Bi-Sb-Te基热电薄膜温差电池离子束溅射制备与表征

范平; 蔡兆坤; 郑壮豪; 张东平; 蔡兴民; 陈天宝

doi:10.7498/aps.60.098402

摘要

本文采用离子束溅射Bi/Te和Sb/Te二元复合靶,直接制备n型Bi2Te3热电薄膜和p型Sb2Te3热电薄膜.在退火时间同为1 h的条件下,对所制备的Bi2Te3薄膜和Sb2Te3薄膜进行不同温度的退火处理,并对其热电性能进行表征.结果表明,在退火温度为150 ℃时,制备的n型Bi2Te3

关键词:

In this paper, N-type Bi2Te3 and p-type Sb2Te3 thermoelectric thin films are deposited by ion beam sputtering with Bi/Te and Sb/Te binary compound target. Sb2Te3 thin films and Bi2Te3 thin films are annealed at different annealing temperatures for 1 h and their thermoelectric properties are characterized. When the annealing temperature is 150 ℃, both the Seebeck coefficient and power factor of the Bi2Te3 thin films have maximal values of -148 μVK-1 and 0.893×10-3 Wm-1K-2 respectively. Sb2Te3 thermoelectric thin film has a seebeck coefficient of 117 μVK-1 and a maximal power factor of 0.797×10-3 Wm-1K-2 when the annealing temperature is 200 ℃. Therefore, Sb2Te3 thin films at the annealing temperature of 200 oC and Bi2Te3 thin films at the annealing temperature of 150 ℃ are selected to fabricate the single thin film thermoelectric generation. When the temperature difference between the cold side and the heat side is 50K, the output voltage of the single thin film thermoelectric generation is 15.26 mV and the maximal output power is 0.129 μW.

Keywords:

作者及机构信息

1.
深圳大学物理科学与技术学院,薄膜物理与应用研究所,深圳市传感器技术重点实验室,深圳 518060

基金项目: 深圳市南山区高等院校、科研机构研发项目(批准号: 南科院2009035)和深圳大学应用技术开发项目(批准号: 201059)资助的课题.

Authors and contacts

1.
College of Physical Science and Technology, Institute of Thin Film Physics and Applications, Shenzhen key laboratory of sensor technology, Shenzhen University, Shemzhen 518060, China

参考文献

[1]	Bell L E 2008 Science 321 1457
[2]	DiSalvo F J 1999 Science 285 703
[3]	Wei Wang,Falong Jia,Qinghua Huang,Jianzhong Zhang 2005 Microelectronic Engineering 77 223
[4]	Ichiro Matsubara, Ryoji Funahashi, Tomonari Takeuchi, Satoshi Sodeoka, Tadaaki Shimizu, Kazuo Ueno 2001 American Institute of Physics 78 3627
[5]	Wenjie Xie, Jian He, Hye Jung Kang, Xinfeng Tang, Song Zhu, Mark Laver, Shanyu Wang, John, Paothep Pichanusakorn,Prabhakar Bandaru 2010 Science and Engineering R 67 19
[6]	Copley R D, Brown C M, Zhang Q J, Tritt T M 2010 Nano Lett. 10 3283
[7]	Mu W D, Cheng H F, Tang G P, Wu Z Q 2009 Acta Phys. Sin. 58 1212 (in Chinese) [穆武第、程海峰、唐耿平、吴志桥 2009 物理学报 58 1212]
[8]	Fan P, Zhang D P, Liang G X, Zheng Z H 2009 State Intellectual Property Office of P.R.C CN101483218 (in Chinese) [范平、张东平、梁广兴、郑壮豪 2009 中华人民共和国国家知识产权局 CN101483218]
[9]	Kwon S D, Ju B K,Yoon S J,Kim J S 2009 Journal of Electronic Materials 38 920
[10]	Liao C N, She T H 2007 Thin Solid Films 515 8059
[11]	Jiang M B, Wu Z X, Zhou M, Huang R J, Li L F 2010 Acta Phys. Sin. 59 7314 (in Chinese) [蒋明波、吴智雄、周敏、黄荣进、李来风 2010 物理学报 59 7314]
[12]	Zheng Z H, Fan P, Liang G X, Zhang D P, Cai X M, Chen T B 2010 Journal of Physics and Chemistry of Solid 71 1713
[13]	Helin Zou, Rowe D M, Gao Min 2001 Journal of Crystal Growth 222 82
[14]	Fan P, Zheng Z H, Liang G X, Cai X M, Zhang D P 2010 Chin. Phys. Lett. 27 087201
[15]	Fan P, Zheng Z H, Liang G X, Zhang D P, Cai X M 2010 Journal of Alloys and Compounds 505 278
[16]	Gao X H,Yang Q Y,Zhu W,Bao S Q,Pan X A,Duan X K 2006 Science in China Series E 1273 (in Chinese) [郜鲜辉、杨君友、朱文、侯杰、鲍思前、樊希安、段兴凯 2006 中国科学E 36 1273]
[17]	Fan P, Zheng Z H, Liang G X, Zhang D P, Cai X M 2010 Acta Phys. Sin. 59 1243 (in Chinese) [范平、郑壮豪、梁广兴、张东平、蔡兴民 2010物理学报 59 1243]
[18]	Takashiri M, Shirakawa T, Miyazaki K, Tsukamoto T 2007 Sensors and Actuators A 138 329

施引文献

[1]	Bell L E 2008 Science 321 1457
[2]	DiSalvo F J 1999 Science 285 703
[3]	Wei Wang,Falong Jia,Qinghua Huang,Jianzhong Zhang 2005 Microelectronic Engineering 77 223
[4]	Ichiro Matsubara, Ryoji Funahashi, Tomonari Takeuchi, Satoshi Sodeoka, Tadaaki Shimizu, Kazuo Ueno 2001 American Institute of Physics 78 3627
[5]	Wenjie Xie, Jian He, Hye Jung Kang, Xinfeng Tang, Song Zhu, Mark Laver, Shanyu Wang, John, Paothep Pichanusakorn,Prabhakar Bandaru 2010 Science and Engineering R 67 19
[6]	Copley R D, Brown C M, Zhang Q J, Tritt T M 2010 Nano Lett. 10 3283
[7]	Mu W D, Cheng H F, Tang G P, Wu Z Q 2009 Acta Phys. Sin. 58 1212 (in Chinese) [穆武第、程海峰、唐耿平、吴志桥 2009 物理学报 58 1212]
[8]	Fan P, Zhang D P, Liang G X, Zheng Z H 2009 State Intellectual Property Office of P.R.C CN101483218 (in Chinese) [范平、张东平、梁广兴、郑壮豪 2009 中华人民共和国国家知识产权局 CN101483218]
[9]	Kwon S D, Ju B K,Yoon S J,Kim J S 2009 Journal of Electronic Materials 38 920
[10]	Liao C N, She T H 2007 Thin Solid Films 515 8059
[11]	Jiang M B, Wu Z X, Zhou M, Huang R J, Li L F 2010 Acta Phys. Sin. 59 7314 (in Chinese) [蒋明波、吴智雄、周敏、黄荣进、李来风 2010 物理学报 59 7314]
[12]	Zheng Z H, Fan P, Liang G X, Zhang D P, Cai X M, Chen T B 2010 Journal of Physics and Chemistry of Solid 71 1713
[13]	Helin Zou, Rowe D M, Gao Min 2001 Journal of Crystal Growth 222 82
[14]	Fan P, Zheng Z H, Liang G X, Cai X M, Zhang D P 2010 Chin. Phys. Lett. 27 087201
[15]	Fan P, Zheng Z H, Liang G X, Zhang D P, Cai X M 2010 Journal of Alloys and Compounds 505 278
[16]	Gao X H,Yang Q Y,Zhu W,Bao S Q,Pan X A,Duan X K 2006 Science in China Series E 1273 (in Chinese) [郜鲜辉、杨君友、朱文、侯杰、鲍思前、樊希安、段兴凯 2006 中国科学E 36 1273]
[17]	Fan P, Zheng Z H, Liang G X, Zhang D P, Cai X M 2010 Acta Phys. Sin. 59 1243 (in Chinese) [范平、郑壮豪、梁广兴、张东平、蔡兴民 2010物理学报 59 1243]
[18]	Takashiri M, Shirakawa T, Miyazaki K, Tsukamoto T 2007 Sensors and Actuators A 138 329

[1]	柯少秋, 叶先峰, 张昊俊, 聂晓蕾, 陈天天, 刘承姗, 朱婉婷, 魏平, 赵文俞. 正负磁阻共存的Fe/Bi_0.5Sb_1.5Te₃热电磁薄膜. 物理学报, 2024, 73(22): 1-11. doi: 10.7498/aps.73.20240701
[2]	陈赟斐, 魏锋, 王赫, 赵未昀, 邓元. 高性能Bi₂Te_3–xSe_x热电薄膜的可控生长. 物理学报, 2021, 70(20): 207303. doi: 10.7498/aps.70.20211090
[3]	张帆, 许涌, 柳洋, 程厚义, 张晓强, 杜寅昌, 吴晓君, 赵巍胜. 磁控溅射法生长Bi₂Te₃/CoFeB双层异质结太赫兹发射. 物理学报, 2020, 69(20): 200705. doi: 10.7498/aps.69.20200634
[4]	关童, 滕静, 吴克辉, 李永庆. 拓扑绝缘体(Bi0.5Sb0.5)2Te3薄膜中的线性磁阻. 物理学报, 2015, 64(7): 077201. doi: 10.7498/aps.64.077201
[5]	刘华松, 季一勤, 姜玉刚, 王利栓, 冷健, 孙鹏, 庄克文. SiO2薄膜内部短程有序微结构研究. 物理学报, 2013, 62(18): 187801. doi: 10.7498/aps.62.187801
[6]	杨杰, 王茺, 靳映霞, 李亮, 陶东平, 杨宇. 离子束溅射Ge量子点的应变调制生长. 物理学报, 2012, 61(1): 016804. doi: 10.7498/aps.61.016804
[7]	张学贵, 王茺, 鲁植全, 杨杰, 李亮, 杨宇. 离子束溅射自组装Ge/Si量子点生长的演变. 物理学报, 2011, 60(9): 096101. doi: 10.7498/aps.60.096101
[8]	袁文佳, 章岳光, 沈伟东, 马群, 刘旭. 离子束溅射制备Nb2O5光学薄膜的特性研究. 物理学报, 2011, 60(4): 047803. doi: 10.7498/aps.60.047803
[9]	张帆, 朱航天, 骆军, 梁敬魁, 饶光辉, 刘泉林. Sb2Te3 纳米结构的制备与表征. 物理学报, 2010, 59(10): 7232-7238. doi: 10.7498/aps.59.7232
[10]	范平, 郑壮豪, 梁广兴, 张东平, 蔡兴民. Sb2Te3热电薄膜的离子束溅射制备与表征. 物理学报, 2010, 59(2): 1243-1247. doi: 10.7498/aps.59.1243
[11]	陈立宝, 虞红春, 许春梅, 王太宏. 离子束辅助沉积硅薄膜负极材料的研究. 物理学报, 2009, 58(7): 5029-5034. doi: 10.7498/aps.58.5029
[12]	何丽静, 林晓娉, 王铁宝, 刘春阳. 单晶Si表面离子束溅射沉积Co纳米薄膜的研究. 物理学报, 2007, 56(12): 7158-7164. doi: 10.7498/aps.56.7158
[13]	张祖发, 张胤, 冯洁, 蔡燕飞, 林殷茵, 蔡炳初, 汤庭鳌, Bomy Chen. 基于Si掺杂Sb2Te3薄膜的相变存储器研究. 物理学报, 2007, 56(7): 4224-4228. doi: 10.7498/aps.56.4224
[14]	胡建民, 信江波, 吕强, 王月媛, 荣剑英. (Sb2Te3)0.75(1－x)(Bi2Te3)0.25(1－x)(Sb2Se3)x机械合金化粉体的制备及其冷压烧结样品的热电性能研究. 物理学报, 2006, 55(9): 4843-4848. doi: 10.7498/aps.55.4843
[15]	张东平, 齐红基, 邵建达, 范瑞瑛, 范正修. 离子束溅射法薄膜生长中结瘤微缺陷的生长机理. 物理学报, 2005, 54(3): 1385-1389. doi: 10.7498/aps.54.1385
[16]	顾培夫, 陈海星, 郑臻荣, 刘旭. 弱吸收多层薄膜消光系数的反演. 物理学报, 2005, 54(8): 3722-3725. doi: 10.7498/aps.54.3722
[17]	齐红基, 易　葵, 贺洪波, 邵建达. 溅射粒子能量对金属Mo薄膜表面特性的影响. 物理学报, 2004, 53(12): 4398-4404. doi: 10.7498/aps.53.4398
[18]	肖定全, 韦力凡, 李子森, 朱建国, 钱正洪, 彭文斌. 金属氧化物薄膜的多离子束反应共溅射模型(Ⅱ)——数值计算与结果讨论. 物理学报, 1996, 45(2): 345-352. doi: 10.7498/aps.45.345
[19]	肖定全, 韦力凡, 李子森, 朱建国, 钱正洪, 彭文斌. 金属氧化物薄膜的多离子束反应共溅射模型(Ⅰ)——模型建立. 物理学报, 1996, 45(2): 330-338. doi: 10.7498/aps.45.330
[20]	罗赞继, 殷士端, 唐代维, 阮圣央. Bi₂Te₃的杂质微分凝对温差电性质的影响. 物理学报, 1966, 22(5): 515-524. doi: 10.7498/aps.22.515

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