Bi2Te3薄膜的制備與熱電性能研究.pdf

1、熱電材料可以實現熱能和電能間的直接轉化,是一種無噪音污染、無有害物質排放、壽命長、可靠性高的能源材料。以其制備的熱電器件,不僅可以溫差發(fā)電,而且還具有獨特的制冷功能。特別是以薄膜熱電材料為基礎制備的微型熱電器件,在局部熱能吸收和微系統(tǒng)固態(tài)制冷等方面有著非常巨大的應用潛力。Bi2Te3基熱電材料作為室穩(wěn)區(qū)段性能最好的熱電材料之一;相應的Bi2Te3基熱電薄膜不僅制備容易,而且熱電性能相比塊體材料有很大的提高,非常適合用于制備熱電微型器件。

2、本文在先行設計搭建塊體和薄膜材料的塞貝克系數和電導率測試設備的基礎上,后續(xù)采用電化學沉積法制備了 p型 Bi2Te3熱電薄膜,采用射頻磁控共濺射法制備了n型Bi2Te3熱電薄膜,為微型熱電器件的制備和測試奠定了堅實基礎。
　　電化學沉積法和磁控濺射法在制備薄膜方面均具有工藝成本低、生產效率高的優(yōu)勢,非常適合作為薄膜產業(yè)化制備的工藝方法。本文首先采用了電沉積恒電位法在不銹鋼基片上制備了p型Bi2Te3熱電薄膜,研究了沉積電位(-90

3、mV~30mV)對薄膜形貌、晶相、厚度、熱電性能的影響。發(fā)現通過調節(jié)沉積電位,可以有效的改變Bi2Te3薄膜的取向性。最終得到在沉積電位-60mV處,薄膜塞貝克系數和功率因子最大,分別為103.2μV/K和1.85mW/mK2。
　　采用射頻磁控共濺射法在SiO2/Si基片上制備n型Bi2Te3薄膜材料,首先研究Te靶沉積功率對Bi2Te3薄膜形貌、晶相、成分和熱電性能的影響,優(yōu)化制備工藝。然后在基于制備最優(yōu)的化學計量比 Bi2T