真空热蒸发制备碲化铋基热电纳米晶薄膜及其性能研究

《真空热蒸发制备碲化铋基热电纳米晶薄膜及其性能研究》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、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）真空热蒸发制备碲化铋基热电纳米晶薄膜及其性能研究吴晶二O一八年六月分类号：O472+.7学校代号：11845UDC：密级：学号：2111515013广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）真空热蒸发制备碲化铋基热电纳米晶薄膜及其性能研究吴晶指导教师姓名、职称：简基康教授专业或领域名称：材料物理与化学学生所属学院：物理与光电工程学院论文答辩日期：2018年6月2日ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMast

2、er(MasterofEngineeringScience)PreparationandpropertiesofBi2Te3-basedthermoelectricnanocrystallinethinfilmsbyvacuumthermalevaporationCandidate:JingWuSupervisor:Prof.JikangJianJune2018SchoolofPhysics&OptoelectronicEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdo

3、ng,P.R.China,510006摘要摘要热电材料是一种可以实现热能与电能之间直接相互转换的新型能源材料，具有广泛的应用前景。低维结构可以通过增强材料的界面声子散射从而降低材料的热导率，提高材料的热电性能。Bi2Te3作为室温附近应用最广泛的传统热电材料，通过低维化处理，能够显著优化其热电输运性质，其研究是一个十分重要的研究领域，显示出很大的应用潜力。已有的研究主要集中在纳米晶块体材料，对薄膜了解较少。本论文主要针对Bi2Te3基热电纳米晶薄膜的真空热蒸发生长、结构调控和物性上开展了研究工作，得到了以下主要结果：（1）首次采用真空热

4、蒸发技术在SiO2衬底上成功制备了具有（00l）高度取向的Bi4Te3纳米柱阵列薄膜，对样品进行了详细的结构与电输运性能表征，讨论了蒸发源温度和衬底温度对Bi4Te3薄膜的成相及其微结构的生长的影响。结果表明，得到的薄膜样品具有纳米柱阵列的微结构和（00l）高度取向；Bi4Te3相的形成归因于Bi、Te原子饱和蒸气压的巨大差异；纳米柱阵列的生长行为是较高的沉积速度和较低的衬底温度协同作用的结果。电输运性质的分析发现，（00l）高度取向的纳米柱阵列薄膜具-1-2有较好的电输运性能，其在339K下的PF值为0.032mWm·K，接近无取向普

5、通薄膜的两倍。分析认为，Bi4Te3薄膜电学性能的增强归因于高度结晶和（00l）高度取向的协同作用。（2）采用真空热蒸发的方法，通过调控实验参数制备了不同化学组份x的Bi2-xSbxTe3薄膜（x=0,0.7,1.1,1.5,2），对所得薄膜进行了详细的微结构和形貌表征，结果显示实验制备得到了全组份固熔的Bi2-xSbxTe3取向薄膜，具有纳米柱阵列的有序微结构，掺杂的Sb组分原子均匀分布。对其电学性能的研究显示，Bi2-xSbxTe3薄膜中，Bi0.5Sb1.5Te3纳米柱阵列薄膜样品具有最佳的电学性能，其在T=300K时电导率σ5-

6、1最大值达到了2.95*10S·m，大约是未掺杂Bi2Te3薄膜样品的十倍多，约为已报道-1-2的Bi0.5Sb1.5Te3薄膜和块体的3倍多，475K下功率因子PF最大值为3.83μWcm·K。当掺杂组份x约为1.2时，Bi2-xSbxTe3薄膜由n型半导体转变为p型半导体，在Sb组份掺杂的过程中，发现了金属绝缘体转变的现象。本论文工作扩展和丰富了Bi2Te3基热电材料的研究，获得了一些新的材料形态，I广东工业大学硕士学位论文实现了材料物性和微结构的调控，优化了热电性能，使用的高真空热蒸发制备方法简单，具有很好的应用前景。关键词:热电

7、薄膜；Bi2Te3；真空热蒸发沉积；纳米柱阵列；热电性能IIABSTRACTABSTRACTAsanewtypeofenergymaterialthatcandirectlycoupleandconvertthermalenergytoelectricalenergy,thermoelectricmaterialshaveawiderangeofapplicationprospects.Low-dimensionalstructurescanreducethethermalconductivityofthematerialbyenhan

8、cingtheinterfacephononscatteringofmaterials,therebyenhancingthethermoelectricperformanceofmaterials.Bi2