磁控溅射制备碲化铋薄膜及其热电性能的研究

《磁控溅射制备碲化铋薄膜及其热电性能的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：TN304密级：公开UDC：编号：201331907008河北工业大学硕士学位论文磁控溅射制备碲化铋薄膜及其热电性能的研究论文作者：李秦学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：集成电路工程指导教师：檀柏梅职称：教授资助基金项目：中国电子科技集团公司第四十六研究所创新基金资助项目(CJ20130307)；天津市科技特派员项目(14JCTPJC00542)；火炬计划项目(2013GH580096)ThesisSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofIntegratedCircu

2、itEngineeringSTUDYONTHETHERMOELECTICPROPERTIESOFBi2T3THINFILMSFABRIACTEDBYMAGNETRONSPUTTERbyLiQinSupervisor:Prof.TanBaimeiMarch2016ThisworksupportedbytheinnovationfundprojectsofNo.46ResearchInstitute,ChinaElectronicsTechnologyCorporation(GrantNo.CJ20130307),theScienceandTechnologyCorr

3、espondentProjectofTianjin,China(GrantNo.14JCTPJC00542),andChinatorchProgramofChina(GrantNo.2013GH580096).原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论

4、文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要随着现代技术的发展和世界能源需求的不断增加，近年来热电材料的研究逐渐引起人们的关注。热电材料可将热能和电能进行相互转化。利用热电材料制备的热电器件具有体积小、重量轻、寿命长、无

5、噪音、易于控制等应用优势。在热电材料中，Bi2Te3基热电材料具有较高的热电性能，室温下Bi2Te3块体材料的ZT值约为1。随着纳米技术的兴起，热电材料可通过降低维数来增加载流子浓度和声子的散射，提高Seebeck系数，降低热导率，从而提高ZT值。Bi2Te3薄膜属于典型的二维结构材料，可以有效的提高材料的热电性能。因此Bi2Te3薄膜的制备及热电性能的研究有甚重科研价值。本文从薄膜的结构入手，设计了不同层数和层厚的Bi/Te层状结构薄膜。采用磁控溅射法，在成本较低的玻璃基片上沉积了不同厚度的Bi/Te多层薄膜。针对沉积后的热电薄膜材料，实施退火处理能改善材料的缺

6、陷密度、载流子浓度和晶粒大小，从而调节其热电性能。本文首先研究了退火温度对Bi/Te多层薄膜结构和热电性能的影响。退火温度范围是0℃~250℃。退火使Bi/Te多层薄膜间的原子发生相互扩散反应生成了Bi2Te3薄膜。且随着退火温度的升高，晶粒尺寸逐渐增大，而薄膜的Seebeck系数和功率因子先增大后减小，并在150℃退火时达到最大值，分别为-98.5µVK-1和14.47µVK-2cm-1。其次研究了退火时间对Bi/Te多层薄膜结构和热电性能的影响。随着退火时间的延长，薄膜的界面空洞增多，表面粗糙度变大。短时间退火可提高薄膜的热电性能，而随着退火时间的延长，量子尺

7、寸效应逐渐显现，薄膜的热电参数均出现了明显的振荡现象，且沉积的单质层越厚，振荡周期越大。通过设计不同单质层厚和不同层数的Bi/Te多层薄膜排除了最外层元素Bi对材料热电性能的影响，并最终确认本文设计的Bi/Te多层结构可有效的提高材料的热电性能。最后在多层结构的基础上通过控制Bi、Te元素的溅射时间，制备不同Te原子含量的Bi/Te多层薄膜，并研究Te原子含量对薄膜性能的影响。当Te原子含量为60.68%时，薄膜的热电性能最高，功率因子可达到22.16µVK-2cm-1。结果表明：采用磁控溅射按照化学计量比制备的Bi/Te多层薄膜经过150℃退火2~6h后可有效提

8、高材料的热