных донорными и акцепторными примесями теллура и олова и редкоземельными элементами и измерение явлений переноса осуществлялось автором в лаборатории полуметаллов РГПУ им. А.И.Герцена. Проведение исследований осцилляций Шубникова-де Гааза реализовывалось автором на установке, находящейся на кафедре Физики низких температур и сверхпроводимости МГУ им. М.В.Ломоносова. Автором осуществлена разработка оптимизирующей математической модели теплофизических процессов при термоэлектрическом преобразовании энергии, сделан выбор методов ее решения и выполнено ее исследование.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 1 «Теоретическое и экспериментальное изучение физической природы свойств металлов и их сплавов, неорганических и органических соединений, диэлектриков и в том числе материалов световодов, как в твердом, так и в аморфном состоянии в зависимости от их химического, изотопного состава, температуры и давления», поскольку проведено экспериментальное изучение физических свойств сплавов висмут-сурьма в зависимости от химического состава и температуры; п.5 «Разработка математических моделей построения фазовых диаграмм состояния и прогнозирование изменения физических свойств конденсированных веществ в зависимости от внешних условий их нахождения», т.к. в рамках математической модели теплофизических процессов при термоэлектрическом преобразовании энергии и проведено прогнозирование изменения физических свойств термоэлектриков в зависимости от температуры и магнитного поля; п.6 «Разработка экспериментальных методов изучения физических свойств и создание физических основ промышленной технологии получения материалов с определенными свойствами» (в соответствии которому разработаны физические основы технологии получения термоэлектриков с определенными термоэлектрическими свойствами) паспорта специальности 01.04.07 — «Физика конденсированного состояния».

Апробация результатов работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на: IV Всесоюзном симпозиуме «Полупроводники с узкой запрещенной зоной и полуметаллы» (Львов, 1975), XIV-Международном форуме по термоэлектричеству (Москва, 2011), Международном семинаре «Полупроводниковые материалы для термоэлектрических устройств и солнечной энергетики» (Москва, 2002); VIII, IX, X,XI,XII Межгосударственных семинарах «Термоэлектрики и их применения» (Санкт - Петербург, 2002, 2004, 2006, 2008, 2010); V Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (Москва, 2006); XIV Международном симпозиуме «Тонкие пленки в оптике и электронике» (Харьков, 2002); IX Международном симпозиуме «Высокочистые металлические и полупроводниковые материалы» (Харьков, 2003); IV, V, VII, X Международных конференциях «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, 2004, 2005, 2007, Ставрополь, 2010); IV Международной научно-технической конференции «Компьютерное моделирование 2003» (Санкт -Петербург, 2003 ); IX Международном симпозиуме «Методы дискретных особенностей в задачах математической физики» (Орел, 2000); III, IV, V Международных научно-практических конференциях «Человек и космос» (Днепропетровск, 2001, 2002, 2003); Международной научной конференции «Современные методы физико-математических наук» (Орел, 2006), 50 Международном симпозиуме « Актуальные проблемы прочности» (Витебск, 2010), VI Международной научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Оренбург, 2010), II Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы химической науки, практики и образования» (Курск, 2011), XI Международном семинаре МНТ-XI (Структурные основы модифицирования материалов) (Обнинск,2011), IX Международной конференции ВИТТ-2011 (Минск,2011), Всероссийской научной конференции «Методы исследования состава и структуры функциональных материалов» (Новосибирск, 2009), Всероссийской научной конференции «Физика полупроводников и полуметаллов» (Санкт-Петербург, 2002); III Всероссийской конференции «Состояние и перспективы развития термоэлектрического приборостроения». (Махачкала, 2007), Всероссийской научно-практической конференции «Физические явления в конденсированном состоянии вещества» (Чита, 2009);), II Всероссийской научно-практическая конференция «Системы обеспечения тепловых режимов преобразователей энергии и системы транспортировки теплоты». (Махачкала, 2010), IV Всероссийская конференция по наноматериалам (Москва, 2011), XLVII Всероссийская конференция по проблемам физики частиц, физики плазмы и конденсированных сред, оптоэлектроники (Москва, 2011), научно-технической конференции «Перспективные материалы твердотельной электроники» (Минск, 1990); 53 научной конференции МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук». (Москва, 2010), III региональной научной конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование» (Благовещенск, 2002), Всероссийском межвузовском семинаре «Неравновесные явления в узкозонных полупроводниках и полуметаллах» (Елец, 2004); Всероссийской научно-практической конференции «Неравновесные процессы в природе» (Елец, 2009), XIII зимней школе по механике сплошных сред (Екатеринбург, 2003); Международных школах-семинарах «Методы дискретных особенностей в задачах математической физики» (Орел, 2002 - 2005, 2007, 2009, 2010), II, III региональных семинарах «Компьютерное моделирование и проектирование микро - и наноэлектроники и микроэлектромеханических систем» (Орел, 2010, 2011), ежегодных научно-практических конференциях в Орловском государственном университете с 1976 по 2011 гг.

Публикации. По результатам исследований автором опубликовано 70 работ, в том числе 21 статья в рецензируемых научных журналах, 49 публикаций в научных изданиях, сборниках материалов и тезисов докладов на Международных, Всесоюзных, Всероссийских и региональных конференциях.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитированной литературы и 4 приложений. Материал изложен на 361 странице, содержит 171 рисунок и 4 таблицы. Список литературы содержит 338 наименований.