本文選題：碲化鉍 + 柔性薄膜　； 參考：《中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所》2017年博士論文

【摘要】：碲化鉍(Bi2Te3)是一種典型的層狀半導(dǎo)體材料,在上個世紀(jì)六十年代碲化鉍基合金材料被發(fā)現(xiàn)具有優(yōu)良的熱電性質(zhì)以后,有關(guān)碲化鉍的熱電性質(zhì)的研究和應(yīng)用就一直受到人們的廣泛關(guān)注。最近,對三維拓?fù)浣^緣體的研究逐漸興起,而碲化鉍在2009年則被理論預(yù)言為三維強(qiáng)拓?fù)浣^緣體材料并在同年被相關(guān)實(shí)驗(yàn)所證實(shí),此后碲化鉍又再次成為了研究的熱點(diǎn)材料。同時,由于具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)以及可以在室溫下工作的熱電轉(zhuǎn)換性能,碲化鉍在近些年發(fā)展起來的可穿戴柔性電子器件的研究領(lǐng)域也開始受到關(guān)注并展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。在本論文中,主要討論了如何利用改進(jìn)的熱壁外延技術(shù)在柔性PI塑料襯底上生長可彎曲的碲化鉍薄膜,以及利用該柔性碲化鉍薄膜制作柔性可彎曲電子器件,并對其進(jìn)行相關(guān)熱電和光電性質(zhì)研究的實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,最后對獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析和討論。論文中的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:首先,我們利用改進(jìn)的熱壁外延技術(shù)在柔性的PI塑料襯底上生長出了高質(zhì)量的碲化鉍多晶薄膜。熱壁外延技術(shù)是一種簡單、經(jīng)濟(jì)的薄膜氣相生長工藝,雖然其生長的薄膜質(zhì)量可能達(dá)不到分子束外延設(shè)備所生長的薄膜質(zhì)量,但通過改進(jìn)其生長工藝依然能夠獲得較高質(zhì)量的多晶薄膜。在實(shí)驗(yàn)過程中,我們利用X射線衍射儀和掃描電子顯微鏡對通過熱壁外延技術(shù)在PI上生長的碲化鉍薄膜的晶體質(zhì)量進(jìn)行表征,并以此為依據(jù)改進(jìn)生長條件,最終獲得了晶體質(zhì)量高于文獻(xiàn)中曾報(bào)道過的相同技術(shù)下生長的碲化鉍薄膜。在生長出高質(zhì)量柔性碲化鉍薄膜的基礎(chǔ)上,我們利用薄膜制作了簡單的柔性電子器件,并測量了其在不同彎曲程度下的光電導(dǎo)響應(yīng)。結(jié)合SEM的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該柔性器件即使在彎曲程度很大的情況下依然可以保持穩(wěn)定的光電導(dǎo)響應(yīng),說明我們利用熱壁外延技術(shù)生長的碲化鉍薄膜完全可以應(yīng)用在柔性電子器件的制備中。然后,我們使用該柔性電子器件研究了可彎曲碲化鉍薄膜的熱電性質(zhì)。我們自主搭建了柔性薄膜的溫差電測量裝置,并測量了正反溫度梯度方向下可彎曲碲化鉍薄膜的塞貝克系數(shù),結(jié)果發(fā)現(xiàn)在受襯底不均勻應(yīng)力的作用下,c-軸取向的碲化鉍多晶薄膜在x-y平面內(nèi)的塞貝克系數(shù)表現(xiàn)出與溫度梯度方向相關(guān)的單向性,這與以往文獻(xiàn)中有關(guān)碲化鉍的塞貝克系數(shù)與溫度梯度方向無關(guān)的報(bào)道結(jié)果不同。通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和分析,我們認(rèn)為導(dǎo)致該柔性碲化鉍薄膜中出現(xiàn)反常塞貝克效應(yīng)的原因是由于水平面內(nèi)的應(yīng)力梯度在薄膜中引起了撓曲電效應(yīng)。在得出該結(jié)論后,我們詳細(xì)分析了撓曲電電場和溫差電動勢共同作用下薄膜兩端開路電壓的變化過程。最后,通過自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟,我們觀察到了柔性碲化鉍薄膜中由撓曲電電場所引起的體光伏效應(yīng)。由于碲化鉍屬于優(yōu)良的熱電材料,極小的溫度梯度就會產(chǎn)生較大的溫差電動勢。為了排除溫差電壓的影響,我們通過水平轉(zhuǎn)動薄膜兩電極方向改變了薄膜中撓曲電電場的方向,同時保持其溫差電壓的方向不變,這樣通過對比實(shí)驗(yàn)就成功的分辨出了撓曲電電場所產(chǎn)生的光電壓和溫度梯度所產(chǎn)生的溫差電壓對測量結(jié)果的影響。通過上述實(shí)驗(yàn),我們證明了PI襯底上的柔性碲化鉍薄膜存在由撓曲電電場產(chǎn)生的體光伏效應(yīng),且進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明該光電壓的大小和方向受薄膜彎曲程度和方向的影響。
[Abstract]:In this paper , the crystal quality of bismuth telluride thin films grown by thermal wall epitaxy is studied .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O484

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本文編號：1782210