PbTe低維結(jié)構(gòu)共濺生長(zhǎng)及其熱電性能研究.pdf

1、近年來(lái)研究表明熱電材料的納米化和低維化可以有效的提高熱電優(yōu)值ZT系數(shù)。納米結(jié)構(gòu)的界面可以有效地散射聲子，降低材料的熱導(dǎo)率，同時(shí)利用界面對(duì)低能電子的過(guò)濾以及量子尺寸效應(yīng)帶來(lái)的能帶的改變可以實(shí)現(xiàn)功率因子的改善。碲化鉛(PbTe)是一種中等溫區(qū)非常重要的半導(dǎo)體熱電材料。PbTe基的量子點(diǎn)超晶格結(jié)構(gòu)其熱電優(yōu)值在550K達(dá)到3左右，使得這類納米低維結(jié)構(gòu)引起了人們極大的關(guān)注。
　　本文利用離軸共濺方法生長(zhǎng)了不同納米結(jié)構(gòu)的PbTe薄膜及其低維P

2、bTe/CdTe量子阱，并對(duì)其熱電性能進(jìn)行了研究。針對(duì)薄膜納米結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種薄膜熱電測(cè)量的裝置，實(shí)現(xiàn)了薄膜Seebeck系數(shù)和電導(dǎo)率的準(zhǔn)確測(cè)量。通過(guò)改變襯底溫度(Ts=220℃、250℃、285℃、320℃)和Te的濺射速率(0.069(A)/s、0.13(A)/s、0.4(A)/s)，制備了各種納米結(jié)構(gòu)特征的PbTe薄膜，并對(duì)各種納米結(jié)構(gòu)隨厚度的演化進(jìn)行觀察和分析。在此基礎(chǔ)上，制備了高質(zhì)量的PbTe/CdTe量子阱，開(kāi)展了不同

3、周期結(jié)構(gòu)的PbTe/CdTe量子阱熱電性能測(cè)量（勢(shì)壘層厚度為4nm、14nm、28nm，勢(shì)阱層厚度為16nm、26nm、36nm，周期數(shù)N=1、5、15）主要研究?jī)?nèi)容如下所示:
　　1:在低Te濺射速率條件下（0.06(A)/s），PbTe/BaF2薄膜表面分布大量三角金字塔形，金字塔的尺寸為150～200nm，高寬比為1∶2。三角金字塔形的形成與離軸和低碲速率下共濺導(dǎo)致的柱狀生長(zhǎng)有關(guān)。金字塔形貌隨厚度演化研究表明，膜厚為27nm

4、時(shí)存在各種晶向的納米島，隨厚度增加不同晶向納米島相互競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)，膜厚達(dá)到260nm沿(111)晶向擇優(yōu)取向柱狀生長(zhǎng)，最終在薄膜表面形成三角金字塔形。
　　2:Te濺射速率的升高(0.13(A)/s、0.4(A)/s)，三角金字塔演變?yōu)榻亟前嗣骟w、花形、三角坑和三角盤(pán)。Te濺射速率為0.13(A)/s，襯底溫度為220℃，PbTe/BaF2薄膜表面分布大量1um左右的花形結(jié)構(gòu)。在襯底溫度為250℃，得到平整的表面和微米級(jí)的截角八面體。

5、當(dāng)襯底溫度升高到285℃，薄膜表面為截角八面體和三角盤(pán)。隨著Te濺射速率升高到0.4(A)/s，薄膜表面為三角坑和三角盤(pán)結(jié)構(gòu)，薄膜表面形貌的演變與{111}面和{100}面生長(zhǎng)速率有關(guān)。Te元素比例的增加使得{111}面和{100}面生長(zhǎng)速率的比值增大。
　　3:不同結(jié)構(gòu)的PbTe/CdTe量子阱測(cè)量顯示在300-600K范圍內(nèi)，電導(dǎo)率隨溫度升高而增加，Seebeck系數(shù)隨著溫度升高而變小。這種變化趨勢(shì)表明量子阱中晶界相關(guān)的激活能