溅射法生长SnSe薄膜及其热电性能研究

发布时间：2021-12-18 05:36

　　热电材料是一种可以将热能与电能相互转化的功能材料,在废热发电和制冷等方面有着广泛的应用前景。2014年,硒化锡（SnSe）作为一种新兴的热电材料,其特殊的层状结构以及晶格非简谐效应使其具有低的热导率和高的热电优值（ZT）,引起人们的广泛关注。目前,在单晶和多晶SnSe块体材料中,通过对其层状结构调控实现了热电性能的显著提高。但同时发现SnSe块体材料的层状结构调控受到制备工艺复杂、材料机械性能差等诸多方面的限制,热电性能很难进一步提升。而薄膜材料由于在层状结构调控方面具有更强的操控性和更显著的量子尺度效应,在SnSe热电性能提高方面具有重要的研究价值。本文采用磁控溅射法生长SnSe热电薄膜,研究了衬底温度、成分调控和缓冲层对SnSe薄膜结构和热电性能的影响。主要内容及结论如下:1、研究了衬底温度对SnSe薄膜结构和热电性能的影响:发现在玻璃衬底上直接生长的SnSe薄膜具有SnSe单相结构且沿（111）晶向择优生长。随着衬底温度的升高,薄膜晶体质量改善,Se/Sn化学计量比降低,热电性能提高。在高温生长（T_S=285℃）的SnSe薄膜中最大功率因子（PF）达1.4μ... 

【文章来源】：浙江师范大学浙江省

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

(a)塞贝克效应;(b)帕尔贴效应示意图

第一章 绪论降低散射过程两方面来考虑。ebeck 系数值的表达式： = T，可以看出，改善 Seebeck 系数比性能更有效。目前主要是通过能带工程来调节材料的能带beck 系数。主要有以下几种方法：振能级(Resonant levels)材料中，杂质能级的引入使费米能级(EF) 附近的电子巨大变化，从而使得材料的 Seebeck 系数(S)增大。

从而提高 Seebeck 系数。如在直接带隙的 PbTe 材料中，它是由轻空穴带和重空穴带组成的双价带(如图1.4 所示)，随着温度的升高，重空穴带的能量几乎保持恒定，而轻空穴带向重空穴带移动，使材料的能带收敛，提高了简并度，态密度有效质量增加，从而提高材料的 Seebeck 系数，使得 PbTe 材料的 ZT 值提高到了 1.6~1.8[15]。图 1.4 （a）PbTe 第一布里渊区能谷分布；（b）双价带模型示意图[16]（3）、能带结构对齐(Band alignment)能带对齐是引入与基体价带或导带能量相近的第二相材料，以降低两相材料的带阶，实现能带结构对齐，保证载流子的自由传输，进而减少第二相在两相界面处发生散射，同时让声子保持散射作用，从而获得大的 Seebeck 系数，进而提升热电性能。如在 PbS 基体中引入 CdS 相，PbS 和 CdS 的能带相近，它确保了载流子的自由通过，并且在较高温度下具有高的载流子迁移率。同时材料中的CdS 纳米结构使得声子的散射增强，从而降低了晶格热导率，最终使得材料的 ZT值提高到了 1.3[17]。（4）、能量过滤效应(Energy filtering effect)在材料中引入特定尺寸的纳米结构粒子或异质结

【参考文献】：
硕士论文
[1]磁控溅射制备Bi2Te3及Zr-Ni-Sn薄膜热电性能研究[D]. 周阳.清华大学 2014
[2]快速凝固β-FeSi2基热电材料的研究[D]. 芦玉峰.浙江大学 2003



本文编号：3541737