تصنيع الأغشية الرقيقة الكهروحرارية Bi2Te3 و Sb2Te3 باستخدام تقنية الاخرق المغنطرون بتردد الراديو

Summary

تصف المخطوطة بروتوكولا لرش المغنطرون بالترددات الراديوية للأغشية الرقيقة الكهروحرارية Bi₂Te₃ و Sb₂Te₃ على ركائز زجاجية ، والتي تمثل طريقة ترسيب موثوقة توفر مجموعة واسعة من التطبيقات مع إمكانية لمزيد من التطوير.

Abstract

من خلال الدراسات المختلفة على المواد الكهروحرارية (TE) ، يوفر تكوين الأغشية الرقيقة مزايا فائقة على TEs السائبة التقليدية ، بما في ذلك القدرة على التكيف مع الركائز المنحنية والمرنة. تم استكشاف العديد من طرق ترسيب الأغشية الرقيقة المختلفة ، ومع ذلك لا يزال رش المغنطرون مواتيا نظرا لكفاءة الترسيب العالية وقابلية التوسع. لذلك ، تهدف هذه الدراسة إلى تصنيع طبقة رقيقة من تيلوريد البزموت (Bi₂Te₃) وتيلوريد الأنتيمون (Sb₂Te₃) عبر طريقة رش المغنطرون بالتردد اللاسلكي (RF). تم ترسيب الأغشية الرقيقة على ركائز زجاج الجير الصودا في درجة الحرارة المحيطة. تم غسل الركائز أولا باستخدام الماء والصابون ، وتنظيفها بالموجات فوق الصوتية بالميثانول والأسيتون والإيثانول والماء منزوع الأيونات لمدة 10 دقائق ، وتجفيفها بغاز النيتروجين والصفيحة الساخنة ، وأخيرا معالجتها تحت الأوزون فوق البنفسجي لمدة 10 دقائق لإزالة المخلفات قبل عملية الطلاء. تم استخدام هدف رش Bi₂Te₃ و Sb₂Te₃ مع غاز الأرجون ، وتم إجراء الاخرق المسبق لتنظيف سطح الهدف. بعد ذلك ، تم تحميل عدد قليل من الركائز النظيفة في غرفة الاخرق ، وتم تفريغ الغرفة حتى وصل الضغط إلى 2 × ^10-5 Torr. تم ترسيب الأغشية الرقيقة لمدة 60 دقيقة مع تدفق الأرجون من 4 sccm وطاقة التردد اللاسلكي عند 75 W و 30 W ل Bi₂Te₃ و Sb₂Te₃ ، على التوالي. نتج عن هذه الطريقة أغشية رقيقة من النوع n من النوع Bi₂Te₃ و p-type Sb₂Te₃ .

Introduction

تجذب المواد الكهروحرارية (TE) قدرا كبيرا من الاهتمام البحثي فيما يتعلق بقدرتها على تحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء عبر تأثير Seebeck¹ والتبريد عبر تبريد بلتيير². يتم تحديد كفاءة تحويل مادة TE من خلال فرق درجة الحرارة بين الطرف الساخن لساق TE والطرف البارد. بشكل عام ، كلما زاد الفرق في درجة الحرارة ، ارتفع رقم الجدارة TE وزادت كفاءته³. تعمل الشركة المصرية للاتصالات دون الحاجة إلى أجزاء ميكانيكية إضافية تحتوي على الغاز أو السائل في عملياتها، ولا تنتج أي نفايات أو تلوث، مما يجعلها آمنة بيئيا وتعتبر نظاما لحصاد الطاقة الخضراء.

يظل تيلورايد البزموت ، B....

Protocol

1. إعداد الركيزة

1. امسح الركائز الزجاجية بقطعة قماش خالية من النسالة لإزالة الأوساخ أو الحطام السائب. اغسل ركائز الزجاج بالماء والصابون ، واستخدم الفرشاة لتنظيف أي أوساخ على الزجاج.
2. تحضير جميع المذيبات المذكورة أدناه في أكواب ، وغمر الركائز الزجاجية في المذيب وصوتنة وفقا لذلك عند 37 كيلو هرتز. تحضير الميثانول عند 80 درجة مئوية لمدة 10 دقائق ؛ الأسيتون عند 80 درجة مئوية لمدة 10 دقائق ، والإيثانول عند 80 درجة مئوية لمدة 10 دقائق ، والماء المقطر (DI) عند 80 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة.
   تنبيه: تعامل مع المواد الكيميائية شديدة التقلب في غطاء الدخان.
3. أخرج الركائز من الدورق واحدة تلو الأخرى باستخدام ملقط ، وضعها على سطح مستو نظيف ....

النتائج

تم تسجيل الصور المجهرية المقطعية للأغشية الرقيقة Bi₂Te₃ و Sb₂Te₃ باستخدام FESEM كما هو موضح في الشكل 3A والشكل 3B ، على التوالي. يبدو سطح الفيلم الكلي موحدا وسلسا. من الواضح أن الحبيبات البلورية للأغشية الرقيقة Bi₂Te₃ كانت سداسية الشك.......

Discussion

لا تمثل التقنية المقدمة في هذه الورقة صعوبة كبيرة في إعداد المعدات والتنفيذ. ومع ذلك، لا بد من تسليط الضوء على عدة خطوات حاسمة. كما هو مذكور في الخطوة 2.2.10 من البروتوكول ، فإن حالة الفراغ المثلى هي المفتاح لإنتاج أغشية رقيقة عالية الجودة مع تلوث أقل حيث يزيل الفراغ الأكسجين المتبقي في الغرف?.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acetone	Chemiz (M) Sdn. Bhd.	1910151	Liquid, Flammable
Antimony Telluride, Sb2Te3	China Rare Metal Material Co.,Ltd	C120222-0304	Diameter 50.8 mm, Thickness 6.35 mm, 99.999% purity
Bismuth Telluride, Bi2Te3	China Rare Metal Material Co.,Ltd	CB151208-0501	Diameter 50.8 mm, Thickness 4.25 mm, 99.999% purity
Ethanol	Chemiz (M) Sdn. Bhd.	2007081	Liquid, Flammable
Field Emission Scanning Electron Microscope	Zeiss	MERLIN	Equipped with EDX
Hall effect measurement system	Aseptec Sdn. Bhd.	HMS ECOPIA 3000	-
Handheld digital multimeter	Prokits Industries Sdn. Bhd.	303-150NCS	-
HMS-3000	Aseptec Sdn Bhd.	HMS ECOPIA 3000	Hall effect measurement software
Linseis_TA	Linseis Messgeräte GmbH	LSR-3	Linseis thermal analysis software
Methanol	Chemiz (M) Sdn. Bhd.	2104071	Liquid, Flammable
RF-DC magnetron sputtering	Kurt J. Lesker Company	-	Customized hybrid system
Seebeck coefficient measurement system	Linseis Messgeräte GmbH	LSR-3	-
SmartTiff	Carl Zeiss Microscopy Ltd	-	SEM image thickness measurement software
Ultrasonic bath	Fisherbrand	FB15055	-
UV ozone cleaner	Ossila Ltd	L2002A3-UK	-