射频磁控溅射制备碲化铋热电薄膜性能研究
多晶碲化铋基热电材料制备及性能测试
多晶碲化铋基热电材料制备及性能测试郭亮;王凤美;米涛【摘要】温差发电是利用半导体热电材料的塞贝克效应,将热能直接转化为电能的电源装置.针对单晶碲化铋材料机械性能差的缺点,采用机械合金和放电等离子体烧结法制备了具有良好机械性能的多晶碲化铋基热电材料及其模块,无量纲优值分别达到1.10(p型)和1.08(n型).并对温差发电模块的输出性能进行了测试,结果说明在温差为178 K时,输出功率达到约8.2 W,对应模块的功率密度约为0.51 W/cm2.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2019(043)008【总页数】4页(P1370-1372,1390)【关键词】温差发电;多晶碲化铋;机械合金;输出功率【作者】郭亮;王凤美;米涛【作者单位】北华航天工业学院,河北廊坊065000;北华航天工业学院,河北廊坊065000;北华航天工业学院,河北廊坊065000【正文语种】中文【中图分类】TM913半导体温差发电(TEG)具有以下独特优点：(1)无机械运动部件、可靠性高；(2)无泄漏、无排放，环境友好；(3)结构紧凑、易于小型化和微型化；(4)易维护、使用寿命长等。
在微电子、光电子器件的恒温和冷却、深空探测、国防军工、家电以及节能环保等许多领域都有非常广阔的应用前景。
温差发电模块(TM)作为RTG的核心部件，是利用半导体热电材料的塞贝克效应，将热能直接转化为电能的基本装置，主要包含半导体p-n热电元件、电极和陶瓷基底等部件。
输出功率和面积比功率作为温差发电模块的重要性能指标，主要受热电材料物理参数[1]、热电元件构型[2]、热/电接触特性[3]、负载和工作温差等因素的影响。
碲化铋基(Bi2Te3-based)材料是目前低温条件下(573 K以下)使用的最佳热电材料[4]，是由VA、VIA族元素组成的金属间化合物。
其结构沿C轴方向可视为六面体准层状，如图1所示。
在该结构的同一层上，具有相同的原子种类，层与层之间呈-Te-Bi-Te-Bi-Te-的原子排列方式。
碲化铋基热电材料的合成与性能优化研究
碲化铋基热电材料的合成与性能优化研究热电材料是一种能够将热能直接转换为电能的材料，在能源转换和利用方面具有重要的应用潜力。
在热电材料中，碲化铋因其优异的热电性能而备受关注。
作为一种重要的热电材料，碲化铋具有较高的热电效率和稳定的工作温度范围，因此在热电器件和能量转换领域具有广泛的应用前景。
碲化铋的合成方法有多种，常见的方法包括固相反应、溶液法和化学气相沉积等。
这些方法在不同条件下可以得到具有不同晶体结构和形貌的碲化铋材料。
为了进一步提高碲化铋的热电性能，研究人员进行了许多性能优化研究。
首先，通过合适的合成方法可以控制碲化铋的晶体结构和形貌，从而调控其热电性能。
例如，通过控制反应条件和添加合适的表面活性剂，可以制备出具有较高晶格热导率和较低电阻率的碲化铋纳米颗粒。
此外，还可以通过掺杂和合金化等方法来改变碲化铋的能带结构，从而增强其热电效率。
其次，研究人员通过对碲化铋材料进行结构调控和界面工程，进一步提高其热电性能。
例如，通过引入纳米尺度的界面相分离结构，可以有效减少热电材料的热导率，提高材料的热电效率。
此外，还可以通过表面修饰和界面改性等方法，调控材料的载流子输运性质，改善材料的电导率和Seebeck系数。
最后，在研究碲化铋的性能优化过程中，还需要对材料进行全面的性能表征和机理分析。
通过热电性能测试、结构表征和能带结构计算等手段，可以深入了解碲化铋材料的热电行为，并进一步提出性能优化的策略。
综上所述，碲化铋基热电材料的合成与性能优化研究是一个重要的课题。
通过合适的合成方法、结构调控和界面工程等手段，可以有效提高碲化铋材料的热电性能，为其在能源转换和利用领域的应用提供基础支持。
在未来的研究中，还需进一步深入理解碲化铋材料的热电行为和机理，以实现更高效、稳定的热电能量转换。
纳米碲化铋的合成及其性能的研究
宁夏大学硕士学位论文第一章绪论纳米Ｂｉ２Ｔｅ３作为一种良好的中低温半导体材料，应用范围广，备受研究者的关注。
目前已有很多研究者在可控合成低维纳米Ｂｉ２Ｔｅ３方面取得了一些可喜的成果，但进一步改善纳米碲化铋的热电性能，发展温差发电和通电制冷对拓宽其潜在应用前景具有重要的科学研究价值和积极意义。
１．２热电效应热电效应是由温差引起的电效应和由电流引起的可逆热效应的总称。
主要包括三个效应：塞贝克效应、珀耳帖效应和汤姆逊效应。
１．２．１塞贝克效应塞贝克效应（ｓｅｅｂｅｃｋ）是一种热能转化成电能的过程，由德国科学家Ｔ．Ｓｅｅｂｅｃｋ于１９世纪２０年代年提出【６】，当两段材质不同的导体的两端均串联在一起，构成一个封闭回路时，如图１一ｌ所示，若使两个接头１和２维持在不同的温度Ｔ１和Ｔ２（ＴＩ＞Ｔ２），即接口处存在温度差，热端的载流子（电子或空穴）就会向冷端聚集，从而形成一个内电场，并阻碍其进一步扩散，当导体内达到平衡时，导体内部无净电荷的定向移动，这个闭合回路中产生温差电流和温差电动势，即在导体ｂ的开路位置Ｙ和ｚ之间，存在电势差，称ｓｅｅｂｅｃｋ电动势。
ｓｃｃｂｅｃｋ系数定义为：＆＝ａ曲（互一五）（１－２）式中，ｓ。
是ｓｅｅｂｅｃｋ电动势，ｓ。
与结点的温差与材料性质有关，比例常数ａ曲称为材料的ｓｅｅｂｅｃｋ系数【４】，单位为一／Ｋ。
通常若在节点ｌ处（热接头），电流由导体口流进导体ｂ，ａ口６为正，反之为负。
可以看出，ｓｅｅｂｅｃｋ系数的数值大小及正负取决于口与ｂ的性质，而与温差梯度的大小、方向无关翻。
一般认为ｐ．型半导体ｓｅｅｂｅｃｋ系数为正，ｎ．型材料的ｓｅｅｂｅｃｋ系数为负。
导体ａＴ２ｙＺ图１．１塞贝克系数示意图１４】宁夏大学硕士学位论文第一章绪论子键的混合键，Ｂｉ．Ｔｅ（２）ｑ，间是共价键，而ＴｅＯ）．Ｔｅ（２）中之间是范德华力。
Ｔｅ、Ｂｉ原子在ＢｈＴｅ３晶核上的结合主要在ａ、ｂ轴方向发生，沿ｃ轴向的电子迁移率和空穴迁移率率分别是沿平行于ａｂ面（解理面）的ｌ缮和ｌ／３，而沿Ｃ轴方向的晶格热导率是沿平行于解理面方向的２倍【ｌ引，所以单晶材料在平行于解理面方向上具有最大热电优值。
磁控溅射金属薄膜的制备
磁控溅射薄膜金属的制备黎明烟台大学环境与材料工程学院山东烟台111E-mail:1111111@摘要: 金属与金属氧化物在气敏、光催化与太阳能电池等方面有着极为重要的应用，通过磁控溅射法制备的金属氧化物薄膜，具有纯度高、致密性好、可控性强、与基底附着性好等优点，因此磁控溅射技术被广泛应用于工业化生产制备大面积、高质量的薄膜。
我们通过磁控溅射法制备了氧化铜纳米线阵列薄膜，并研究了其气敏性质；除此之外，我们还通过磁控溅射法制备了TiO2/WO3复合薄膜，研究了两者之间的电荷传输性质关键词：磁控溅射;气敏性质;光电性质Magnetron sputtering metal film preparationLiMingEnvironmental and Materials Engineering, Yantai UniversityShandong Yantai111E-mail:1111111@Abstract:GAasMetal and metal oxide have important applications in gas-sensing, photocatalyst and photovoltaics, etc. The metal oxide film prepared by magnetron sputtering technique possesses good qualities, such as high purity, good compactness, controllability and excellent adhesion. Therefore magnetron sputtering technique is widely used to prepare large area and high quality films in industrial production. In our work, CuOnanowires (NWs) array films were synthesized by magnetron sputtering. Their gas-sensing properties were also investigated. Except this, WO3/ TiO2nanocomposite films were synthesized by magnetron sputtering and their dynamic charge transport properties were investigated by the transient photovoltage technique. KeyWords :Gmagnetron Sputtering, Photo-electric Properties, Gas-sensing Properties1绪论磁控溅射由于其显著的优点应用日趋广泛，成为工业镀膜生产中最主要的技术之一，相应的溅射技术与也取得了进一步的发展!非平衡磁控溅射改善了沉积室内等离子体的分布，提高了膜层质量；中频和脉冲磁控溅射可有效避免反应溅射时的迟滞现象，消除靶中毒和打弧问题，提高制备化合物薄膜的稳定性和沉积速率；改进的磁控溅射靶的设计可获得较高的靶材利用率；高速溅射和自溅射为溅射镀膜技术开辟了新的应用领域。
射频磁控溅射制备Bi2Te3热电薄膜
采用 ＭＳ －５ Ｐ４ ０型双室 多功能磁 控溅射 实验设备 分别在聚
氨酯和普通玻 璃 基底 上制 备 薄 膜 ： 实验 中 采用 溅射 功 率 为 本 １０ 、 ２Ｗ 溅射 气压 １ ａ Ａ 气 压 ） 制备 得到 Ｂｚ ｅ 合 金薄 膜材 Ｐ（ ｒ ， ｉ 。 Ｔ 料 。采用 Ｘ Ｄ和 Ｓ Ｍ 分析 了薄膜的成分 、 Ｒ Ｅ 结构和形貌 。
ｓｉｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｉｉｎ ｏ Ｐａ Ａｒｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ２ Ｗ ｐ ｔｅ ｉ ｇ ｐ ｗｅ ． ｅ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｏ ｉＴｅ ｉ ｓ ｔ ｐ ｃ ｌ ｉ ｒ ｌ ｓ ｉ ｈ ｏ ｄ ｔ ｆ１ ｒ ｓ ｕ ｅ ａ ｄ １ ０ ｓ ｕ ｔ ｒｎ ｏ ｒ Ｔｈ ｔｕ ｔ ｒ ｆ Ｂ ｚ ａｆｌ ｃ ｏ ｍｓ ｉ ｙ ｉａｌ ｆ ｉ ｙ ｂ —
摘要 通过射频磁控溅射 ， 在溅射 气体 为 ， 气压为 １ ａ 溅射功 率为 １ Ｏ 时分 别在聚氨酯和玻 璃基 底上沉 Ｐ， ２ｗ
积 了不 同厚度的 Ｂ Ｔ 薄膜 。Ｂ Ｔ 薄膜主要是 以（２） ｉ 日 ｚ ｉ岛 ２１晶面平行 于基底进行 外延 生长 ， 先在基底 形成 大量微 小晶
中图 分 类 号 ： Ｍ２ Ｔ ３
文献标识码 ： Ａ
Ｆａ ｒ ｃ ｔｏ ｆＢｉＴｅ ｂ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ２ ３Ｔｈｅ ｍ ｏ ｌ ｃ ｒ ｃ Ｆｉｍ ｓ ｂ ｒ ｅ ｅ ｔ ｉ ｌ ｙ ＲＦ ａ ｎｅ ｒ ｎ Ｓ ｕ ｔ ｒ ｎ Ｍ ｇ ｔ ｏ ｐ ｔｅ ｉ ｇ
磁控溅射法制备薄膜材料综述
磁控溅射法制备薄膜材料综述材料化学张召举摘要薄膜材料的厚度是从纳米级到微米级，具有尺寸效应，在国防、通讯、航空、航天、电子工业等领域有着广泛应用，其有多种制造方法，目前使用较多的是溅射法，其中磁控溅射的应用较为广泛。
本文主要介绍了磁控溅射法的原理、特点，以及制备过程中基片温度、溅射功率、溅射气压和溅射时间等工艺条件对所制备薄膜性能的影响。
关键字磁控溅射；原理；工艺条件；影响正文薄膜是指尺度在某个一维方向远远小于其他二维方向，厚度可从纳米级到微米级的材料，由于薄膜的尺度效应，它表现出与块体材料不同的物理性质，有广泛应用。
薄膜的制备大致可分为物理方法和化学方法两大类。
物理方法主要包括各种不同加热方式的蒸发，溅射法等，化学方法则包括各种化学气相沉积（CVD）、溶胶-凝胶法（sol-gel）等。
溅射沉积法由于速率快、均一性好、与基片附着力强、比较容易控制化学剂量比及膜厚等优点，成为制备薄膜的重要手段。
溅射法根据激发溅射离子和沉积薄膜方式的不同又分直流溅射、离子溅射、射频溅射和磁控溅射，目前多用后两种。
本文主要介绍磁控溅射制备薄膜材料的原理及影响因素。
磁控溅射是70年代迅速发展起来的新型溅射技术，目前已在工业生产中实际应用。
这是由于磁控溅射的镀膜速率与二极溅射相比提高了一个数量级。
具有高速、低温、低损伤等优点。
高速是指沉积速率快；低温和低损伤是指基片的温升低、对膜层的损伤小。
1974年Chapin发明了适用于工业应用的平面磁控溅射靶，对进人生产领域起了推动作用。
磁控溅射基本原理磁控溅射是20世纪70年代迅速发展起来的一种高速溅射技术。
对许多材料，利用磁控溅射的方式溅射速率达到了电子术蒸发的水平，而且在溅射金属时还可避免二次电子轰击而使基板保持冷态，这对使用怕受温度影响的材料作为薄膜沉积的基板具有重要意义。
磁控溅射是在磁场控制下的产生辉光放电，在溅射室内加上与电场垂直的正交磁场，以磁场来改变电子的运动方向，电子的运动被限制在一定空间内，增加了同工作气体分子的碰撞几率，提高了电子的电离效率。
制备工艺对p型碲化铋基合金热电性能的影响
制备工艺对p 型碲化铋基合金热电性能的影响3蒋 俊1) 李亚丽1) 许高杰1) 崔 平1) 吴 汀2) 陈立东2) 王 刚3)1)(中国科学院宁波材料技术与工程研究所,宁波 315040)2)(中国科学院上海硅酸盐研究所,上海 200050)3)(洛阳耐火材料研究院,洛阳 471039)(2006年7月28日收到;2006年8月29日收到修改稿) 利用区熔法、机械合金化、放电等离子烧结(SPS )技术、热压法等多种工艺制备了p 型碲化铋基热电材料.在300—500K 的温度范围内测量了各热电性能参数,包括电导率(σ)、塞贝克系数(α)和热导率(κ),研究了制备工艺对热电性能的影响.结果表明,所制备的块体材料与同组成区熔晶体相比,性能优值ZT 均有不同程度的提高.其中,利用区熔法结合SPS 技术可获得热电性能最佳的块体材料,其ZT 值达1115.关键词:碲化铋,放电等离子烧结,区熔法,热电性能PACC :7220P ,7215J ,8110H ,8120E3浙江省科技攻关计划项目(批准号:2006C31031)和中国博士后科学基金(批准号:20060390703)资助的课题. E 2mail :aseeker @11引言热电转换是一种利用半导体材料的塞贝克(Seebeck )效应和帕尔帖(Peltier )效应实现热能和电能直接相互转换的技术,主要由无量纲性能指数即性能优值ZT (ZT =α2σT Πκ,其中α是塞贝克系数、σ是电导率、κ是热导率、T 是绝对温度)表征其热电性能.Bi 2T e 3基合金自20世纪50年代至今一直是在室温附近性能最佳的热电材料,在各种制冷和温控技术中已获广泛应用[1].碲化铋的晶体结构属R 3m 三方晶系,沿c 轴方向可视为六面体层状结构,呈2T e (1)2Bi 2T e (2)2Bi 2T e (1)2的层间原子排布方式;其热电性能呈很强的各向异性,沿平行于基面(00l )的方向,电导率大约是垂直于基面方向的4倍,而热导率约为2倍左右,因此通常采用区熔法或布里奇曼法以获得晶粒取向性良好的碲化铋基晶体材料[2—5].但是,由于T e (1)2T e (1)之间以较弱的范德华力结合,从而使其极易沿基面发生解理.目前,碲化铋基热电材料的研究热点之一在于寻求新型的制备工艺,使其热电性能和力学性能形成较好的统一[6—10].本论文采用多种工艺技术,包括区熔法、机械合金化、放电等离子烧结(SPS )技术、热压法制备了p 型碲化铋基热电材料,并对材料的电导率、塞贝克系数和热导率分别进行测量,然后主要从显微结构的角度阐述了制备工艺对热电性能的影响机理.21实 验 利用纯度为9919%的Bi ,Sb ,T e 等粉料为原料,材料的化学配比为(Bi 2T e 3)012(Sb 2T e 3)018+3wt %T e.采用区熔法制备碲化铋基晶体材料,相应的工艺参数分别是:升温速率为25K Πmin ,熔融温度为973K,温度梯度为25K Πcm ,生长速度为25mm Πh.利用机械合金化法制备初始粉料:首先按照相应的化学配比称量元素粉料,然后置于高能球磨装置并加入少许几滴液态乙醚,球料比为20∶1,转速为600r Πmin ;每间隔10h 将粉料取出少许,利用X 射线衍射表征其相组成以检验是否合金化,并利用扫描电子显微镜(SE M )对粉料进行形貌观察.将合金化粉料在473K 于真空中处理2h ,以去除其中的有机物,然后利用SPS 技术制备块体材料(试样编号为1#).将相同组成的区熔晶体进行粉碎与过筛,选取粒度分布为120—180μm 的初始粉料利用SPS 技术制备块体材料(编号为2#);将相同粒度分布的初始粉料进行热压,所获得的试样编号为3#.此外,还将区熔晶体直接利用SPS 技术进行烧结(试样编号为4#).上述SPS 制备工艺参数相同,均在真空条件下进行,首先第56卷第5期2007年5月100023290Π2007Π56(05)Π2858205物 理 学 报ACT A PHY SIC A SI NIC AV ol.56,N o.5,May ,2007ν2007Chin.Phys.S oc.以50K Πmin 的升温速率升至693K 并保温5min ,所施加的压力为60MPa ,然后冷却至室温;与SPS 过程相比,热压工艺制度的不同之处仅在于升温速率较小(20K Πmin )而保温时间较长(为30min ).在300—500K 的温度范围内,分别沿着平行于区熔生长的方向以及垂直于SPS 和热压制备过程中所施加压力的方向测量材料的各热电性能参数.其中,利用Vander Pauw 法于真空条件下(AccentH L5500)测量电导率(σ)和Hall 系数(R H ),其外加磁场约为01326T.载流子浓度(n )基于实测的Hall 系数,利用n =1ΠR H e 计算得到,其中e 为电子电量.利用薄膜加热器在试样的两端产生不同的温差ΔT(3—5K ),根据相应的热电势ΔE ,作ΔE —ΔT 图,得到的斜率即为塞贝克系数(α).利用激光微扰法在Ar 气氛下(Netzsch ,LFA427)对热扩散系数(λ)进行测试,热导率可根据κ=λ・ρ・C p 计算获得(ρ为密度;C p 为热容,本文根据理论值进行计算).31结果与讨论 图1为机械合金化粉料以及烧结块体沿垂直于施加压力的面的X 射线衍射图谱,其中机械合金化粉料每间隔10h 取出少许进行表征.结果表明,经过高能球磨30h ,可获得完全合金化的初始粉料,其显微形貌如图2所示,呈由很多细小颗粒组成的珊瑚状团聚体;经过SPS 烧结以后,块体材料的XRD图谱与标准衍射卡(No 1152863)符合,表明晶粒取向杂乱;而利用区熔法结合热压法或SPS 技术,均可获得具有良好晶粒取向性的块体材料,在垂直于所施加压力的方向上呈很强的(00l )晶面取向.如图3所示,与区熔晶体材料相比,在300—500K 的测量温度范围内,试样1#和3#的电导率均有所减小而2#和4#的电导率均有所增大.σ=neμ,其中n 为载流子浓度、μ为迁移率,对于各试样的测量数据如表1所示,其变化原因可解释如下.p 型Bi 2Sb 2T e 热电材料主要通过反结构缺陷产生的空穴导电,如(1)和(2)式所示[11—14].一方面,在粉碎与烧结过程中,由于机械力的作用导致沿着基面和非基面产生滑移,其中沿基面方向仅产生T e 的空位2间隙原子对,而沿非基面所产生的T e 和Bi 的空位2间隙原子对的比值为3∶2,从而产生了更多的T e 空位[15],它可与反结构缺陷发生相互作用而产生电子,如(3)式所示,因而可以减小材料的空穴浓度;另图1 X 射线衍射图谱 (a )碲化铋的标准衍射卡:N o.152863;机械合金化粉料(b )10h ;(c )20h ;(d )30h ;(e )机械合金化粉料与SPS 结合所获得的块体材料;(f )区熔法与热压或SPS 结合所获得的块体材料图2 机械合金化粉料的显微形貌一方面,在区熔晶体中以第二相存在的T e 在烧结过程中扩散进入了基体晶格,这一过程同样可降低材料的载流子(空穴)浓度[8,16].Bi 2Te 3=2Bi ′T e +2V ×Bi +V T e +3Π2Te 2(g )+2h ,(1)Sb 2Te 3=2Sb ′T e +2V ×Sb +V T e +3Π2Te 2(g )+2h ,(2)2V ′Bi (Sb )+3V T e +Bi (Sb )′T e=V ′Bi (Sb )+Bi (Sb )×Bi (Sb )+4V T e +3e ′.(3)表1 在300K 时各试样的载流子浓度(n )和迁移率(μ)(所施加磁场的方向垂直于区熔生长的方向、平行于HP 及SPS 制备过程中所施加压力的方向)Ing ot1#2#3#4#n Π(1019Πcm 3)0.42 1.5018201330162μΠ(cm 2ΠVs )1860415107818201360然而,差热分析曲线(DSC )显示,对应于693K95825期蒋 俊等:制备工艺对p 型碲化铋基合金热电性能的影响图3 利用不同制备工艺所获得材料的电导率随温度的变化关系存在一个T e 熔融挥发的吸热峰,表明在烧结过程中存在一定程度的T e 挥发现象[8].Hyun 等人发现,p 型Bi 2Sb 2T e 晶体材料的塞贝克系数随T e 含量增加而增大,而相应热压材料的塞贝克系数几乎没有变化,这意味着T e 的含量在烧结过程中发生了变化[17];K im 等人将烧结温度升高至773K 时,发现T e 的百分含量从59182%减小至57187%,这些均与本论文所报道的结果一致[18].而正是因为T e 的挥发,可以导致p 型烧结材料的载流子浓度增大.与相同组成的区熔晶体相比,机械合金化粉料经过烧结以后,由于大量反结构缺陷的存在以及T e 的挥发而使载流子浓度有所增大,但由于粉料具有很小的初始粒度,在烧结材料中存在大量的晶界散射而使其载流子迁移率显著降低,从而使1#的电导率下降幅度较大.采用区熔晶体结合热压法,长达30min 的保温过程,一方面会发生T e 的挥发,这可以提高p 型碲化铋基材料的载流子(空穴)浓度;但保温过程同时又相当于是一个热处理过程,晶粒生长逐渐趋于完整,且以第二相存在的Te 不断扩散进入基体晶格,从而使反结构缺陷浓度逐渐降低,导致试样3#的载流子浓度减小、电导率降低.我们注意到一个有趣的现象,即试样3#的电导率、塞贝克系数及热导率均与将试样2#经过退火处理以后的各项参数非常接近,这从实验的角度证实了上述推论.无论是对于区熔晶体还是经过粉碎的粉料,在SPS 制备过程中虽载流子迁移率均有所降低,但均由于T e 的挥发占据了主导,从而使试样2#和4#的载流子浓度增大、电导率提高.α=k B Πe [γ+C -ln n ],其中k B 为波尔兹曼常数,e 为电子电量,γ为散射因子,C 为常数,n 为载流子浓度.与同组成晶体材料相比,试样1#的塞贝克系数在400—500K 的温度范围内有所增大,其原因是对于利用机械合金化粉料所获得的块体材料,由于存在大量的反结构缺陷,从而使其载流子浓度较大,但多种散射机理的共同作用,使载流子受到的散射很强,因而使其塞贝克系数在较高温度范围内有所提高.对于利用热压法所制备的块体材料,由于其反结构缺陷浓度降低,一方面对载流子的散射作用减小;而另一方面,载流子浓度亦显著降低,从而使试样3#的塞贝克系数在整个测量温度范围内均有所增大.试样2#和4#的塞贝克系数均由于载流子浓度上升而有所减小(图4).图4 利用不同制备工艺所获得材料的塞贝克系数随温度的变化关系如图5(a )所示,同区熔晶体相比,试样1—4#的热导率在整个测量温度范围内均有不同程度的降低.采用将区熔晶体直接SPS 烧结的方法,所获得试样(4#)的热导率与区熔晶体相比略有降低,这主要是因为引入了少量的晶界散射以及因载流子浓度提高而对声子的散射作用有所增强.对于热压材料(3#),一方面由于κel 有所减小,另一方面由于晶界散射作用,从而使κ也有较大程度的降低.试样1#的热导率降低幅度最大,这主要是因为其晶格热导率大幅度减小.分别沿平行和垂直于区熔生长的方向以及在制备过程中所施加压力的方向测量了热导率κ,其各向异性比值如图6所示.试样2#和4#的各向异性比值与区熔晶体的比较接近;而采用机械合金化结合SPS 技术所制备的块体材料(1#),其热导率的各向异性很弱,接近于1.具有理想晶粒取向的碲化铋材料,其热导率沿平行和垂直于基面(00l )的各向异0682物 理 学 报56卷图5 利用不同制备工艺所获得材料的(a )热导率κ及电子热导率κel ;(b )晶格热导率κ-κel 随温度的变化关系性比值即κ11Πκ33约为2[19].热导率的各向异性比值在一定程度上可以反映材料的晶粒取向程度,这也与图1所示的XRD 图谱一致.图6 热导率的各向异性比值(κ11Πκ33) 如图7所示,与同组成区熔晶体相比,利用其他制备方法所获得的块体材料,其性能优值ZT 均有不同程度的提高.采用机械合金化结合SPS 技术,尽管材料的晶粒取向程度有所降低,但这并没有恶化整体的热电性能,其主要原因是晶粒的细化使晶格热导率降低的幅度甚于载流子迁移率减小的幅度[20].利用区熔法结合SPS 技术所制备的块体材料,具有最大的ZT 值,约为1115.图7 利用不同制备工艺所获得材料的ZT 值随温度的变化关系41结 论 利用机械合金化结合SPS 技术,由于大量的晶界散射作用而使材料的载流子迁移率显著降低.采用热压法,一方面由于T e 的挥发而提高了p 型材料的载流子(空穴)浓度,但在较长时间的保温过程中,晶粒生长逐渐趋于完整,反结构缺陷浓度逐渐降低,且后者对电性能的影响占据了主导,从而使其载流子浓度减小.对于区熔晶体和经过粉碎的粉料,在SPS 制备过程中由于T e 的挥发占据主导,从而使材料的载流子浓度增大.与相同组成的晶体材料相比,利用这些制备方法所获得的块体材料,其性能优值均有不同程度的提高.采用区熔法结合SPS 技术,可获得具有最佳热电性能的块体材料,其ZT 值达1115.[1]G ao M ,Zhang J S 1996Thermoelectric conversion and its applications (Beijing :Orchance Industry Press )p159(in Chinese )[高 敏、张景韶温差电转换及其应用(北京:兵器工业出版社)第159页][2]S okolov O B ,Skipidarov S Y,Duvankov N I 2000J .CrystalGrowth 236181[3]E ttenberg M H ,M addux J R ,T aylor P J ,Jesser W A ,R osiF D 1997J .Crystal Growth 17949516825期蒋 俊等:制备工艺对p 型碲化铋基合金热电性能的影响[4]Jiang J,Chen L D,Y ao Q,Bai S Q,W ang Q2005Mater.Chem.Phys.9239[5]Jiang J,Chen L D,Y ao Q,Bai S Q,W ang Q2005J.CrystalGrowth277258[6]LüQ,R ong J Y,Zhao L et al2005Acta Phys.Sin.543321(inChinese)[吕 强、荣剑英、赵 磊等2005物理学报543321][7]Navratil J,S tary Z,Plechacek T1996Mater Res.Bull.311559[8]Jiang J,Chen L D,Y ao Q,Bai S Q,W ang Q2005Scrip.Mater.52347[9]Jiang J,Chen L D,Bai S Q,Y ao p.390208[10]Imamuddin M,Dupre A1972Phys.Stat.Sol.10415[11]Seo J,Park K,Lee D,Lee C1998Scrip.Mater.38477[12]H orak J,Cermak K,K oudelka 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Sciences,Shanghai 200050,China)3)(Luoyang Institute o f Refractories Research,Luoyang 471039,China)(Received28July2006;revised manuscript received29August2006)Abstractp2type Bi2T e32based therm oelectric materials were fabricated by various methods,such as zone2melting,mechanical alloying,spark plasma sintering(SPS)and hot2pressing.E lectrical conductivity(σ),Seebeck coefficient(α),and thermal conductivity(κ)were measured in the tem perature range of300—500K.The in fluence of the preparation methods on therm oelectric properties was studied.C om pared with that of the zone2melted ing ot,the figure of merit ZT(ZT=α2σTΠκ)of those materials fabricated by the other methods mentioned were all increased to some extent.The obtained maximum ZT value was about1.15for that fabricated by the combination of zone2melting and spark plasma sintering technique.K eyw ords:Bi2T e3,spark plasma sintering,zone2melting,therm oelectric propertyPACC:7220P,7215J,8110H,8120E3Project supported by the K ey T echnologies R&D Programme of Zhejiang Province(G rant N o.2006C31031)and China P ostdoctoral Science F oundation(G rant N o.20060390703).E2mail:aseeker@2682物 理 学 报56卷。
《铋基材料的设计及其光电-电化学性能研究》范文
《铋基材料的设计及其光电-电化学性能研究》篇一铋基材料的设计及其光电-电化学性能研究一、引言随着现代科学技术的不断发展，铋基材料因其在光电和电化学领域的潜在应用价值而备受关注。
铋基材料因其独特的物理和化学性质，如高催化活性、良好的稳定性和优异的电子传输性能，在太阳能电池、光催化、电化学储能等领域有着广泛的应用前景。
本文旨在设计铋基材料，并对其光电和电化学性能进行深入研究。
二、铋基材料的设计1. 材料选择与合成方法铋基材料主要包括铋的氧化物、硫化物、卤化物等。
本文选择铋的氧化物作为研究对象，采用溶胶-凝胶法进行合成。
该方法具有操作简便、成本低廉、可控制备等优点。
2. 材料结构设计为了优化铋基材料的性能，我们设计了一种具有多孔结构的纳米材料。
该结构具有较高的比表面积和良好的电子传输性能，有利于提高材料的光电和电化学性能。
三、光电性能研究1. 光学性质通过紫外-可见光谱和光致发光光谱等手段，研究铋基材料的光学性质。
结果表明，该材料具有较好的光吸收性能和光致发光性能，有利于提高太阳能电池的光电转换效率。
2. 电学性质利用霍尔效应、四探针法等手段，研究铋基材料的电学性质。
结果表明，该材料具有良好的导电性能和电子传输性能，有利于提高太阳能电池的电流输出和填充因子。
四、电化学性能研究1. 循环伏安特性通过循环伏安法研究铋基材料的电化学性能。
结果表明，该材料具有较高的氧化还原反应活性和良好的可逆性，有利于提高电化学储能器件的充放电性能。
2. 电池性能研究将铋基材料应用于锂离子电池、钠离子电池等电化学储能器件中，研究其电池性能。
结果表明，该材料具有较高的比容量、良好的循环稳定性和优异的倍率性能，为电化学储能器件提供了新的研究方向。
五、结论本文设计了一种具有多孔结构的铋基纳米材料，并对其光电和电化学性能进行了深入研究。
结果表明，该材料具有优异的光电和电化学性能，有望在太阳能电池、光催化、电化学储能等领域得到广泛应用。
王怡德的《磁控溅射技术》
王怡德的《磁控溅射技术》
王怡德的《磁控溅射技术》主要介绍了磁控溅射技术的原理和应用。
磁控溅射技术是一种先进的薄膜制备技术，其基本原理是利用磁场控制下的高速荷能粒子轰击靶材表面，使靶材表面的原子或分子溅射出来，并在基材表面沉积成膜。
该技术具有成膜速率高、附着力强、膜层厚度可调等优点，因此在材料科学、光学、电子学等领域得到了广泛应用。
在《磁控溅射技术》中，王怡德教授系统地介绍了磁控溅射技术的原理、设备、工艺和各种应用实例。
该书首先介绍了磁控溅射技术的物理基础和基本原理，然后详细介绍了各种类型的磁控溅射设备和工艺，包括直流磁控溅射、交流磁控溅射、脉冲磁控溅射等。
此外，书中还介绍了磁控溅射技术在不同领域的应用实例，包括光学薄膜、太阳能电池、电子器件等领域。
磁控溅射（Magnetron Sputtering）是一种先进的物理气相沉积（PVD, Physical Vapor Deposition）技术，主要用于制备各种薄膜材料。
在这一过程中，通过在真空环境中对靶材施加负高压，在氩等惰性气体气氛下产生等离子体，高速运动的离子撞击靶材表面，使靶材原子被溅射出来，并沉积到基片上形成薄膜。
磁控溅射技术的关键在于其利用磁场来增加电子在阴极附近区域的
驻留时间，从而大大提高了离子密度和溅射效率。
这种技术广泛应用于半导体工业、光学镀膜、微电子学、材料科学、能源器件制造等领
域，以制备各种具有特殊性能的功能薄膜，如抗反射膜、导电膜、介电膜、磁性薄膜、超导薄膜等。
总之，王怡德的《磁控溅射技术》是一本系统介绍磁控溅射技术的专业书籍，对于从事薄膜制备和相关领域的研究和应用人员具有重要的参考价值。
射频磁控反应溅射制备Al_2O_3薄膜过程中迟滞效应的消除
图3 (a)氧分压与其通入流量间得模拟关系曲线；
(b) Al2O3分别在靶和衬底上所占面积比(θt，θc)与氧气通入流量间得模拟曲线； (c) 靶材溅射率R/R(p=0)和薄膜沉积率D/D(p=0)与氧气通入流量间得模拟曲线
1.0
0.8
靶材溅射率R/R(p=0)
0.6
900
700
0.4
300 500
附录
s=80L/s＝0.08cm3/s，Yc=0.2，Ym=1.5，α=1，At=150cm2=0.015m2，Ac=2500cm2=0.25m2， I=0.5A，c1=26.98154，c2=101.96128。
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参考文献
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磁控共溅射制备AGZO薄膜及性能分析
磁控共溅射制备AGZO薄膜及性能分析采用两靶共溅射的方法，分别采用GZO靶材及Al靶材，在不同的Al靶材溅射时间下制备AGZO薄膜。
测试分析了不同Al靶溅射时间下，AGZO薄膜晶体结构、成分及相关性能的变化。
其中当铝靶溅射时间为5分钟时制得的薄膜具有最优性能。
标签：共溅射；AGZO薄膜；结构；电阻率ZnO是一种n型半导体材料，其本征电阻率非常高，所以一般对ZnO进行n型掺杂以减少其电阻率，比较常用的为Al、Ga、In等元素。
但是目前的掺杂常常局限于一种元素，且单一元素掺杂常常伴随着一些弊端，例如Al掺杂容易形成稳定的Al2O3相，影响薄膜性能，而Ga、In元素储量较少，成本很高等。
所以文章同时将Al、Ga元素掺杂进入ZnO体系中，并改变Al靶的溅射时间，测试分析相关性能。
1 实验文章采用两靶磁控共溅射的方法制备AGZO薄膜。
其中，GZO靶材纯度为99.99%，Ga2O3：ZnO=3：97wt.%；Al靶纯度为99.99%，基片为石英玻璃，靶基距为100mm。
实验参数设置如下：背底真空7×10-4Pa，溅射时压强为0.5Pa，通入氩气，在正式溅射之前先进行10分钟的预溅射，GZO靶材溅射功率为150W，GZO靶材溅射时间为20分钟，Al靶材溅射功率为50W，Al靶溅射时间分别为1、3、5、7、9分钟，分别为1-5号样品。
2 结果与讨论XRD分析结果显示，1-5号AGZO薄膜均有比较良好的（002）方向即c轴择优取向。
同时，根据XRD分析软件JADE可以求出对应（002）峰的半高宽，再根据谢乐公式即可估算出薄膜的平均晶粒尺寸。
结果显示，随着Al靶溅射时间从1分钟逐步增加为5分钟时，AGZO薄膜的平均晶粒尺寸有小幅增加，随后开始减少，当Al靶溅射9分钟时，平均晶粒尺寸剧烈减少到了20.18nm。
对于光学透过率的测试显示，1-5号薄膜在可见光波段的平均透过率均在87.5%以上，其中3号薄膜的平均透过率最好，在整个可见光波段（400-760nm），其平均透过率达到了91.41%。
高强度薄膜材料的制备与性能研究
高强度薄膜材料的制备与性能研究近年来，高强度薄膜材料的研究和应用吸引了广泛关注。
这些材料通常具有较低的密度和较高的力学性能，因此在诸多领域中具有广阔的应用前景。
在制备和研究高强度薄膜材料时，科学家采用了多种方法，并对其性能进行了深入研究。
首先，制备高强度薄膜材料的常用方法之一是磁控溅射。
磁控溅射过程中，将目标材料置于真空室中，通入高能电子或离子，使得目标表面被击打，产生粒子剥离并沉积在基材上形成薄膜。
这种方法能够制备出高纯度、致密度较高的薄膜，同时还可以通过调节工艺参数来改变材料的组成和结构，从而调控其力学性能。
其次，溶胶-凝胶法也是制备高强度薄膜材料常用的方法之一。
该方法主要分为溶胶制备和凝胶制备两个步骤。
在溶胶制备步骤中，将溶液中的前驱体通过水解、缩聚等反应生成具有一定粘度的溶胶。
而在凝胶制备步骤中，通过调控温度和湿度等条件，使溶胶发生凝胶反应，并最终形成固态的凝胶材料。
这种方法制备的薄膜具有较高的化学纯度、致密度和均匀性，且可以制备出大面积的薄膜。
除了制备方法的选择，研究者还对高强度薄膜材料的性能进行了深入研究。
其中，力学性能是评价材料是否具有高强度的重要指标之一。
通过应力-应变曲线的测试和分析，可以确定材料的屈服强度、断裂强度和韧性等力学性能指标。
此外，为了更好地了解材料的力学性能，研究者还通过电子显微镜、原子力显微镜等工具对材料的形貌和晶体结构进行观察和分析。
除了力学性能，高强度薄膜材料的化学稳定性也是研究的重点之一。
化学稳定性通常通过材料在不同环境下的腐蚀、膨胀和渗透等实验来评估。
研究者通过对薄膜材料的表面处理和添加不同的合金元素等措施，可以显著提高薄膜材料的化学稳定性。
此外，高强度薄膜材料还具有其他一些特殊的性能和应用。
例如，由于高强度薄膜材料具有优异的导电性能和热传导性能，因此在电子器件和热管理领域有着广泛的应用前景。
另外，高强度薄膜材料还可以应用于表面涂层和防护膜等领域，提高材料的耐磨性和耐腐蚀性。
磁控溅射热处理与复合薄膜对VO2(M)的相变调控
磁控溅射热处理与复合薄膜对VO2（M）的相变调控磁控溅射热处理与复合薄膜对VO2（M）的相变调控引言：相变材料具有在温度、压力或其他条件改变下发生物理性质或结构变化的特性。
这种材料广泛应用于信息存储、传感器、光电器件等领域。
其中，VO2（M）是具有金属绝缘体相变特性的一种相变材料，研究其相变调控对于电子器件的发展具有重要意义。
本文将介绍利用磁控溅射热处理和复合薄膜技术调控VO2（M）相变行为的研究进展。
一、VO2（M）相变调控研究现状VO2（M）材料在室温以下为绝缘体，室温以上为金属。
这种相变特性使得其在红外热电偵测器、温度控制器等领域有广泛应用。
然而，VO2（M）相变温度对于不同制备方法和条件具有巨大差异，这限制了其在器件中的应用。
因此，研究人员致力于寻找方法来调控VO2（M）的相变温度。
二、磁控溅射热处理对VO2（M）的研究磁控溅射是一种常见的薄膜制备技术，也可以应用于VO2（M）材料的研究。
研究人员通过调整磁控溅射过程中的工艺参数，如沉积温度、溅射功率和气压等，来改变VO2（M）的晶体结构和相变特性。
他们发现，通过控制溅射功率和气压，可以调控VO2（M）的相变温度。
溅射功率的增加使得晶体结构中的V-O键断裂，进而降低相变温度；而增加气压有助于提高晶体结构的稳定性，使相变温度升高。
这些结果表明，磁控溅射工艺的调控可使VO2（M）的相变温度实现可控。
三、复合薄膜技术对VO2（M）的相变调控除了磁控溅射热处理，复合薄膜技术也被用于调控VO2（M）的相变行为。
复合薄膜是将不同材料的薄膜层堆叠在一起，利用不同薄膜层之间的相互作用来实现功能增强或性能调控。
研究人员发现，在VO2（M）薄膜中引入其他材料的薄膜层可以明显影响其相变温度。
例如，通过在VO2（M）薄膜中引入TiO2薄膜层，可以使其相变温度下降。
这是因为TiO2的引入改变了VO2（M）晶体的晶格参数，进而影响了其相变温度。
通过调控复合薄膜中不同薄膜层的厚度和组分，可以实现对VO2（M）相变温度的精确调控。
碲化铋基热电材料的合成与性能优化研究
碲化铋基热电材料的合成与性能优化研究摘要：本论文采用固相法合成了碲化铋基热电材料，并针对其性能进行了优化研究。
运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能量色散谱等手段对材料进行了结构、形貌和元素分析。
通过优化合成条件、控制材料纯度以及对材料进行掺杂改性等方法，成功改善了材料的热电性能，同时也增强了其机械性能和化学稳定性。
实验结果表明，合成的碲化铋基热电材料具有良好的热电性能，可以应用于热电能量转换、温度测量和稳定热源等领域。
关键词：碲化铋；热电材料；合成；性能优化；掺杂改性。
1. 引言热电材料是一类能将热能转换为电能或反过来的特殊材料。
具有干净、可靠、寿命长等特点，因此在能量转换和温度检测等方面有广泛的应用前景。
目前，基于铋化合物的热电材料因其优异的热电性能得到了广泛关注，其中碲化铋是一种具有良好热电性能的铋化合物，并且具有较高的化学稳定性和机械强度，因而备受关注。
2. 实验方法本实验采用固相法合成了碲化铋基热电材料，然后通过对材料进行掺杂改性、优化合成条件等方法对其性能进行了改善和提高。
运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能量色散谱等手段对材料进行了结构、形貌和元素分析，研究了不同合成条件和掺杂物对材料性能的影响。
3. 实验结果与讨论通过固相法的合成方法，成功制备了纯度高、晶粒尺寸均匀分布的碲化铋基热电材料。
通过改变合成条件和掺杂改性，在材料的热电性能、机械性能和化学稳定性方面都取得了明显的改善效果。
其中，在掺杂改性方面，多种掺杂材料的掺入可以明显提高材料的电导率，从而增强了材料的热电性能，例如掺杂Sb可以增加碲化铋的P型导电性能。
4. 结论本文成功合成了一种碲化铋基热电材料，并通过改善合成条件、控制材料纯度以及对材料进行掺杂改性等方法成功优化了材料的热电性能和机械化学性能，取得了明显的研究成果。
研究表明，碲化铋是一种优异的热电材料，可用于热电能量转换、温度测量和稳定热源等领域。
此外，研究还发现，在掺杂浓度较低的情况下，碲化铋材料具有较高的电导率。
《SWCNT-碲化铋基柔性热电薄膜材料与器件制备及性能研究》
《SWCNT-碲化铋基柔性热电薄膜材料与器件制备及性能研究》SWCNT-碲化铋基柔性热电薄膜材料与器件制备及性能研究一、引言随着科技的不断进步，柔性电子器件已成为现代电子工业领域的重要研究方向。
而SWCNT（单壁碳纳米管）和碲化铋基等材料以其优异的热电性能、力学特性和可塑性在柔性电子器件的制备中备受瞩目。
本篇论文主要探讨SWCNT/碲化铋基柔性热电薄膜材料与器件的制备工艺及其性能研究。
二、材料与制备方法1. 材料选择本研究所选用的主要材料为SWCNT和碲化铋基材料。
SWCNT因其独特的结构和优异的物理性能，如高导电性、高热导率和良好的机械强度，在热电材料领域具有广泛的应用前景。
而碲化铋基材料具有优异的热电效应和稳定性，适用于制作热电转换器件。
2. 制备方法本实验采用溶液法与气相沉积法相结合的方式制备SWCNT/碲化铋基柔性热电薄膜材料。
首先，将SWCNT与碲化铋基材料混合于溶剂中，形成均匀的溶液。
然后，通过旋涂法或喷涂法将溶液涂覆于柔性基底上，再通过气相沉积法对薄膜进行后处理，以提高其热电性能和稳定性。
三、性能研究1. 结构与形貌分析通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对SWCNT/碲化铋基柔性热电薄膜的微观结构进行观察，结果表明SWCNT在碲化铋基薄膜中均匀分布，形成了良好的复合结构。
同时，对薄膜的表面形貌进行了分析，发现薄膜表面平整，无明显的颗粒和缺陷。
2. 热电性能研究通过对SWCNT/碲化铋基柔性热电薄膜进行热电性能测试，发现该材料具有较高的热电功率和优异的热电转换效率。
此外，该材料还具有较好的稳定性和可塑性，能够在弯曲、扭曲等条件下保持良好的热电性能。
四、应用前景SWCNT/碲化铋基柔性热电薄膜材料在柔性电子器件领域具有广泛的应用前景。
例如，可将其应用于可穿戴设备中的温度传感器、能量收集器等部件。
此外，该材料还可用于制备高性能的柔性热电器件，如微型热电发电机、热电制冷器等。
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晶粒 尺 寸为 ８ ０ ０ ｎ ｍ， ５ ． １ ｍ 时， 晶粒尺 寸为 ｌ ３ ０ ０ ｎ ｍ。Ｘ射 线衍射仪 的分析 结果 表 明， 射频磁 控 溅 射制 备
的 Ｎ型 Ｂ － ２ Ｔｅ 薄膜 为 菱方 结构 。 关键 词 ： Ｂ ｉ Ｉ ＇ ｅ 。薄膜 ； 热 电； Ｓ ｅ ｅ ｂ ｅ ｃ ｋ系数 ； 射 频磁控 溅射 中 图分类 号 ： ＴＮ３ ０ ４ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ９ — ８ ９ ８ ４ 【 ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ １ ０ ６ — ０ ３ 热导 率（ Ｗｍ－ ・ Ｃ ） ；
脉 冲激光 法 （ Ｐ Ｉ Ｄ） ｅ 、 分子束成长法 （ ＭＢ Ｅ ） Ｅ ｍ ］ 、 离
子 束 溅射 （ Ｉ Ｂ Ｓ ） …］ 、 磁控溅射（ Ｍｓ ） ［ 等 。其 中 ， 射 频 磁控 溅 射在 较低 功 率 和气 压 条 件 下工 作 ， 能 更 好 地 控制 薄膜 厚度 ， 并 具有快 而稳 的沉 积速 率 ， 杂质 含 量少 ， 成分 和靶 材 的成分 相 同等 优 点 。 热 电材 料 的效率 可通 过 Ｚ Ｔ值 来 表 征口 引， 表 达
３ Ｏ／ ３６
ｌ Ｏ ６ 一 ｌ Ｏ８
长春工程学院学报 （ 自然 科 学 版 ）２ ０ １ ３ 年 第１ ４卷 第 ２ 期
Ｊ ． Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ． Ｆ ｅ ｃ ｈ ． （ Ｎａ ｔ ． Ｓ ｃ ｉ ． Ｅｄ ｉ ． ） ， ２ ０ １ ３ ， Ｖｏ １ ． １ ４ ． Ｎｏ ． ２
２ 试 验
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ —０ ４ —２ ４
金项 ｔ － １ ： 周 家 闩然 科 学 基 金 资 助 项 目（ ５ １ ０ ７ １ ０ ７ ４ ）
吉 林 省 科 技 发 展 计 划 资 助 项 同（ １ ２ ０ １ ０ ０ ０ ６ ０ ）
１ 研 究 背 景
Ｂ ｉ ： Ｔｅ 基 热 电材 料具 有 较 大 的 Ｓ ｅ ｅ ｂ ｅ ｃ ｋ系 数 ，
广
Ｔ —— 绝对 温度 （ Ｋ） 。
Ｓ ｅ ｅ ｂ ｅ ｃ ｋ系数 是表征 薄膜 半 导 体 特性 的一 个 重
要参数 ， 它能 给出非本 征半 导体 多数载 流子 的信 息 ， 是热 电材 料能量 转换效 率 的重要表 征参 数 。其 定 义
１ 墨 墨
！ ： ！
ＣＮ ２ ２ — １ ３ ２ ３ ／ Ｎ
射频磁控溅 射制备碲化铋热 电薄膜性 能研究
贯 丛 ， 徐 毅 ， 高金 宇 ， 姜 亚梅 ， 冯 亮
（ 长春 工程学 院理学 院 ， 长春 １ ３ ０ ０ １ ２ ）
摘 要 ： 利用 射频磁 控溅 射制备 了 Ｎ 型 Ｂ ｉ ： Ｔｅ 薄膜 ， 并测 量其在 不 同温度 、 不 同膜 厚度条 件下 的 Ｓ ｅ ｅ ｂ ｅ ｃ ｋ系 数和 电导 率。 室 温 条 件 下 ， 不 同厚度 Ｂ ｉ 。 Ｔｅ 。薄膜 Ｓ ｅ ｅ ｂ ｅ ｃ ｋ系 数 约 为 一 １ ５ ０ ｐ ． ＶＫ～ ， 当温度 为 ５ ３℃ 时，
为： 材料 中一 定温度梯 度 ｄ ＴＩ ｄ ｘ下 产生 的 电势 梯 度
ｄ Ｖ／ ｄ ｘ：
是 制 备高 性能 热 电薄 膜 器 件 的常 用 材料 之 一 ， 在 温
差 发 电和 热电制 冷方 面 有着 广泛 的应 用１ ２ 卜 。寻求
途径改善 Ｂ ｉ 。 Ｔ ｅ 的热 电性 能 ， 提高 其 转换 效 率 ， 成
５ ． １ ｍ 厚 的 薄膜 Ｓ ｅ ｅ ｂ ｅ ｅ ｋ系数为 ～２ ６ ７ ＶＫ一 ， 而１ ． ５ ｍ 厚 的薄膜 Ｓ ｅ ｅ ｂ ｅ ｃ ｋ系数为 一１ ４ ２ ｔ ， ＶＫ～ 。利用 扫
描 电镜和 Ｘ 射 线衍 射仪研 究பைடு நூலகம்了薄膜 的微 结构 ， 当薄膜 厚 度增 加 时 ， 晶粒 尺 寸越 大。 薄膜 厚度 为 １ ． ５ ｔ ＊ ｍ 时，
（ Ｍ ＯＣ ＶＤ） ］ 、 电化 学 原 子 层 外 延 法 （ Ｅ Ｃ ＡＩ Ｅ ） 、
Ｓ一 （ ｄ Ｖ ／ ｄ ｘ ） ／ （ ｄ ｄ ｘ ）一 △ Ｖ ／ △丁
（ ２ ）
电导 率 是 描 述 热 电 材 料 性 能 的另 一 项 重 要 参 数， 一般 采用 四探 针 方法 检 测 。为 了获 得更 好 的热 电性 能 ， 材 料 需要 具 有更 高 的 Ｓ ｅ ｅ ｂ ｅ ｃ ｋ系数 Ｓ和 电 导率 盯， 更低 的热导率 。这 ３个参 数 都 和载 流子 浓 度、 载 流子有 效质量 和温度 相关 。改 变其 中一个 ， 其 他 的也 随 之 改变 ， 因 此 使 其 达 到 最 优 化 相 当 困难 。 在本 文 中， 我们利用射 频磁控溅 射法， 制 备 了 Ｂ ｉ ｚ Ｔｅ 。 薄膜 ， 并 测 量 了不 同温 度 下 薄 膜 的 Ｓ ｅ ｅ ｂ ｅ ｃ ｋ 系数 和电导 率 。发 现 在 薄 膜 厚 度 为 ５ ． １肛 ｍ 时， 测 试温度 为 ５ ３ ℃条 件 下 ， 可获得较 大 的 Ｓ ｅ ｅ ｂ ｅ ｃ ｋ系
式 见式 （ １ ）
Ｚ＇ Ｉ 、一 — Ｓ２ ａ Ｔ
—
（ １ ）
， ｃ
式中： Ｓ —— 材料 的 Ｓ ｅ ｅ ｂ ｅ ｃ ｋ系数 （ ＶＫ ） ；
— —
数 。同时利用 扫 描 电子 显微 镜 检 查 法 和 Ｘ射 线 分 析法测 试 了不 同厚 度薄 膜的微结 构 。
电导率 （ Ｓ ｎ。 ｉ ） ；
为研 究 的热点 。合 成 Ｂ ｉ —Ｔｅ基热 电材 料 的方 法 很 多， 如： 共 蒸法 （ Ｃ ｏ —ｅ ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ） ＿ ３ ］ 、 闪蒸 法 （ ｆ ｌ ａ ｓ ｈ ｅ ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ） 【 ＿ ５ ｊ 、有 机 金 属 化 学 气 相 沉 积