BiTE系熱電復(fù)合薄膜材料的磁控濺射制備及結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、本文首先闡述了BiTe系熱電薄膜的研究進(jìn)展,闡述了用磁控濺射法制備BiTe系熱電薄膜的優(yōu)勢(shì),然后重點(diǎn)介紹了磁控濺射單靶濺射BiTe系熱電薄膜和雙靶濺射摻W復(fù)合膜,最后采用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、能譜分析(EDS)等實(shí)驗(yàn)檢測(cè)手段對(duì)樣品進(jìn)行形貌和結(jié)構(gòu)表征。研究了濺射功率對(duì)純熱電薄膜結(jié)構(gòu)的影響,并對(duì)摻W復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入具體的研究。采用壓片、燒結(jié)法和真空熔煉法制備了P型、N型BiTe熱電靶,并制備出了二維微結(jié)構(gòu)的各種熱

2、電薄膜樣品。通過(guò)比較幾種沉積襯底上的薄膜的成膜質(zhì)量情況,得知單晶Si片,玻璃,kapton膜三種襯底較適合沉積Bi-Te系熱電薄膜。壓片燒結(jié)法制作的N型靶的直流、射頻濺射中,兩種濺射方式產(chǎn)生的樣品的成膜性均較好----平整、連續(xù)。直流方式的薄膜樣品的成分和靶成分較接近,而射頻方式的薄膜樣品的成分和靶成分有一定的出入,說(shuō)明直流濺射方式較好。兩種方式濺射得到的薄膜的物相組成主要為Bi2Te2.5Se0.5。真空熔煉法制作的N型靶的直流、射頻

3、濺射中,兩種濺射方式產(chǎn)生的樣品的成膜型均較好.平整、連續(xù)。直流濺射功率為49Wq(0.1A×490V)時(shí),產(chǎn)生的薄膜樣品的相結(jié)構(gòu)較好,且成分與靶成分相差不大,薄膜的物相組成主要為Bi2Te2.5Se0.5.射頻濺射功率為80W時(shí),薄膜的成分與靶成分最為接近,薄膜也有較好的物相結(jié)構(gòu),其物相組成主要為Bi2T2.7Se0.3。單靶濺射W膜時(shí),通過(guò)改變直流濺射功率,研究了濺射功率對(duì)沉積W膜結(jié)構(gòu)和形貌的影響。濺射功率越大,結(jié)晶性越好。制作摻W復(fù)

4、合膜時(shí),N型熔煉靶的射頻濺射功率選為80W,W靶的濺射功率在能起輝下盡量小,選為100W(0.2A×500V)。根據(jù)摻入的W顆粒在薄膜中分布情況,提出了兩種復(fù)合膜結(jié)構(gòu)模型,包括交替沉積的多層周期結(jié)構(gòu)模型、交替濺射沉積的混合摻入模型。我們制備了這兩種模型的樣品,并分析了其結(jié)構(gòu)：W混合摻雜復(fù)合膜：采用旋轉(zhuǎn)交替濺射沉積方式,提出了三種制備方法：⑴固定熱電靶射頻濺射功率為80W,改變W靶的直流濺射功率；⑵固定W靶的直流濺射功率為16W(剛能起輝

5、),調(diào)高熱電靶的射頻濺射功率；⑶熱電靶和W靶均為最佳濺射功率,w靶濺射時(shí)引入遮擋狹縫。后兩種制備方法較成功。改變熱電靶射頻濺射功率的所制復(fù)合熱電膜中,薄膜的物相組成主要為Bi2Te2.7Se0.3物相(PDF＃50-0954)和Bi2Te物相(PDF＃42-0540),W元素可能以單晶顆粒的形式摻雜在熱電膜中。改變狹縫寬度的所制復(fù)合熱電膜中,薄膜的物相組成主要為Bi2Te2.7Se0.3物相(PDF＃50-0954)和Bi2Te物相(P