【摘要】：硫?qū)傺趸镢G銅硒氧(BiCuSeO)是一種層狀結(jié)構(gòu)的p型半導(dǎo)體材料,具有極低的本征熱導(dǎo)率,在中高溫?zé)犭婎I(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。目前國際上對(duì)BiCuSeO基材料熱電性能的研究大多集中在三維多晶塊體上,對(duì)二維取向薄膜的研究非常少。相比于三維多晶塊體材料,二維薄膜更易實(shí)現(xiàn)熱電器件的集成化,在微區(qū)熱電發(fā)電及制冷領(lǐng)域具有體材料無可替代的優(yōu)勢。此外,二維薄膜更容易實(shí)現(xiàn)c軸取向生長,可以利用BiCuSeO基材料電熱輸運(yùn)各向異性的特點(diǎn)大幅優(yōu)化其熱電性能。針對(duì)以上問題,本論文采用脈沖激光沉積方法(Pulsed Laser Deposition:PLD)在單晶襯底上制備了c軸取向的BiCuSeO基薄膜,通過調(diào)節(jié)制備工藝條件,優(yōu)化了薄膜的微觀組織結(jié)構(gòu),同時(shí)通過元素?fù)诫s有效的提高了BiCuSeO的熱電性能的影響,研究內(nèi)容和結(jié)果如下:1、利用PLD在三種單晶基片上制備了BiCuSeO薄膜并詳細(xì)研究了襯底和沉積溫度對(duì)薄膜晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌及熱電輸運(yùn)性能的影響。當(dāng)最佳沉積溫度為330℃下在SrTiO_3(001)單晶基片上制備的BiCuSeO薄膜不含任何雜相且沿c軸外延取向生長,電學(xué)性能測試表明該薄膜在20~350 K溫區(qū)內(nèi)均表現(xiàn)出金屬導(dǎo)電特性,室溫電阻率為12.5mΩ·cm,遠(yuǎn)低于相應(yīng)的多晶塊體材料。計(jì)算所得的室溫功率因子PF為3.3μWcm~(-1)K~(-2),高于相應(yīng)的多晶塊體材料,表明c軸取向BiCuSeO外延薄膜在薄膜熱電器件領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。2、在SrTiO_3(001)單晶襯底上外延生長了c軸取向的Bi_(1-x)Pb_xCuSeO(x=0.04,0006,0.08)和Bi_(1-x)-x Ca_x CuSeO(x=0.025,0.05,0.075)單晶薄膜并研究了Pb、Ca摻雜對(duì)薄膜晶體結(jié)構(gòu)、微觀組織結(jié)構(gòu)和熱電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Pb、Ca摻雜均可以增加載流子濃度、降低BiCuSeO薄膜的電阻率,提高其功率因子;Pb摻雜相比于Ca摻雜更有利于提高本征BiCuSeO薄膜的熱電性能。3、通過脈沖激光沉積在非晶玻璃襯底上沿c軸取向生長了BiCuSeO薄膜。發(fā)現(xiàn)在室溫下的電阻率(27.1 mΩ·cm)遠(yuǎn)低于報(bào)道的相應(yīng)多晶體塊的電阻率,并且用三維變程跳躍傳導(dǎo)機(jī)制解釋了薄膜低溫下的電輸運(yùn)行為。此外,通過微觀結(jié)構(gòu)分析得出整個(gè)薄膜中存在大量的非晶晶界,使得薄膜的熱導(dǎo)率顯著降低。因此,本文中的BiCuSeO薄膜的熱電性能與體塊相比有了很大提高,表明其可以用于熱電薄膜器件中。
【學(xué)位授予單位】：河北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O484
【圖文】：

經(jīng)成為科研人員探索的一個(gè)重要方向課題。其中，一關(guān)注，它具有低的熱導(dǎo)率，通過摻雜可以大大提高其熱電的熱電材料。應(yīng)理論及器件梯度產(chǎn)生熱電流的效應(yīng)以及它的逆過程，即，通過電流產(chǎn)應(yīng)。熱電效應(yīng)包括塞貝克效應(yīng)、珀?duì)栙N效應(yīng)和湯姆遜效應(yīng)基于這三種效應(yīng)制造的�？诵�(yīng)國物理學(xué)家塞貝克在兩種不同材料（導(dǎo)體或半導(dǎo)體）組成熱能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象為塞貝克效應(yīng)，又稱為

規(guī)定從 A 流向 B 為電流正方向，塞貝克系數(shù)為正，反之為系數(shù)的微觀物理本質(zhì)可以用溫度梯度作用下的載流子濃度的變材料中，載流子為均勻分布，一旦兩段產(chǎn)生溫差后，熱端載流冷端移動(dòng)，并在冷端堆積，破壞內(nèi)部的電中性。同時(shí)，載流個(gè)內(nèi)建電場，在內(nèi)建電場的作用下，載流子的進(jìn)一步擴(kuò)散受到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的時(shí)候，材料兩端形成電勢差就是塞貝克電動(dòng)勢熱電發(fā)電。帖效應(yīng)克效應(yīng)之后，1834 年，法國物理學(xué)家珀?duì)柼–.A.Peltier）發(fā)的現(xiàn)象。把兩個(gè)不同的導(dǎo)體組成閉合回路并通以電流，當(dāng)電流接點(diǎn)會(huì)放出熱量變熱；另一個(gè)接點(diǎn)會(huì)吸收熱量變冷，這一現(xiàn)

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉瑋書;張波萍;李敬鋒;張海龍;趙立東;;Co_(1-x)Ni_xSb_(3-y)Se_y熱電輸運(yùn)中晶界和點(diǎn)缺陷的耦合散射效應(yīng)[J];物理學(xué)報(bào);2008年06期

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本文編號(hào)：2720286