Научная тема: «ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ НА КИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СПЛАВОВ ВИСМУТ-СУРЬМА»
Специальность: 01.04.07
Год: 2012
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. 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 .
  2. 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.
  3. 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 ( до при Т=80К).
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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).
  7. 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.
  8. 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.
Список опубликованных работ
статьи в рецензируемых научных журналах

1. Марков, О.И. Повышение эффективности ветви термоэлемента при линейном законе распределения концентрации носителей/ О.И. Марков // ЖТФ. 2004. Том 74. Вып.2. С.138–140.

2. Марков, О.И. Моделирование нагрузочных характеристик низкотемпературных термоэлектрических модулей/ О.И. Марков // Письма в ЖТФ. 2004. Том 30. Вып. 13. С.7–13.

3. Марков, О.И. Оптимизация ветви термоэлемента в режимах максимального перепада температуры и максимальной холодопроизводительности / О.И. Марков // Прикладная физика.2004. №4. С. 104-108.

4. Марков, О.И. Расчет термоэлектрической добротности полупроводника для низкотемпературного охладителя/ О.И. Марков // Прикладная физика. 2005. №1. С.121–124.

5. Марков, О.И. Зависимость эффективности ветви термоэлемента от распределения концентрации носителей / О.И. Марков // ЖТФ. 2005. Том 75. Вып. 2. С. 62–66.

6. Марков, О.И. Об оптимизации концентрации носителей заряда ветви охлаждающего термоэлемента / О.И. Марков // ЖТФ. 2005. Том 75.- Вып. 6. С. 132–133.

7. Марков, О.И. Оптимальная концентрация носителей заряда ветви термоэлемента в режимах максимальной холодопроизводительности и максимального холодильного коэффициента / О.И. Марков // Прикладная физика. 2006. №2. С. 126–130.

8. Марков, О.И. О составной ветви низкотемпературного термоэлемента / О.И. Марков // ЖТФ. 2006. Том 76. Вып.6. С. 140–142.

9. Марков, О.И. Неразрушающий контроль состава и качества монокристаллов твердых растворов висмут-сурьма / О.И. Марков // Контроль. Диагностика. 2007. №2. С. 69–72.

10. Марков, О.И. Контроль качества ветвей термоэлементов на основе твердых растворов висмут-сурьма / О.И. Марков // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2007. №6. С. 61–63.

11. Марков, О.И. Контроль состава ветвей термоэлементов на основе монокристаллов твердых растворов висмут-сурьма / О.И. Марков // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2008. №4. С. 44–46.

12. Марков, О.И. Моделирование предельных возможностей низкотемпературного охлаждающего термоэлемента / О.И. Марков // Прикладная физика. 2008. №4. С.139–142.

13. Марков, О.И. Контроль концентрации донорной примеси в n-ветви термоэлемента на основе монокристаллов висмут-сурьма / О.И. Марков // Контроль. Диагностика. 2009. №1. С.39–42.

14. Марков, О.И. Численное моделирование предельных возможностей термоэлектрического охлаждения вблизи температуры кипения жидкого азота / О.И. Марков // Инженерная физика. 2009. №4. С.11–14.

15. Марков, О. И. Математическое моделирование работы низкотемпературных охлаждающих термоэлементов / О.И. Марков // Известия вузов. Приборостроение. 2009. №5. С.61–64.

16. Марков, О. И. Численное моделирование низкотемпературного термоэлемента с пассивной ветвью / О.И. Марков // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2009. №5. С. 20–23.

17. Марков, О.И. Низкотемпературный совмещенный термоэлемент типа генератор-холодильник / О.И. Марков // Инженерная физика. 2009. №8. С.14–17.

18. Марков, О.И. Контроль концентрации донорной примеси в n-ветви термоэлемента на основе монокристаллов твердых растворов висмут-сурьма / О.И. Марков // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2010. №3. С. 42–44.

19. Марков, О.И. Контроль поверхности кристалла висмута после технологической обработки / О.И. Марков, Ю.В. Хрипунов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2011. №8. С. 56–59.

20. Марков, О.И. Влияние добавок гадолиния на термоэлектрические свойства сплавов висмут-сурьма / О.И. Марков // Прикладная физика. 2011. №5. С.107–111.

21. Грибанов, Е.Н. Когда висмут становится полуметаллом? / Е.Н. Грибанов, О.И. Марков, Ю.В. Хрипунов // Российские нанотехнологии. 2011. Том 6. №9–10. С. 89–91.

статьи в научных изданиях, в трудах Международных, Всесоюзных, Всероссийских и региональных конференций

22. Иванов, Г.А., Влияние редкоземельных элементов на электрические свойства сплавов висмут-сурьма / Г.А. Иванов, О.И. Марков, В.И. Бочегов // Полупроводники с узкой запрещенной зоной и полуметаллы: Материалы IV Всесоюзного симпозиума. Ч.3. Львов: ЛГУ АН УССР. 1975. С.22.

23. Марков, О.И. Оптимизация градиента положения уровня Ферми в сплавах висмут-сурьма с целью повышения их термоэлектрической эффективности / О.И. Марков // Перспективные материалы твердотельной электроники: Тезисы научно-технической конференции. Минск. 1990. С. 32–33.

24. Марков, О.И. Общий подход к расчету термоэлектрических модулей / О.И. Марков // Физика полупроводников и полуметаллов: Тезисы докладов Всероссийской научной конференции. Санкт-Петербург: РГПУ. 2002. С. 180–181.

25. Марков, О.И. Расчет термоэлектрической эффективности n-ветви на основе сплавов висмут-сурьма / О.И. Марков, О.А. Мызникова // Полупроводниковые материалы для термоэлектрических устройств и солнечной энергетики: Тезисы докладов Международного семинара. Москва: ИМЕТ РАН. 2002. С.61.

26. Марков, О.И. Общее выражение для расчета параметра термоэлектрической эффективности / О.И. Марков // Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование: Тезисы третьей региональной научной конференции. Благовещенск: АмГУ. 2002. С. 58–60.

27. Марков, О.И. Оптимизация концентрации невырожденных носителей в полупроводниковой ветви термоэлемента / О.И. Марков, О.А. Мызникова // Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование: Тезисы третьей региональной научной конференции. Благовещенск: АмГУ. 2002. С. 60–63.

28. Мызникова, О.А. Влияние направленной неоднородности электропроводности на термоэлектрические свойства полупроводникового термоэлемента / О.А. Мызникова, О.И. Марков // Тонкие пленки в оптике и электронике: Сб. докладов 14-го Международного симпозиума. Часть 2. Харьков: ННЦ ХФТИ, ИПЦ «Контраст». 2002. С. 239–41.

29. Марков, О.И. Численное моделирование термоэлемента / О.И. Марков, О.А. Мызникова // Термоэлектрики и их применения: Доклады VIII Межгосударственного семинара. Санкт-Петербург. 2002. С. 327–332.

30. Марков, О.И. Численное решение граничной задачи для теплового поля ветви термоэлемента / О.И. Марков // Методы дискретных особенностей в задачах математической физики: Труды Международных школ-семинаров. Орел. ОГУ. 2002. С. 56–59.

31. Марков, О.И., Мызникова О.А. Компьютерная модель физических процессов в термоэлементе / О.И. Марков, О.А. Мызникова // Компьютерное моделирование 2003: Труды 4-ой Международной научно-технической конференции. Санкт-Петербург: СПбГПУ. 2003. С. 172–173.

32. Марков, О.И. Влияние линейного распределения легирующих примесей на режимы работы ветви термоэлемента / О.И. Марков, О.А. Мызникова // Высокочистые металлические и полупроводниковые материалы Харьковской научной ассамблеи: Сб. докладов 9-го Международного симпозиума. Харьков. 2003. С. 123–126.

33. Марков, О.И. Расчет температурного поля в полупроводниковом стержне с током / О.И. Марков, О.А. Мызникова // Зимняя школа по механике сплошных сред: Сб. докладов 9-го Международного симпозиума. Тезисы докладов. Екатеринбург: УрО РАН. 2003. С. 258.

34. Марков, О.И. О повышении эффективности ветви термоэлемента при линейном законе распределения концентрации носителей /О.И. Марков // Методы дискретных особенностей в задачах математической физики: Сб. докладов 9-го Международного симпозиума. Тезисы докладов. Вып. 2. Орел: ОГУ. 2003. С. 37–42.

35. Марков, О.И. Влияние линейно распределенной концентрации носителей на режимы работы ветви термоэлемента/ О.И. Марков // ИФЖ. 2003. Том 76. №6. С. 185–187.

36. Марков, О.И. Моделирование и оптимизация кинетических слабовырожденного полупроводника с целью повышения эффективности термоэлектрического охлаждения / О.И. Марков // Химия твердого тела и современные микро - и нанотехнологии: Сб. докладов IV Международной конференции. Кисловодск. 2004. С. 257–260.

37. Марков, О.И. Моделирование ветви охлаждающего термоэлемента для случая слабовырожденных носителей заряда / О.И. Марков // Термоэлектрики и их применения: Доклады IX Межгосударственного семинара. Санкт-Петербург. 2004. С. 365–370.

38. Марков, О.И. Влияние температурной зависимости кинетических коэффициентов на рабочие параметры ветви термоэлемента / О.И. Марков // Неравновесные явления в узкозонных полупроводниках и полуметаллах: Материалы Всероссийского межвузовского семинара. Елец: ЕГУ им. И.А.Бунина. 2004. С. 88–90.

39. Марков, О.И. Моделирование нагрузочных характеристик термоэлектрического охладителя / О.И. Марков // Методы дискретных особенностей в задачах математической физики: Труды Международных школ-семинаров. Вып.3. Орел: ОГУ. 2004. С. 34–37.

40. Марков, О.И. Расчет ветви солнечного термоэлектрического генератора с учетом температурной зависимости кинетических коэффициентов/ О.И. Марков // Гелиотехника. 2004. №2. С. 20–23.

41. Марков, О.И. Термоэлектрические свойства твердых растворов / О.И. Марков // Известия ТулГУ. Серия Физика. Вып.4. Тула: Изд-во ТулГУ. 2004. С. 81–86.

42. Марков, О.И. О выборе термоэлектрического материала для низкотемпературного охладителя / О.И. Марков // Химия твердого тела и современные микро и нанотехнологии: Сб. докладов V Международной конференции. Кисловодск. 2005. С. 286–287.

43. Марков, О.И. Элементарная теория составной ветви термоэлемента / О.И. Марков // Методы дискретных особенностей в задачах математической физики: Труды Международных школ-семинаров. Вып. 4. Орел: ОГУ. 2005. С. 70–73.

44. Марков, О.И. Влияние линейного распределения концентрации носителей вдоль ветви термоэлемента на режимы ее работы / О.И. Марков // ИФЖ. 2005. №1. С. 186–189.

45. Марков, О.И. Термоэлектрические свойства сплавов / О.И. Марков // Известия ТулГУ. Серия Физика. Вып. 5. Тула: Изд-во ТулГУ. 2005. С. 132–138.

46. Марков, О.И. Неразрушающий контроль содержания сурьмы в монокристаллах твердых растворов висмут-сурьма / О.И. Марков // Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности: Тезисы докладов 5-ой Международной конференции. Москва. 2006. С. 103.

47. Марков, О.И. Расчет характеристик носителей тока в сплавах / О.И. Марков // Современные методы физико-математических наук: Труды Международной конференции. Орел. ОГУ. 2006. С. 140–145.

48. Марков, О.И. Термоэлектрическая эффективность неоднородных и варизоных сплавов висмут-сурьма / О.И. Марков // Термоэлектрики и их применения: Доклады X Межгосударственного семинара. СПб. 2006. С. 155–160.

49. Марков, О.И. Влияние распределения концентрации слабовырожденных носителей на эффективность ветви термоэлемента/ О.И. Марков // ИФЖ. 2006. Том79. №1. С.167–172.

50. Марков, О.И. Оптимизация концентрации носителей заряда ветви солнечного термоэлектрического генератора / О.И. Марков // Гелиотехника. 2006. №2. С. 31–35.

51. Марков, О.И. Термоэлектрическая добротность вдоль слоев гетероструктуры / О.И. Марков // Химия твердого тела и современные микро и нанотехнологии: Сб. докладов VII Международной конференции. Кисловодск. 2007. С. 73–75.

52. Марков, О.И. Зависимость добротности от размерности термоэлектрика / О.И. Марков // Состояние и перспективы развития термоэлектрического приборостроения: Материалы III Всероссийской конференции. Махачкала. 2007. С. 17–18.

53. Марков, О.И. Математическое моделирование предельных возможностей низкотемпературного охлаждающего термоэлемента// Труды Международных школ-семинаров «Методы дискретных особенностей в задачах математической физики», Вып. 5.- Орел. ОГУ. 2007.- С. 66-69.

54. Марков, О.И. Предельные возможности низкотемпературного термоэлектрического охлаждения / О.И. Марков // Термоэлектрики и их применения: Доклады XI Межгосударственного семинара. Санкт-Петербург. 2008. С. 363–368.

55. Марков, О.И. Возможности термоэлектрического охлаждения с активной ветвью на основе сплава висмут-сурьма и пассивной металлической ветвью / О.И. Марков // Физические явления в конденсированном состоянии вещества: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Чита. 2009. С. 28–31.

56. Марков, О.И. Диагностика структуры поверхности, полученной при электроискровой резке монокристаллов висмута / О.И. Марков, Ю.В. Хрипунов // Методы исследования состава и структуры функциональных материалов: Тезисы докладов I Всероссийской научной конференции. Новосибирск. 2009. С. 275.

57. Марков, О.И. Численное решение граничной задачи по расчету температурного поля термоэлемента с одной пассивной ветвью / О.И. Марков // Методы дискретных особенностей в задачах математической физики: Труды международных школ-семинаров. Вып. 7. Орел: ОГУ. 2009. С.70–73.

58. Марков, О.И. Разрушение монокристалла висмута посредством скола / О.И. Марков, Ю.В. Хрипунов // Актуальные проблемы прочности: Сборник материалов 50 Международного симпозиума. Ч.2. Витебск. 2010. С.47–49.

59. Хрипунов, Ю.В. Исследование модификации структуры слоев поверхности монокристалла висмута / Ю.В. Хрипунов, О.И. Марков // Прочность и разрушение материалов и конструкций: Материалы VI Международной конференции. Оренбург: ОГУ. 2010. С. 395–401.

60. Марков, О.И. Численное моделирование тепловых процессов в совмещенном термоэлементе / О.И. Марков // Неравновесные процессы в природе: Материалы всероссийской научно-практической конференции. Елец: ЕГПУ. 2010. С. 34–37.

61. Марков, О.И. Влияние примесей редкоземельных элементов на термоэлектрические свойства сплавов висмут-сурьма / О.И. Марков // Термоэлектрики и их применения: Доклады XII Межгосударственного семинара. Санкт-Петербург. 2010. С. 303–308.

62. Марков, О.И. Температурная зависимость параметров носителей в сплавах висмут-сурьма / О.И. Марков // Ученые записки Орловского государственного университета. 2010. №2 (36). С. 43–49.

63. Марков, О.И. Кинетические свойства носителей заряда сплава Bi-Sb-Gd / О.И. Марков // Ученые записки Орловского государственного университета. 2010. №4(38). С. 20–26.

64. Марков, О.И. Некоторые аспекты металлографических исследований монокристаллов висмут-сурьма / О.И. Марков, Ю.В. Хрипунов // Ученые записки Орловского государственного университета. 2010. №4 (38). С. 27–32.

65. Марков, О.И. Компьютерное моделирование термоэлектрических преобразователей О.И. Марков // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. Орел: ОрелГТУ. 2011. №1(285). С. 20–24.

66. Марков, О.И. АСМ - исследование поверхности кристалла висмута после технологической обработки / О.И. Марков, Ю.В. Хрипунов // Инженерная физика. 2011. №5. С. 20–24.

67. Корчагин, П.С. Автодеформационные дефекты монокристаллов висмут-сурьма / П.С. Корчагин, О.И. Марков, Ю.В. Хрипунов // Ученые записки Орловского государственного университета. 2011. №3 (41). С. 61–66.

68. Марков, О.И. Особенности структуры поверхности кристаллов висмута после химического травления / О.И. Марков, Ю.В. Хрипунов, Е.Н. Грибанов // Актуальные проблемы химической науки, практики и образования: Материалы конференции. Курск: ЮЗГУ. 2011. С.124–127.

69. Марков, О.И. Определение направлений дислокаций в монокристаллах висмута по ямкам травления / О.И. Марков, Ю.В. Хрипунов // Актуальные проблемы прочности: Материалы 51 Международной конференции. Харьков. 2011. С. 351.

70. Марков, О.И. Моделирование совмещенного термоэлемента / О.И. Марков // Системы обеспечения тепловых режимов преобразователей энергии и системы транспортировки теплоты: Труды II-Всероссийской научно-практической конференции. Ч.1. Махачкала. 2011. С. 39–44.