BiCuSeO薄膜光诱导横向热电效应研究

发布时间：2017-03-20 20:04

  本文关键词：BiCuSeO薄膜光诱导横向热电效应研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光诱导横向热电效应(LITT效应)是由于材料塞贝克系数各向异性产生的一种特殊热电效应,通常只能在c轴倾斜生长的薄膜或多层结构中观测得到。该效应在高灵敏、快响应的新型光探测器领域具有重要应用前景。铋铜硒氧(BiCuSeO)是一种新型硫属氧化物热电材料,目前国际上对其研究主要集中在常规热电效应上,鲜有LITT效应的研究报道。本论文以BiCuSeO为研究对象,利用脉冲激光沉积技术(PLD)制备了c轴倾斜生长的BiCuSeO薄膜,研究了辐照激光波长、能量、入射方向以及铅掺杂和测试气氛等对该薄膜LITT效应影响规律和机制。主要实验结论如下:1、用脉冲激光、连续激光或纯热源(如电烙铁)对BiCuSeO薄膜表面进行辐照加热时,均可以在平行于膜面方向观测到明显的开路电压信号且a)电压幅值随辐照激光波长的增加而减小;b)电压幅值随辐照激光能量的增加线性增大;c)若薄膜厚度大于光穿透深度,当激光从基片背面辐照时,电压信号极性发生反转。分析认为该信号源于薄膜上下表面温差ΔTz所产生的热电压信号,即横向热电效应。2、研究了铅掺杂对Bi_(1-x)Pb_xCuSeO(0≤x≤0.12)薄膜LITT效应的影响,并得到了最佳掺杂条件x=0.08,制备得到高灵敏、快响应的光电探测器。实验发现,当用紫外脉冲激光(308 nm)辐照薄膜表面时,随着铅掺杂量的增加,薄膜LITT效应输出电压信号幅值先增大后减小,在x=0.08时达到最大值。一方面,随着铅掺杂量的增加,薄膜的电导率提高,使得薄膜上下表面温差ΔTz增大;另一方面,铅掺杂使晶粒的取向性变差,导致薄膜ab平面和c轴方向Seebeck系数的差值ΔS减小。二者共同的作用使得Bi_(1-x)Pb_xCuSeO(0≤x≤0.12)薄膜LITT效应输出电压信号幅值出现先增大后减小的趋势。3、研究了在不同温度及气氛下Bi_(0.92)Pb_(0.08)CuSeO薄膜光电探测器的应用情况。实验发现,当用可见连续激光(532 nm)辐照薄膜表面时,随着温度的降低,薄膜LITT效应输出电压信号幅值因ΔS减小而减小;在真空条件下,LITT信号幅值比空气气氛条件下增大,这是由于真空条件下热弛豫缓慢导致ΔTz较大所致。
【关键词】：光诱导横向热电效应 c轴倾斜的 BiCuSeO 薄膜 掺杂 脉冲激光沉积
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2;TN15
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 LITT效应简史10-11
• 1.2 LITT效应理论基础11-13
• 1.2.1 Seebeck效应12
• 1.2.2 热传导理论12-13
• 1.3 BiCuSeO热电材料简介13-14
• 1.4 本工作的研究意义及主要内容14-16
• 第2章 样品的制备与表征16-22
• 2.1 脉冲激光沉积技术16
• 2.2 样品表征方法16-18
• 2.2.1 薄膜结构特性分析方法(X射线衍射)16-17
• 2.2.2 薄膜表面形貌分析17-18
• 2.2.3 薄膜微结构分析18
• 2.3 薄膜光吸收谱测试18
• 2.4 LITT效应测试方法18-19
• 2.5 热电性能测试方法19-22
• 2.5.1 电阻率及Seebeck系数测试方法19-20
• 2.5.2 霍尔系数测试方法20-22
• 第3章 BiCuSeO薄膜的LITT效应研究22-32
• 3.1 引言22
• 3.2 BiCuSeO单晶薄膜制备与表征22-25
• 3.2.1 薄膜样品的制备22-23
• 3.2.2 薄膜样品的表征23-25
• 3.3 沉积温度对BiCuSeO薄膜LITT特性影响研究25-26
• 3.4 BiCuSeO薄膜的LITT效应测试26-31
• 3.4.1 脉冲光源26-30
• 3.4.2 连续光源30-31
• 3.4.3 连续热源31
• 3.5 小结31-32
• 第4章 Pb掺杂对BiCuSeO薄膜的LITT效应影响研究32-42
• 4.1 引言32
• 4.2 Bi_(1-x)Pb_xCuSeO薄膜的制备与表征32-34
• 4.2.1 Bi_(1-x)Pb_xCuSeO薄膜的制备32
• 4.2.2 Bi_(1-x)Pb_xCuSeO薄膜的表征32-34
• 4.2.3 Bi_(1-x)Pb_xCuSeO薄膜热电性能的测试34
• 4.3 Bi_(1-x)Pb_xCuSeO薄膜的LITT性能测试34-39
• 4.3.1 脉冲光源35-38
• 4.3.2 连续热源38-39
• 4.4 小结39-42
• 第5章 测试气氛及温度对LITT效应影响研究42-46
• 5.1 测试气氛对LITT效应的影响研究42-44
• 5.1.1 脉冲光源42-43
• 5.1.2 连续光源43-44
• 5.2 测试温度对LITT效应的影响44-45
• 5.3 小结45-46
• 结束语46-47
• 参考文献47-52
• 致谢52-54
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文和专利54

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本文编号：258353