鋇摻雜鉍銅硒氧薄膜的光誘導(dǎo)橫向熱電效應(yīng)及其調(diào)控研究
發(fā)布時間：2021-03-30 02:07
光誘導(dǎo)橫向熱電（LITT）效應(yīng)是一種特殊的光熱電現(xiàn)象,在新型非制冷寬波段光探測器領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。LITT效應(yīng)源于材料Seebeck系數(shù)各向異性,通常只能在具有傾斜結(jié)構(gòu)的薄膜等樣品中觀測的到,其輸出開路電壓大小和樣品吸收光輻射后在上下表面產(chǎn)生的溫差△Tz及樣品Seebeck系數(shù)各向異性值△S成正比。本論文以新型層狀硫?qū)倩衔餆犭姴牧螧iCuSeO為研究對象,利用脈沖激光沉積（Pulsed Laser Deposition簡稱PLD）技術(shù)在單晶襯底上制備了c軸傾斜生長的薄膜樣品,研究了鋇元素?fù)诫s、碳基光吸收層,金屬納米顆粒涂覆及復(fù)合對薄膜LITT效應(yīng)的影響規(guī)律與機(jī)制,其目標(biāo)是通過調(diào)控BiCuSeO薄膜的熱電輸運(yùn)參量及增大薄膜表面對入射光的吸收來優(yōu)化薄膜光-熱-電轉(zhuǎn)換效率,獲得高的輸出開路電壓幅值,為研制基于熱效應(yīng)設(shè)計的新一代高靈敏寬波段光探測器提供指導(dǎo)。論文主要研究內(nèi)容和結(jié)論:1、制備了Bi1-xBaxCuSeO（x=0、0.03、0.06、0.09）薄膜,研究了鋇摻雜對薄膜LITT效應(yīng)的影響規(guī)律和機(jī)制。隨著鋇摻雜量的...
【文章來源】：河北大學(xué)河北省
【文章頁數(shù)】：60 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
Seebeck效應(yīng)示意圖
ragoe教授課題組在2010年發(fā)現(xiàn)鉍銅硒氧（BiCuSeO）具有層狀結(jié)構(gòu)且熱導(dǎo)率極低，具有潛在的熱電性能[20]，該報道很快引起了熱電研究者的關(guān)注。BiCuSeO屬p型半導(dǎo)體，帶隙寬度Eg:～1eV，晶格常數(shù)a=b≈0.393nm,c≈0.893nm具有層狀ZrSiCuAs型四方結(jié)構(gòu)。如圖1.3所示：鉍銅硒氧由導(dǎo)電的（Cu2Se2）2-層和絕緣的(Bi2O2)2+層沿c軸交替堆垛而成，層面與層間具有較大的各向異性。層狀結(jié)構(gòu)致使BiCuSeO呈現(xiàn)小的楊氏模量～76.5GPa、大的格林愛森參數(shù)0～1.5，從而具有極低的熱導(dǎo)率（室溫下約0.6W/mK;873K下約0.46W/mK）[21]。圖1.3BiCuSeO的晶體結(jié)構(gòu)然而BiCuSeO的電學(xué)性能較差。目前對于該材料的研究主要集中在電學(xué)性能的優(yōu)化，尤其是電導(dǎo)率的優(yōu)化。調(diào)控方式包括：1）在Bi位置受主摻雜一價（Na、Ag）或二價（Mg、Ca、Sr、Ba、Pb等）元素，增大空穴載流子濃度從而提升材料電導(dǎo)率[22-27]；2）引入Cu缺陷，促進(jìn)Bi原子與Se原子間的電荷轉(zhuǎn)移，增大空穴載流子濃度[28,29]；3）c軸織構(gòu)化來提高樣品的遷移率[30]。近年來我們課題組利用PLD技術(shù)制備優(yōu)良的沿c軸外延生長的單晶鉍銅硒氧薄膜，測試薄膜電阻率和賽貝克系數(shù)分別為：12.5mΩ·cm和202μV/K；功率因子達(dá)到了0.33mWm-1K-2[31,32]；之后又制備了c軸10°傾斜的BiCuSeO薄膜和摻雜Pb8%的薄膜，在兩種薄膜中都觀察到了LITT電壓信號，并摻雜薄膜中電壓信號有很大提高[33,34]，說明鉍
河北大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文8第2章樣品的制備、表征及LITT效應(yīng)測試2.1脈沖激光沉積技術(shù)脈沖激光沉積(PLD)技術(shù)是一種應(yīng)用廣泛的真空薄膜制備技術(shù)。利用高功率激光束作用靶材表面，靶材因為吸收激光的能量，溫度迅速升高，表面被燒蝕；從靶材表面逸出分子團(tuán)簇、原子、分子、電子以及離子等氣態(tài)粒子，氣態(tài)粒子在高真空或者某氣體氣氛下與激光繼續(xù)反應(yīng)，形成等離子體羽暉，蒲公英形狀的羽暉在特定溫度、氣壓等條件下在位于靶材對面的襯底上沉積，形成單晶薄膜。圖2.1為PLD實驗裝置示意圖。圖2.1PLD實驗裝置示意圖PLD技術(shù)的特點：（1）優(yōu)異的成分保持性。在特定的生長條件下，可以制備出與靶材化學(xué)成分相一致的單晶薄膜，甚至是含有易揮發(fā)元素或化學(xué)元素較為復(fù)雜的多元復(fù)合薄膜。（2）沉積參數(shù)和速率易于調(diào)節(jié)，通過精確控制實驗的溫度、氣體流量等條件，可以制備出高質(zhì)量的外延薄膜。（3）較易交替更換靶材。在制備過程中交替更換靶材可以制備多層膜。PLD技術(shù)不足之處在于等離子體羽輝體積較小，制備的薄膜面積校實踐證明，PLD技術(shù)是目前應(yīng)用廣泛的薄膜制備技術(shù)。2.2靶材的制備2.2.1實驗原料及儀器實驗所需原材料，如表2.1所示。
本文編號：3108644
【文章來源】：河北大學(xué)河北省
【文章頁數(shù)】：60 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
Seebeck效應(yīng)示意圖
ragoe教授課題組在2010年發(fā)現(xiàn)鉍銅硒氧（BiCuSeO）具有層狀結(jié)構(gòu)且熱導(dǎo)率極低，具有潛在的熱電性能[20]，該報道很快引起了熱電研究者的關(guān)注。BiCuSeO屬p型半導(dǎo)體，帶隙寬度Eg:～1eV，晶格常數(shù)a=b≈0.393nm,c≈0.893nm具有層狀ZrSiCuAs型四方結(jié)構(gòu)。如圖1.3所示：鉍銅硒氧由導(dǎo)電的（Cu2Se2）2-層和絕緣的(Bi2O2)2+層沿c軸交替堆垛而成，層面與層間具有較大的各向異性。層狀結(jié)構(gòu)致使BiCuSeO呈現(xiàn)小的楊氏模量～76.5GPa、大的格林愛森參數(shù)0～1.5，從而具有極低的熱導(dǎo)率（室溫下約0.6W/mK;873K下約0.46W/mK）[21]。圖1.3BiCuSeO的晶體結(jié)構(gòu)然而BiCuSeO的電學(xué)性能較差。目前對于該材料的研究主要集中在電學(xué)性能的優(yōu)化，尤其是電導(dǎo)率的優(yōu)化。調(diào)控方式包括：1）在Bi位置受主摻雜一價（Na、Ag）或二價（Mg、Ca、Sr、Ba、Pb等）元素，增大空穴載流子濃度從而提升材料電導(dǎo)率[22-27]；2）引入Cu缺陷，促進(jìn)Bi原子與Se原子間的電荷轉(zhuǎn)移，增大空穴載流子濃度[28,29]；3）c軸織構(gòu)化來提高樣品的遷移率[30]。近年來我們課題組利用PLD技術(shù)制備優(yōu)良的沿c軸外延生長的單晶鉍銅硒氧薄膜，測試薄膜電阻率和賽貝克系數(shù)分別為：12.5mΩ·cm和202μV/K；功率因子達(dá)到了0.33mWm-1K-2[31,32]；之后又制備了c軸10°傾斜的BiCuSeO薄膜和摻雜Pb8%的薄膜，在兩種薄膜中都觀察到了LITT電壓信號，并摻雜薄膜中電壓信號有很大提高[33,34]，說明鉍
河北大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文8第2章樣品的制備、表征及LITT效應(yīng)測試2.1脈沖激光沉積技術(shù)脈沖激光沉積(PLD)技術(shù)是一種應(yīng)用廣泛的真空薄膜制備技術(shù)。利用高功率激光束作用靶材表面，靶材因為吸收激光的能量，溫度迅速升高，表面被燒蝕；從靶材表面逸出分子團(tuán)簇、原子、分子、電子以及離子等氣態(tài)粒子，氣態(tài)粒子在高真空或者某氣體氣氛下與激光繼續(xù)反應(yīng)，形成等離子體羽暉，蒲公英形狀的羽暉在特定溫度、氣壓等條件下在位于靶材對面的襯底上沉積，形成單晶薄膜。圖2.1為PLD實驗裝置示意圖。圖2.1PLD實驗裝置示意圖PLD技術(shù)的特點：（1）優(yōu)異的成分保持性。在特定的生長條件下，可以制備出與靶材化學(xué)成分相一致的單晶薄膜，甚至是含有易揮發(fā)元素或化學(xué)元素較為復(fù)雜的多元復(fù)合薄膜。（2）沉積參數(shù)和速率易于調(diào)節(jié)，通過精確控制實驗的溫度、氣體流量等條件，可以制備出高質(zhì)量的外延薄膜。（3）較易交替更換靶材。在制備過程中交替更換靶材可以制備多層膜。PLD技術(shù)不足之處在于等離子體羽輝體積較小，制備的薄膜面積校實踐證明，PLD技術(shù)是目前應(yīng)用廣泛的薄膜制備技術(shù)。2.2靶材的制備2.2.1實驗原料及儀器實驗所需原材料，如表2.1所示。
本文編號：3108644
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