著者らは、本研究を実施するために、マレーシア・ケバンサーン大学の研究助成金(UKM-GGPM-2022-069)からの財政的支援に感謝の意を表します。

1. 基板の準備
<ol><li>糸くずの出ない布でガラス基板を拭いて、緩んだ汚れや破片を取り除きます。ガラス基板を水と石鹸で洗い、ブラシを使用してガラスの汚れをこすります。</li>
	<li>以下にリストされているすべての溶媒をビーカーに調製し、ガラス基板を溶媒に浸し、それに応じて37kHzで超音波処理します。メタノールを80°Cで10分間調製します。アセトン、80°C、10分、エタノール、80°C、20分、80°C、蒸留水(DI) 注意: 揮発性の高い化学物質はドラフト内で取り扱ってください。</li>
	<li>ピンセットでビーカーから基板を1枚ずつ取り出し、清潔な平らな面に置き、ピンセットで基板を押さえ、乾くまで窒素ガスで吹き付けます。</li>
	<li>基板を120°Cのホットプレートに5〜10分間置き、残留物を気化させます。基板をUVオゾンクリーナーに10分間入れます。</li>
</ol>2. スパッタリング法
<ol><li>チャンバーの準備<ol><li>銃からアルミシールドを外し、カバーの中央にターゲット材を置きます。マグネトロンホルダーのカバーをしっかりとねじ込み、アルミシールドを元に戻します。チャンバー、ガン、サンプルホルダーの本体をアルミホイルで覆います。</li>
		<li>チャンバー本体(ショート)の間にマルチメータのプローブを接触させ、次にチャンバー本体とガン(ショート)、最後にチャンバー本体とターゲット(オープン)を接触させて短絡検査を実行します。このテストは、プラズマの形成を妨げる可能性のあるボディ(アノード)とターゲット(カソード)の間に電流漏れがないことを確認するために必要です。</li>
	</ol></li>
	<li>プレスパッタリング<ol><li>ドアを閉め、チャンバーを15〜30分間掃除機で吸い取ります。掃除機をかけるときにドアと本体を一緒に押して、ドアがしっかりと閉まっていることを確認します。圧力計の読み取り値が減少していることを確認してください。</li>
		<li>クーラーシステムのスイッチを入れ、15°Cに設定します。 ポンプと冷凍ボタンをONにし、スパッタリング装置に接続されているバルブを開きます。 注:RFスパッタリングは、冷却システムなしでは機能しません。プラズマの形成は起こりません。</li>
		<li>アルゴン流量を4sccmに設定し、ガストグルスイッチをONにします。流量が設定値に達するまで待ちます。</li>
		<li>回転を10rpmに設定し、回転トグルスイッチをONにします。 電源 ボタンを押して、自動マッチングネットワークコントローラーと無線周波数電源をオンにします。</li>
		<li>自動マッチングネットワークコントローラーで、 最小/最大 ボタンを押して負荷とチューニングをそれぞれ50Wに設定し、ボタンを 手動 から 自動に押します。</li>
		<li>無線周波数電源装置で、RF 電力を 50 W に設定し、 スタート ボタンを押します。タイマーを15分に設定します。</li>
		<li>RF電源と回転をオフにします。アルゴンフローを0に設定し、トグルスイッチをOFFにします。バキュームのスイッチを切ります。 注意: アルゴンの流れが0.1 sccmに達するまで待ってから、真空をオフにしてください。</li>
		<li>ベントしてチャンバーを開きます。ベントする前に、ターボ分子ポンプ(TMP)がオフになっていることを確認してください。TMPの実行中にベントすると、システムが損傷します。</li>
		<li>チャンバーを開き、基板をセットします。 図1に示すように、回転するサンプルホルダーの外側の角に基板を配置して、堆積を改善します。 注意: チャンバー内を取り扱うときは、物質の小さな粒子を吸い込まないように、マスクと手袋を着用してください。</li>
		<li>図2に示すようにドアを閉め、少なくとも6時間掃除機をかけます。ベース圧力が低いほど、堆積が良くなります。スパッタリングプロセスなどの高真空システムに最適なベース圧力は、1 x 10-5 Torrです。</li>
	</ol></li>
	<li>スパッタリング<ol><li>クーラーシステムのスイッチを入れ、15°Cに設定します。 ポンプと冷凍ボタンをONにし、スパッタリング装置に接続されているバルブを開きます。</li>
		<li>回転を10rpmに設定し、回転トグルスイッチをONにします。アルゴン流量を4sccmに設定し、ガストグルスイッチをONにします。流量が設定値に達するまで待ちます。</li>
		<li>電源ボタンを押して、自動マッチングネットワークコントローラーと無線周波数電源をオンにします。</li>
		<li>自動マッチングネットワークコントローラーで、 最小/最大 ボタンを押して負荷とチューニングをそれぞれ50Wに設定し、ボタンを 手動 から 自動に押します。</li>
		<li>無線周波数電源装置で、RF 電力を 50 W に設定し、 スタート ボタンを押します。 注意: アルゴンフローが設定値に達し、安定するまで待ってから、RF電源をオンにしてください。</li>
		<li>チャンバー内にプラズマが存在するかどうかを確認します。プラズマの形成は、チャンバー内の紫色の光で示されます。RF電源をオンにしてもプラズマが存在しない場合は、アルゴンのスイッチを10秒間オフにしてから、再度オンにします。 チャンバー内にプラズマが形成されるまで繰り返します。</li>
		<li>5 W に達するまで、10 秒間隔で 5 W の RF 電力を徐々に増やし、タイマーを 60 分に設定します。</li>
	</ol></li>
	<li>ポストスパッタリング<ol><li>RF電源と回転をオフにします。自動マッチングネットワークコントローラーと無線周波数電源をオフにします。</li>
		<li>アルゴン流量を0に設定し、ガストグルスイッチをOFFにします。バキュームのスイッチを切ります。 注意: アルゴンの流れが0.1sccmに達するまで待ってから、真空をオフにしてください。</li>
		<li>ベントしてチャンバーを開きます。ベントする前に、TMPがオフになっていることを確認してください。TMPの実行中にベントすると、システムが損傷します。</li>
		<li>ピンセットを使用してすべてのサンプルを取り出し、清潔なペトリ皿に入れます。 注意: チャンバー内を取り扱うときは、物質の小さな粒子を吸い込まないように、マスクと手袋を着用してください。</li>
		<li>チャンバーを清掃し、10〜15分間真空にして、チャンバーを真空状態に保ちます(不純物がありません)。</li>
	</ol></li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66248/66248fig02.jpg"> 図2:実験装置。 本研究で用いたスパッタリング装置の写真。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66248/66248fig02large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。</a>
3. キャラクタライゼーション
<ol><li>電界放出型走査電子顕微鏡(FESEM、動作電圧3.0 kV)を使用してトポグラフィーおよび断面スキャンを行い、スパッタ膜の表面微細構造の詳細と厚さを取得します。</li>
	<li>FESEMに添付したエネルギー分散型X線スペクトル(EDX)のデータを用いて、膜の組成計算を行います。0.57Tの永久磁場におけるホール電圧と、Sb2Te3およびBi2Te3についてそれぞれ0.8mAおよび10mAのプローブ電流を測定して、フィルム35のキャリア濃度および導電率を求める。</li>
	<li>ゼーベック係数の面内測定は、Isotta et al.5 が使用したのと同様の装置を使用して行います。セットアップに約2 cm x 1.25 cmの長方形の形状のサンプルを取り付けます。温度勾配が ≈25 °C の Pt 標準に対して、2 接点構成の絶対ゼーベック係数を測定します。</li>
</ol>

RFスパッタ法によるガラス基板上へのBi2Te3 およびSb2Te3 薄膜の成膜

著者は何も開示していません。

このホワイト ペーパーで紹介する手法は、機器のセットアップと実装に大きな困難はありません。ただし、いくつかの重要なステップを強調する必要があります。プロトコルのステップ2.2.10で述べたように、真空がチャンバー37内の残留酸素を除去するため、汚染の少ない高品質の薄膜を製造するには、最適な真空条件が鍵となる。酸素の存在は、応力亀裂と呼ばれる膜に?...

熱電(TE)材料は、ゼーベック効果1 やペルチェ冷却2による冷蔵によって熱エネルギーを電気に変換する能力について、多くの研究関心を集めています。TE材料の変換効率は、TEレッグのホットエンドとコールドエンドの温度差によって決まります。一般に、温度差が大きいほど、TEの性能指数が高くなり、効率が高くなります3。TE は、プロセス中に気体や液体を含む追加の機械部品を必要とせず、廃棄物や汚染を発生させないため、環境に安全で、グリーン エネルギー ハーベスティング システムと見なされています。
テルル化ビスマス、Bi2Te3、およびその合金は、TE材料の最も重要なクラスです。廃熱の回収などの熱電発電においても、Bi2Te3合金は、200°C4までの優れた効率のために最も一般的に使用されており、さまざまなTE材料のzT値が2を超えるにもかかわらず、周囲温度で優れたTE材料であり続けています5。いくつかの発表された論文は、この材料のTE特性を研究しており、化学量論Bi2Te3が負のゼーベック係数6,7,8を持ち、n型特性を示していることを示しています。しかし、この化合物は、テルル化アンチモン(Sb2Te3)およびセレン化ビスマス(Bi2Se3)とそれぞれ合金化することにより、p型およびn型に調整することができ、バンドギャップを増加させ、バイポーラ効果を低減することができる9。
テルル化アンチモン、Sb2Te3 は、低温で高い性能指数を持つ別の定評のある TE 材料です。化学量論 Bi2Te3 は n 型特性を持つ優れた TE ですが、Sb2Te3 は p 型特性を持っています。場合によっては、TE材料の特性は、n型TeリッチBi2Te3など、材料の原子組成に依存することが多いが、BiTeアンチサイトアクセプターの欠陥4によるp型BiリッチBi2Te3。但し、Sb2Te3は、TeリッチなSb2Te34においても、SbTeアンチサイト欠陥の形成エネルギーが比較的低いため、常にp型である。 したがって、これら2つの材料は、さまざまな用途の熱電発電機のpnモジュールを製造するのに適した候補になります。
現在の従来のTEGは、n型とp型の半導体をダイシングインゴットで直列10個に垂直に接続したものです。それらは、効率が低く、かさばり、硬い性質のため、ニッチな分野でのみ使用されてきました。時が経つにつれて、研究者はより良い性能とアプリケーションのために薄膜構造を探求し始めました。薄膜TEは、熱伝導率が低く11,12、材料量が少なく、集積回路との集積が容易であるため、zTが高いなど、かさばるTEよりも優れていることが報告されています12。その結果、薄膜熱電デバイスに関する TE のニッチな研究が増加し、ナノ材料構造の利点の恩恵を受けています13,14。
薄膜の微細加工は、高性能なTE材料を実現するために重要です。この目的のために、化学気相成長15、原子層堆積16,17、パルスレーザー堆積18,19,20、スクリーン印刷8,21、分子線エピタキシー22など、さまざまな堆積法が研究開発されています。しかし、これらの技術の大部分は、高い運用コスト、複雑な成長プロセス、または複雑な材料調製に悩まされています。それどころか、マグネトロンスパッタリングは、より密度が高く、粒径が小さく、密着性が高く、均一性が高い高品質の薄膜を製造するための費用対効果の高いアプローチです23,24,25。
マグネトロンスパッタリングは、プラズマベースの物理蒸着(PVD)プロセスの1つであり、さまざまな産業用途で広く使用されています。スパッタリングは、ターゲット(陰極)に十分な電圧を印加すると、グロー放電プラズマからのイオンがターゲットに衝突し、二次電子だけでなく、陰極材料の原子も放出され、最終的に基板の表面に衝突して薄膜として凝縮します。スパッタリングプロセスは1930年代に初めて商業化され、1960年代に改良され、直流(DC)およびRFスパッタリングを使用して幅広い材料を堆積させる能力により、大きな関心を集めました26,27。マグネトロンスパッタリングは、磁場を利用することで、低い成膜速度と高い基板加熱衝撃を克服します。強力な磁石は、プラズマ中の電子をターゲットの表面またはその近くに閉じ込め、形成された薄膜の損傷を防ぎます。この構成は、堆積薄膜28の化学量論および厚さ均一性を保持する。
マグネトロンスパッタリング法を用いたBi2Te3およびSb2Te3熱電薄膜の作製も広く研究されており、ドーピング4,29,30やアニーリング31などの技術が手順に組み込まれており、異なる性能と品質をもたらしています。Zhengらの研究32は、熱誘起拡散法を用いて、別々にスパッタリングされたAgドープBi層とTe層を拡散させた。この方法により、薄膜の組成を精密に制御でき、熱誘導によるTeの拡散によりTeが揮発するのを防ぎます。薄膜の特性は、スパッタリング前のプレコーティングプロセス33によっても強化することができ、その結果、高いキャリア移動度による電気伝導率が向上し、その結果、力率が向上する。それ以外にも、Chenらによる研究では、セレン化後拡散反応法でSeをドープすることにより、スパッタBi2Te3の熱電性能が向上しました。その過程で、Seは気化してBi-Te薄膜に拡散し、Bi-Te-Se膜を形成し、その結果、ドープされていないBi2 Te3よりも8倍高い力率が得られます。
本稿では、ガラス基板上にBi2Te3およびSb2Te3薄膜を堆積させるRFマグネトロンスパッタリング技術の実験セットアップと手順について説明します。スパッタリングは、図1の模式図に示すようにトップダウン構成で行い、カソードは基板法線に対して斜めに実装され、基板に対してより濃縮・収束したプラズマを導いた。フィルムは、FESEM、EDX、ホール効果、ゼーベック係数測定を使用して体系的に特性評価され、表面の形態、厚さ、組成、および熱電特性が研究されました。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66248/66248fig01.jpg"> 図1:トップダウン構成スパッタリングの概略図。 この図は、スパッタリングするガラス基板を上から見た配置など、本研究で利用可能な実際のスパッタリング構成に合わせて設計されましたが、縮尺ではありません。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66248/66248fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。</a>

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Chemiz (M) Sdn. Bhd.</td>
			<td>1910151</td>
			<td>Liquid, Flammable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antimony Telluride, Sb2Te3</td>
			<td>China Rare Metal Material Co.,Ltd</td>
			<td>C120222-0304</td>
			<td>Diameter 50.8 mm, Thickness 6.35 mm, 99.999% purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bismuth Telluride, Bi2Te3</td>
			<td>China Rare Metal Material Co.,Ltd</td>
			<td>CB151208-0501</td>
			<td>Diameter 50.8 mm, Thickness 4.25 mm, 99.999% purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Chemiz (M) Sdn. Bhd.</td>
			<td>2007081</td>
			<td>Liquid, Flammable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Field Emission Scanning Electron Microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>MERLIN</td>
			<td>Equipped with EDX</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hall effect measurement system</td>
			<td>Aseptec Sdn. Bhd.</td>
			<td>HMS ECOPIA 3000</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Handheld digital multimeter</td>
			<td>Prokits Industries Sdn. Bhd.</td>
			<td>303-150NCS</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HMS-3000</td>
			<td>Aseptec Sdn Bhd.</td>
			<td>HMS ECOPIA 3000</td>
			<td>Hall effect measurement software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linseis_TA</td>
			<td>Linseis Messger&#228;te GmbH</td>
			<td>LSR-3</td>
			<td>Linseis thermal analysis software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Chemiz (M) Sdn. Bhd.</td>
			<td>2104071</td>
			<td>Liquid, Flammable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RF-DC magnetron sputtering</td>
			<td>Kurt J. Lesker Company</td>
			<td>-</td>
			<td>Customized hybrid system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Seebeck coefficient measurement system</td>
			<td>Linseis Messger&#228;te GmbH</td>
			<td>LSR-3</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SmartTiff</td>
			<td>Carl Zeiss Microscopy Ltd</td>
			<td>-</td>
			<td>SEM image thickness measurement software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic bath</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>FB15055</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV ozone cleaner</td>
			<td>Ossila Ltd</td>
			<td>L2002A3-UK</td>
			<td>-</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of bi2te3 and sb2te3 thermoelectric thin films using radio frequency magnetron sputtering technique

熱電(TE)材料に関するさまざまな研究を通じて、薄膜構造は、曲面基板やフレキシブル基板への適応性など、従来のバルクTEよりも優れた利点を提供します。いくつかの異なる薄膜堆積法が検討されてきましたが、マグネトロンスパッタリングは、その高い成膜効率と拡張性のために依然として有利です。そこで、本研究では、テルル化ビスマス(Bi2 Te3)とテルル化アンチモン(Sb2Te3)の薄膜を高周波(RF)マグネトロンスパッタリング法で作製することを目的とする。薄膜は、常温でソーダライムガラス基板上に堆積しました。基板を最初に水と石鹸で洗浄し、メタノール、アセトン、エタノール、脱イオン水で10分間超音波洗浄し、窒素ガスとホットプレートで乾燥させ、最後にUVオゾンで10分間処理して残留物を除去してからコーティングプロセスを行いました。Bi2Te3とSb2Te3のアルゴンガスによるスパッタリングターゲットを用い、ターゲット表面を洗浄するためにプレスパッタリングを行った。次に、いくつかのクリーンな基板をスパッタリングチャンバーにロードし、圧力が2 x 10-5 Torrに達するまでチャンバーを真空にしました。薄膜を、Bi2Te3およびSb2Te3について、それぞれ75Wおよび30Wの4sccmのアルゴンフローおよびRF電力で60分間堆積した。この方法により、非常に均一なn型Bi2Te3およびp型Sb2Te3薄膜が得られました。

Thermoelectric (TE) materials have been attracting a considerable amount of research interest regarding their ability to convert thermal energy into electricity via the Seebeck effect1 and refrigeration via Peltier cooling2. The conversion efficiency of TE material is determined by the temperature difference between the hot end of the TE leg and the cold end. Generally, the higher the temperature difference, the higher the TE figure of merit and the higher its efficiency3. TE works with no requirement for additional mechanical parts involving gas or liquid in its process, producing no waste or pollution, making it environmentally safe and considered a green energy harvesting system.
Bismuth telluride, Bi2Te3, and its alloys remain the most important class of TE material. Even in thermoelectric power generation, such as the recovery of waste heat, Bi2Te3 alloys are most commonly used due to their superior efficiency up to 200 &#176;C4 and remain an excellent TE material at ambient temperature despite the zT value of more than 2 in various TE materials5. Several published papers have studied the TE properties of this material, which shows that the stoichiometric Bi2Te3 has a negative Seebeck coefficient6,7,8, indicating n-type properties. However, this compound can be adjusted to p- and n-type by alloying with antimony telluride (Sb2Te3) and bismuth selenide (Bi2Se3), respectively, which can increase their bandgap and reduce bipolar effects9.
Antimony telluride, Sb2Te3 is another well-established TE material with high figure of merit at low temperature. While stoichiometric Bi2Te3 is a great TE with n-type properties, Sb2Te3 has p-type properties. In some cases, the properties of TE materials often depend on the atomic composition of the material such as the n-type Te-rich Bi2Te3, but a p-type Bi-rich Bi2Te3 due to BiTe antisite acceptor defects4. However, Sb2Te3 is always p-type due to comparatively low formation energy of SbTe antisite defects, even in Te-rich Sb2Te34. Thus, these two materials become suitable candidates to fabricate p-n module of thermoelectric generator for various applications.
The current conventional TEGs are made of diced ingots of n-type and p-type semiconductors connected vertically in series10. They have only been used in niche fields due to their low efficiency and bulky, rigid nature. Over time, researchers have started to explore thin film structures for better performance and application. It is reported that thin film TE have advantages over their bulky counterpart such as higher zT due to their low thermal conductivity11,12, less amount of material and easier integration with integrated circuit12. As a result, niche TE research on thin film thermoelectric devices has been on the rise benefitting from the advantages of nanomaterial structure13,14.
Microfabrication of thin film is important to attain high performance TE materials. Various deposition approaches have been researched and developed including chemical vapor deposition15, atomic layer deposition16,17, pulsed laser deposition18,19,20, screen printing8,21, and molecular beam epitaxy22 to serve this purpose. However, the majority of these techniques suffer from high operation cost, complex growth process or complicated material preparation. On the contrary, magnetron sputtering is a cost-effective approach for producing high-quality thin films that are denser, exhibit smaller grain size, have better adhesion, and high uniformity23,24,25.
Magnetron sputtering is one of the plasma-based physical vapor deposition (PVD) processes which is widely used in various industrial applications. Sputtering process works when sufficient voltage is applied to a target (cathode), ions from the glow discharge plasma bombards the target and release not only secondary electrons, but also atoms of the cathode materials which eventually impact the surface of the substrate and condense as a thin film. Sputtering process was first commercialized in 1930s and improved in 1960s, gaining significant interest due to its ability to deposit wide range of materials using direct current (DC) and RF sputtering26,27. The magnetron sputtering overcomes low deposition rate and high substrate heating impact by utilizing magnetic field. The strong magnet confines the electrons in the plasma at or near the surface of the target and prevent damage to the formed thin film. This configuration preserves the stoichiometry and thickness uniformity of the deposited thin film28.
The preparation of Bi2Te3 and Sb2Te3 thermoelectric thin films using magnetron sputtering method has also been extensively studied, incorporating technique such as doping4,29,30 and annealing31 in the procedures, leading to different performance and quality. Study by Zheng et al.32 uses thermally induced diffusion method to diffuse Ag-doped Bi and Te layer which were sputtered separately. This method enables precise control on the composition of the thin films and the diffusion of Te by thermal induction protects the Te from being volatilized. The properties of the thin films can also be enhanced by pre-coating process33 before sputtering which results in better electrical conductivity due to high carrier mobility, consequently enhancing the power factor. Other than that, study by Chen et al.34 improved the thermoelectric performance of sputtered Bi2Te3 by doping Se via post-selenization diffusion reaction method. During the process, Se vaporizes and diffuses into the Bi-Te thin films to form Bi-Te-Se films, which results in 8-fold higher power factor than undoped Bi2Te3.
This paper describes our experimental setup and procedure for the RF magnetron sputtering technique to deposit Bi2Te3 and Sb2Te3 thin films on glass substrates. Sputtering was performed in a top-down configuration as shown in the schematic diagram in Figure 1, cathode was mounted at an angle to the substrate normal, leading to a more concentrated and convergent plasma to the substrate. The films were systematically characterized using FESEM, EDX, Hall effect and Seebeck coefficient measurement to study their surface morphology, thickness, composition, and thermoelectric properties.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66248/66248fig01.jpg" /> 
Figure 1: A schematic of the top-down configuration sputter. The diagram was designed according, but not to scale, to the actual sputtering configuration available for this study including the arrangement of glass substrates to be sputtered viewed from the top. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66248/66248fig01large.jpg" target="_blank">Please click here to view a larger version of this figure.</a>

著者スポットライト:無線周波数マグネトロンスパッタリングによる高性能熱電薄膜の進歩

高周波マグネトロンスパッタリング法を用いたBi2Te3およびSb2Te3熱電薄膜の作製

Our research focuses on fabricating high-quality thin films for thermoelectric generators to recover waste heat and turn it into electricity. Various thin film deposition technique have been researched and developed, including radio frequency magnetron sputtering that is able to produce high-density, robust thin films with better adhesion and high uniformity. This method does not require melting and evaporation of the target materials, enabling most of materials to be deposited regardless of their melting temperature, making it superior than other physical vapor deposition technologies.

図3Aおよび図3Bにそれぞれ示されているように、堆積したままのBi2Te3およびSb2Te3薄膜の断面顕微鏡写真をFESEMを用いて記録した。フィルム全体の表面は均一で滑らかに見えます。Bi2Te3薄膜の結晶粒は六角形で、Bi2Te3の結晶構造に適合し、Sb2Te3薄膜の結晶粒は、Amirghasemi...

この論文では、ガラス基板上のBi2Te3 およびSb2Te3 熱電薄膜の高周波マグネトロンスパッタリングのプロトコルが記載されており、これは信頼性の高い堆積法であり、さらなる開発の可能性を秘めた幅広いアプリケーションを提供します。

Through various studies on thermoelectric (TE) materials, thin film configuration gives superior advantages over conventional bulk TEs, including ...

熱電発電装置で廃熱を回収し、電気に変える高品質な薄膜を作製する研究を行っています。高密度で堅牢な薄膜を作製し、密着性が高く均一性が高い高周波マグネトロンスパッタリングなど、さまざまな薄膜堆積技術が研究開発されています。この方法は、ターゲット材料の溶融と蒸発を必要としないため、溶融温度に関係なくほとんどの材料を蒸着できるため、他の物理蒸着技術よりも優れています。

fabrication-bi2te3-sb2te3-thermoelectric-thin-films-using-radio

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Bi2Te3 and Sb2Te3 Thermoelectric Thin Films using Radio Frequency Magnetron Sputtering Technique

1.8K ビュー.  Universiti Kebangsaan Malaysia. 熱電発電装置で廃熱を回収し、電気に変える高品質な薄膜を作製する研究を行っています。高密度で堅牢な薄膜を作製し、密着性が高く均一性が高い高周波マグネトロンスパッタリングなど、さまざまな薄膜堆積技術が研究開発されています。この方法は、ターゲット材料の溶融と蒸発を必要としないため、溶融温度に関係なくほとんどの材料を蒸着できるため、他の?...

ビデオ: 著者スポットライト:無線周波数マグネトロンスパッタリングによる高性能熱電薄膜の進歩

Through various studies on thermoelectric (TE) materials, thin film configuration gives superior advantages over conventional bulk TEs, including adaptability to curved and flexible substrates. Several different thin film deposition methods have been explored, yet magnetron sputtering is still favorable due to its high deposition efficiency and scalability. Therefore, this study aims to fabricate a bismuth telluride (Bi2Te3) and antimony telluride (Sb2Te3) thin film via the radio frequency (RF) magnetron sputtering method. The thin films were deposited on soda lime glass substrates at ambient temperature. The substrates were first washed using water and soap, ultrasonically cleaned with methanol, acetone, ethanol, and deionized water for 10 min, dried with nitrogen gas and hot plate, and finally treated under UV ozone for 10 min to remove residues before the coating process. A sputter target of Bi2Te3 and Sb2Te3 with Argon gas was used, and pre-sputtering was done to clean the target&#39;s surface. Then, a few clean substrates were loaded into the sputtering chamber, and the chamber was vacuumed until the pressure reached 2 x 10-5 Torr. The thin films were deposited for 60 min with Argon flow of 4 sccm and RF power at 75 W and 30 W for Bi2Te3 and Sb2Te3, respectively. This method resulted in highly uniform n-type Bi2Te3 and p-type Sb2Te3 thin films.

The manuscript describes a protocol for radio frequency magnetron sputtering of Bi2Te3 and Sb2Te3 thermoelectric thin films on glass substrates, which represents a reliable deposition method that provides a wide range of applications with the potential for further development.