發(fā)布時間：2017-08-02 21:15

  本文關鍵詞：鉍銅硒氧基薄膜的制備及其熱電性能研究

  更多相關文章： 脈沖激光沉積 BiCuSeO 基薄膜 外延生長 c 軸取向 熱電性能 摻雜

【摘要】：硫屬氧化物鉍銅硒氧(BiCuSeO)是一種層狀結構的p型半導體材料,具有極低的本征熱導率,在中高溫熱電領域有重要應用前景。目前國際上對BiCuSeO基材料熱電性能的研究幾乎全部集中在三維多晶塊體上,對二維取向薄膜的研究非常少。相比于三維多晶塊體材料,二維薄膜更易實現(xiàn)熱電器件的集成化,在微區(qū)熱電發(fā)電及制冷領域具有體材料無可替代的優(yōu)勢。此外,二維薄膜更易實現(xiàn)c軸取向生長,可以利用BiCuSeO基材料電熱輸運各向異性的特點大幅優(yōu)化其熱電性能。本論文采用脈沖激光沉積技術在單晶襯底上制備了c軸取向的BiCuSeO基薄膜,研究了制備工藝條件和元素摻雜對BiCuSeO薄膜晶體結構、顯微結構和熱電性能的影響,主要結論如下:1、利用脈沖激光沉積技術在SrTiO_3(001)單晶襯底上制備了BiCuSeO薄膜并進行了晶體結構、顯微結構表征和熱電輸運性能測試。通過優(yōu)化沉積條件,制備出了c軸取向的外延單晶薄膜樣品,其室溫熱電性能優(yōu)于多晶塊體樣品。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=0,0.04,0.06,0.08)單晶薄膜并研究了Pb摻雜對薄膜晶體結構、顯微結構和熱電性能的影響。實驗結果表明,Pb摻雜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。摻Pb 6%的樣品具有最大的功率因子,在673K時為1.19 mW m-1 K-2,比相應的體材料高1.5倍。3、在SrTiO_3(001)單晶襯底上外延生長了c軸取向的Bi_(1-x)Ba_xCuSeO(x=0,0.025,0.05,0.075,0.1)單晶薄膜并研究了Ba摻雜對薄膜的晶體結構、顯微結構和熱電性能的影響。實驗結果表明,Ba摻雜能有效地降低材料電阻率,提高其功率因子。其中Bi0.925Ba0.075CuSeO樣品具有最佳功率因子,在670K時為1.24 mW m-1 K-2,比相應塊材高1.4倍。4、利用脈沖激光沉積技術在未經(jīng)過處理的商用單晶Si片上制備出了c軸取向生長的BiCuSeO薄膜,測試分析顯示其晶體結構良好,熱電性能可以同單晶材料相比擬,表明BiCuSeO薄膜制備工藝有可能與Si集成工藝進行結合,制備出新型熱電薄膜器件。
【關鍵詞】：脈沖激光沉積 BiCuSeO 基薄膜 外延生長 c 軸取向 熱電性能 摻雜
【學位授予單位】：河北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O484;TN304
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-22
• 1.1 熱電效應理論11-14
• 1.1.1 塞貝克效應12-13
• 1.1.2 珀爾帖效應13
• 1.1.3 湯姆遜效應13-14
• 1.1.4 三種效應之間的關系14
• 1.2 熱電性能14-17
• 1.2.1 熱電效率14-15
• 1.2.2 影響熱電性能的物理參數(shù)15-17
• 1.3 提高熱電性能的方法17-19
• 1.3.1 優(yōu)化材料的載流子濃度18
• 1.3.2 降低材料的熱導率18-19
• 1.4 BiCuSeO材料的研究進展19-21
• 1.5 本論文的研究目的及意義21-22
• 第2章 樣品的制備、表征及性能測試22-28
• 2.1 脈沖激光沉積技術22-23
• 2.2 靶材的制備23-24
• 2.2.1 實驗儀器23
• 2.2.2 燒結流程23-24
• 2.3 材料的微結構表征24-25
• 2.3.1 X射線衍射24
• 2.3.2 原子力顯微鏡24
• 2.3.3 掃描電子顯微鏡24-25
• 2.3.4 透射電子顯微鏡25
• 2.4 熱電性能測試25-27
• 2.4.1 塞貝克系數(shù)的測量25-26
• 2.4.2 電阻率的測量26
• 2.4.3 霍爾性能測試26-27
• 2.5 本章小結27-28
• 第3章 BiCuSeO薄膜的熱電性能研究28-38
• 3.1 引言28-29
• 3.2 脈沖激光沉積BiCuSeO薄膜29-30
• 3.2.1 單晶襯底的選擇29
• 3.2.2 靶材的制備29-30
• 3.2.3 薄膜沉積30
• 3.3 樣品的微結構分析30-34
• 3.3.1 晶體結構30-32
• 3.3.2 表面形貌32
• 3.3.3 微觀形貌32-34
• 3.4 BiCuSeO薄膜的熱電性能研究34-37
• 3.4.1 電阻率34-35
• 3.4.2 塞貝克系數(shù)35-36
• 3.4.3 功率因子36-37
• 3.5 小結37-38
• 第4章 Pb摻雜對BiCuSeO薄膜熱電性能的影響38-45
• 4.1 引言38
• 4.2 Bi_(1-x)Pb_xCuSeO薄膜的制備38-39
• 4.3 Bi_(1-x)Pb_xCuSeO薄膜的微結構分析39-41
• 4.3.1 晶體結構39-40
• 4.3.2 微觀形貌40-41
• 4.4 Bi_(1-x)Pb_xCuSeO薄膜的熱電性能41-44
• 4.4.1 電阻率41-42
• 4.4.2 塞貝克系數(shù)42-43
• 4.4.3 功率因子43-44
• 4.5 小結44-45
• 第5章 Ba摻雜對BiCuSeO薄膜熱電性能的影響45-51
• 5.1 引言45
• 5.2 Bi_(1-x)Ba_xCuSeO樣品的制備45-46
• 5.3 Bi_(1-x)Ba_xCuSeO薄膜的微結構分析46-48
• 5.3.1 晶體結構46
• 5.3.2 微觀形貌46-48
• 5.4 Bi_(1-x)Ba_xCuSeO薄膜的熱電性能48-50
• 5.4.1 電阻率48-49
• 5.4.2 塞貝克系數(shù)49
• 5.4.3 功率因子49-50
• 5.5 小結50-51
• 第6章 在Si襯底上制備BiCuSeO薄膜及其熱電性能研究51-57
• 6.1 引言51
• 6.2 Si襯底上生長的BiCuSeO薄膜的制備51-52
• 6.3 Si襯底上生長的BiCuSeO薄膜的微結構分析52-54
• 6.3.1 晶體結構52-53
• 6.3.2 表面形貌53
• 6.3.3 微觀形貌53-54
• 6.4 Si襯底上生長的BiCuSeO薄膜的熱電性能54-56
• 6.5 小結56-57
• 結束語57-58
• 參考文獻58-64
• 致謝64-65
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1 井群;司海剛;張世華;王淵旭;;室溫下硅與硅鍺合金的熱電性能研究[J];河南大學學報(自然科學版);2010年05期

2 蔣俊;李亞麗;許高杰;崔平;吳汀;陳立東;王剛;;制備工藝對p型碲化鉍基合金熱電性能的影響[J];物理學報;2007年05期

3 李健;嚴軍;鄧元;;Ca_3Co_4O_9陶瓷的合成及熱電性能[J];西北師范大學學報(自然科學版);2008年05期

4 李s，

本文編號：611269