钡掺杂铋铜硒氧薄膜的光诱导横向热电效应及其调控研究
发布时间：2021-03-30 02:07
光诱导横向热电（LITT）效应是一种特殊的光热电现象,在新型非制冷宽波段光探测器领域具有重要应用前景。LITT效应源于材料Seebeck系数各向异性,通常只能在具有倾斜结构的薄膜等样品中观测的到,其输出开路电压大小和样品吸收光辐射后在上下表面产生的温差△Tz及样品Seebeck系数各向异性值△S成正比。本论文以新型层状硫属化合物热电材料BiCuSeO为研究对象,利用脉冲激光沉积（Pulsed Laser Deposition简称PLD）技术在单晶衬底上制备了c轴倾斜生长的薄膜样品,研究了钡元素掺杂、碳基光吸收层,金属纳米颗粒涂覆及复合对薄膜LITT效应的影响规律与机制,其目标是通过调控BiCuSeO薄膜的热电输运参量及增大薄膜表面对入射光的吸收来优化薄膜光-热-电转换效率,获得高的输出开路电压幅值,为研制基于热效应设计的新一代高灵敏宽波段光探测器提供指导。论文主要研究内容和结论:1、制备了Bi1-xBaxCuSeO（x=0、0.03、0.06、0.09）薄膜,研究了钡掺杂对薄膜LITT效应的影响规律和机制。随着钡掺杂量的...
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Seebeck效应示意图
ragoe教授课题组在2010年发现铋铜硒氧（BiCuSeO）具有层状结构且热导率极低，具有潜在的热电性能[20]，该报道很快引起了热电研究者的关注。BiCuSeO属p型半导体，带隙宽度Eg:～1eV，晶格常数a=b≈0.393nm,c≈0.893nm具有层状ZrSiCuAs型四方结构。如图1.3所示：铋铜硒氧由导电的（Cu2Se2）2-层和绝缘的(Bi2O2)2+层沿c轴交替堆垛而成，层面与层间具有较大的各向异性。层状结构致使BiCuSeO呈现小的杨氏模量～76.5GPa、大的格林爱森参数0～1.5，从而具有极低的热导率（室温下约0.6W/mK;873K下约0.46W/mK）[21]。图1.3BiCuSeO的晶体结构然而BiCuSeO的电学性能较差。目前对于该材料的研究主要集中在电学性能的优化，尤其是电导率的优化。调控方式包括：1）在Bi位置受主掺杂一价（Na、Ag）或二价（Mg、Ca、Sr、Ba、Pb等）元素，增大空穴载流子浓度从而提升材料电导率[22-27]；2）引入Cu缺陷，促进Bi原子与Se原子间的电荷转移，增大空穴载流子浓度[28,29]；3）c轴织构化来提高样品的迁移率[30]。近年来我们课题组利用PLD技术制备优良的沿c轴外延生长的单晶铋铜硒氧薄膜，测试薄膜电阻率和赛贝克系数分别为：12.5mΩ·cm和202μV/K；功率因子达到了0.33mWm-1K-2[31,32]；之后又制备了c轴10°倾斜的BiCuSeO薄膜和掺杂Pb8%的薄膜，在两种薄膜中都观察到了LITT电压信号，并掺杂薄膜中电压信号有很大提高[33,34]，说明铋
河北大学理学硕士学位论文8第2章样品的制备、表征及LITT效应测试2.1脉冲激光沉积技术脉冲激光沉积(PLD)技术是一种应用广泛的真空薄膜制备技术。利用高功率激光束作用靶材表面，靶材因为吸收激光的能量，温度迅速升高，表面被烧蚀；从靶材表面逸出分子团簇、原子、分子、电子以及离子等气态粒子，气态粒子在高真空或者某气体气氛下与激光继续反应，形成等离子体羽晖，蒲公英形状的羽晖在特定温度、气压等条件下在位于靶材对面的衬底上沉积，形成单晶薄膜。图2.1为PLD实验装置示意图。图2.1PLD实验装置示意图PLD技术的特点：（1）优异的成分保持性。在特定的生长条件下，可以制备出与靶材化学成分相一致的单晶薄膜，甚至是含有易挥发元素或化学元素较为复杂的多元复合薄膜。（2）沉积参数和速率易于调节，通过精确控制实验的温度、气体流量等条件，可以制备出高质量的外延薄膜。（3）较易交替更换靶材。在制备过程中交替更换靶材可以制备多层膜。PLD技术不足之处在于等离子体羽辉体积较小，制备的薄膜面积校实践证明，PLD技术是目前应用广泛的薄膜制备技术。2.2靶材的制备2.2.1实验原料及仪器实验所需原材料，如表2.1所示。
本文编号：3108644
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Seebeck效应示意图
ragoe教授课题组在2010年发现铋铜硒氧（BiCuSeO）具有层状结构且热导率极低，具有潜在的热电性能[20]，该报道很快引起了热电研究者的关注。BiCuSeO属p型半导体，带隙宽度Eg:～1eV，晶格常数a=b≈0.393nm,c≈0.893nm具有层状ZrSiCuAs型四方结构。如图1.3所示：铋铜硒氧由导电的（Cu2Se2）2-层和绝缘的(Bi2O2)2+层沿c轴交替堆垛而成，层面与层间具有较大的各向异性。层状结构致使BiCuSeO呈现小的杨氏模量～76.5GPa、大的格林爱森参数0～1.5，从而具有极低的热导率（室温下约0.6W/mK;873K下约0.46W/mK）[21]。图1.3BiCuSeO的晶体结构然而BiCuSeO的电学性能较差。目前对于该材料的研究主要集中在电学性能的优化，尤其是电导率的优化。调控方式包括：1）在Bi位置受主掺杂一价（Na、Ag）或二价（Mg、Ca、Sr、Ba、Pb等）元素，增大空穴载流子浓度从而提升材料电导率[22-27]；2）引入Cu缺陷，促进Bi原子与Se原子间的电荷转移，增大空穴载流子浓度[28,29]；3）c轴织构化来提高样品的迁移率[30]。近年来我们课题组利用PLD技术制备优良的沿c轴外延生长的单晶铋铜硒氧薄膜，测试薄膜电阻率和赛贝克系数分别为：12.5mΩ·cm和202μV/K；功率因子达到了0.33mWm-1K-2[31,32]；之后又制备了c轴10°倾斜的BiCuSeO薄膜和掺杂Pb8%的薄膜，在两种薄膜中都观察到了LITT电压信号，并掺杂薄膜中电压信号有很大提高[33,34]，说明铋
河北大学理学硕士学位论文8第2章样品的制备、表征及LITT效应测试2.1脉冲激光沉积技术脉冲激光沉积(PLD)技术是一种应用广泛的真空薄膜制备技术。利用高功率激光束作用靶材表面，靶材因为吸收激光的能量，温度迅速升高，表面被烧蚀；从靶材表面逸出分子团簇、原子、分子、电子以及离子等气态粒子，气态粒子在高真空或者某气体气氛下与激光继续反应，形成等离子体羽晖，蒲公英形状的羽晖在特定温度、气压等条件下在位于靶材对面的衬底上沉积，形成单晶薄膜。图2.1为PLD实验装置示意图。图2.1PLD实验装置示意图PLD技术的特点：（1）优异的成分保持性。在特定的生长条件下，可以制备出与靶材化学成分相一致的单晶薄膜，甚至是含有易挥发元素或化学元素较为复杂的多元复合薄膜。（2）沉积参数和速率易于调节，通过精确控制实验的温度、气体流量等条件，可以制备出高质量的外延薄膜。（3）较易交替更换靶材。在制备过程中交替更换靶材可以制备多层膜。PLD技术不足之处在于等离子体羽辉体积较小，制备的薄膜面积校实践证明，PLD技术是目前应用广泛的薄膜制备技术。2.2靶材的制备2.2.1实验原料及仪器实验所需原材料，如表2.1所示。
本文编号：3108644
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/3108644.html
