Bi2Te3薄膜的制備與熱電性能研究.pdf

1、熱電材料可以實(shí)現(xiàn)熱能和電能間的直接轉(zhuǎn)化,是一種無噪音污染、無有害物質(zhì)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(dú)特的制冷功能。特別是以薄膜熱電材料為基礎(chǔ)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(yīng)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(yīng)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(shè)計(jì)搭建塊體和薄膜材料的塞貝克系數(shù)和電導(dǎo)率測試設(shè)備的基礎(chǔ)上,后續(xù)采用電化學(xué)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
　　電化學(xué)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(chǎn)效率高的優(yōu)勢,非常適合作為薄膜產(chǎn)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(xiàn)通過調(diào)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(shù)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(xué)計(jì)量比 Bi2T