Os autores gostariam de agradecer o apoio financeiro da Universiti Kebangsaan Malaysia research grant: UKM-GGPM-2022-069 para a realização desta pesquisa.

1. Preparação do substrato
<ol><li>Limpe os substratos de vidro com pano sem fiapos para remover sujeira solta ou detritos. Lave substratos de vidro com água e sabão, use escova para esfregar qualquer sujeira no vidro.</li>
	<li>Prepare todos os solventes listados abaixo em béqueres, submerja os substratos de vidro no solvente e sonice de acordo a 37 kHz. Preparar metanol a 80 °C durante 10 min; acetona a 80 °C por 10 min, etanol a 80 °C por 10 min, água destilada (DI) a 80 °C por 20 min. CUIDADO: Manuseie produtos químicos altamente voláteis em uma capela de fumaça.</li>
	<li>Retire os substratos do copo um a um usando um tweezer, coloque em uma superfície plana limpa, segure o substrato com uma pinça e sopre com gás nitrogênio até secar.</li>
	<li>Coloque substratos em uma placa quente a 120 °C por 5-10 min para vaporizar qualquer resíduo. Coloque substratos em limpador de ozônio UV por 10 min.</li>
</ol>2. Método de sputtering
<ol><li>Preparação da câmara<ol><li>Retire o escudo de alumínio da arma e coloque o material alvo no centro da tampa. Rosqueie firmemente a tampa no suporte do magnetron e coloque de volta o escudo de alumínio. Cubra o corpo da câmara, as pistolas e o porta-amostras com papel alumínio.</li>
		<li>Execute a inspeção de curto-circuito tocando as sondas de um multímetro entre os corpos da câmara (curto), seguido pelo corpo da câmara e a pistola (curto) e, finalmente, o corpo da câmara e o alvo (aberto). Este teste é necessário para garantir que não há vazamento de corrente entre o corpo (ânodo) e o alvo (cátodo), o que pode dificultar a formação de plasma.</li>
	</ol></li>
	<li>Pré-sputtering<ol><li>Feche a porta e aspirar a câmara por 15 - 30 min. Pressione a porta e o corpo juntos no início da aspiração para garantir que a porta esteja bem fechada. Certifique-se de que a leitura do manômetro está diminuindo.</li>
		<li>Ligue o sistema do resfriador e ajuste para 15 °C. Ligue a bomba e o botão de refrigeração e abra a válvula conectada ao instrumento de sputtering. NOTA: O sputtering de RF não funciona sem um sistema de refrigeração. A formação de plasma não acontecerá.</li>
		<li>Ajuste o fluxo de argônio para 4 sccm e ligue o botão de alternância de gás. Aguarde até que o fluxo atinja o valor definido.</li>
		<li>Defina a rotação para 10 rpm e ligue o botão de alternância de rotação. Pressione o botão liga/desliga para ligar o controlador de rede de correspondência automática e a fonte de alimentação de radiofrequência.</li>
		<li>No controlador de rede de correspondência automática, defina a carga e sintonize para 50 W cada pressionando o botão Min/Max e pressione o botão de Manual para Auto.</li>
		<li>Na fonte de alimentação de radiofrequência, defina a potência de RF para 50 W e pressione o botão Iniciar . Ajuste o temporizador para 15 min.</li>
		<li>Desligue a potência e a rotação do RF. Defina o fluxo de argônio como 0 e desligue o botão de alternância. Desligue o vácuo. NOTA: Aguarde até que o fluxo de argônio atinja 0,1 sccm antes de desligar o vácuo.</li>
		<li>Desabafo para abrir a câmara. Certifique-se de que a bomba turbomolecular (TMP) está DESLIGADA antes de ventilar. A ventilação enquanto o TMP estiver em execução danificará o sistema.</li>
		<li>Abra a câmara e carregue substratos. Coloque os substratos no canto externo do porta-amostras rotativo para melhor deposição, conforme mostrado na Figura 1. CUIDADO: Use máscara e luva ao manusear o interior da câmara para evitar a inalação de pequenas partículas de materiais.</li>
		<li>Feche a porta como mostrado na Figura 2 e vácuo por pelo menos 6 h. Menor pressão de base proporciona melhor deposição. A pressão base ideal para um sistema de alto vácuo, como o processo de sputtering, é de 1 x 10-5 Torr.</li>
	</ol></li>
	<li>Sputtering<ol><li>Ligue o sistema do resfriador e ajuste para 15 °C. Ligue a bomba e o botão de refrigeração e abra a válvula conectada ao instrumento de sputtering.</li>
		<li>Defina a rotação para 10 rpm e ligue o botão de alternância de rotação. Ajuste o fluxo de argônio para 4 sccm e ligue o botão de alternância de gás. Aguarde até que o fluxo atinja o valor definido.</li>
		<li>Pressione o botão liga/desliga para ligar o controlador de rede de correspondência automática e a fonte de alimentação de radiofrequência.</li>
		<li>No controlador de rede de correspondência automática, defina a carga e sintonize para 50 W cada pressionando o botão Min/Max e pressione o botão de Manual para Auto.</li>
		<li>Na fonte de alimentação de radiofrequência, defina a potência de RF para 50 W e pressione o botão Iniciar . NOTA: Aguarde até que o fluxo de argônio atinja o valor definido e se torne estável antes de ligar a alimentação de RF.</li>
		<li>Verifique a presença de plasma na câmara. A formação de plasma é indicada por uma luz roxa brilhante na câmara. Se o plasma não estiver presente quando a alimentação de RF estiver ligada, desligue o argônio por 10 s e ligue-o novamente. Repita até formar plasma na câmara.</li>
		<li>Aumente gradualmente a potência de RF com 5 W por intervalo de 10 s até atingir 75 W. Ajuste o temporizador para 60 min.</li>
	</ol></li>
	<li>Pós-sputtering<ol><li>Desligue a potência e a rotação do RF. Desligue o controlador de rede de correspondência automática e a fonte de alimentação de radiofrequência.</li>
		<li>Defina o fluxo de argônio para 0 e desligue o botão de alternância de gás. Desligue o vácuo. NOTA: Aguarde até que o fluxo de argônio atinja 0,1 sccm antes de desligar o vácuo.</li>
		<li>Desabafo para abrir a câmara. Certifique-se de que o TMP está DESLIGADO antes de ventilar. A ventilação enquanto o TMP estiver em execução danificará o sistema.</li>
		<li>Retire todas as amostras usando uma pinça e coloque em uma placa de Petri limpa. CUIDADO: Use máscara e luva ao manusear o interior da câmara para evitar a inalação de pequenas partículas de materiais.</li>
		<li>Limpe a câmara e o vácuo por 10 - 15 min para manter a câmara sob condição de vácuo (livre de impurezas).</li>
	</ol></li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66248/66248fig02.jpg"> Figura 2: Montagem experimental. Fotografia da máquina de sputtering utilizada neste estudo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66248/66248fig02large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
3. Caracterização
<ol><li>Realizar varredura topográfica e transversal utilizando Microscópio Eletrônico de Varredura por Emissão de Campo (FESEM, sob tensão de operação de 3,0 kV) para obter os detalhes microestruturais superficiais e a espessura dos filmes sputtered.</li>
	<li>Realizar cálculo na composição dos filmes utilizando dados dos espectros de energia dispersiva de raios X (EDX), acoplados ao FESEM. Meça a tensão Hall em um campo magnético permanente de 0,57 T e correntes de sonda de 0,8 mA e 10 mA para Sb2Te3 e Bi2Te3, respectivamente, para obter a concentração portadora e a condutividade dos filmes35.</li>
	<li>Realizar a mensuração no plano do coeficiente de Seebeck utilizando instrumento semelhante utilizado por Isotta et al.5. Monte amostras com uma geometria retangular de aproximadamente 2 cm x 1,25 cm no setup. Medir o coeficiente de Seebeck absoluto em configuração de 2 contatos contra um padrão Pt, com um gradiente de temperatura de ≈25 °C.</li>
</ol>

Deposição de filmes finos Bi2Te3 e Sb2Te3 em substratos de vidro via pulverização catódica por RF

Os autores não têm nada a revelar.

A técnica apresentada neste trabalho não apresenta dificuldades significativas na montagem e implementação do equipamento. No entanto, vários passos críticos precisam ser destacados. Como mencionado na etapa 2.2.10 do protocolo, a condição ideal de vácuo é fundamental para produzir filmes finos de alta qualidade com menos contaminação, pois o vácuo remove o oxigênio residual na câmara37. A presença de oxigênio pode causar fissuras nos filmes denominadas stress cracking, indicando ...

Materiais termoelétricos (TE) têm atraído uma quantidade considerável de interesse de pesquisa a respeito de sua capacidade de converter energia térmica em eletricidade via efeito Seebeck1 e refrigeração via resfriamento Peltier2. A eficiência de conversão do material TE é determinada pela diferença de temperatura entre a extremidade quente da perna TE e a extremidade fria. Geralmente, quanto maior a diferença de temperatura, maior a figura de mérito do TE e maior sua eficiência3. A TE trabalha sem a necessidade de peças mecânicas adicionais que envolvam gás ou líquido em seu processo, não produzindo resíduos ou poluição, tornando-a ambientalmente segura e considerada um sistema de colheita de energia verde.
Telureto de bismuto, Bi2Te3, e suas ligas continuam sendo a classe mais importante de material TE. Mesmo na geração de energia termoelétrica, como na recuperação de calor residual, as ligas Bi2Te3 são mais comumente utilizadas devido à sua eficiência superior até 200 °C4 e permanecem como um excelente material TE à temperatura ambiente, apesar do valor zT de mais de 2 em vários materiais TE5. Vários trabalhos publicados estudaram as propriedades TE desse material, o que mostra que o estequiométrico Bi2Te3 apresenta coeficiente de Seebeck negativo 6,7,8, indicando propriedades do tipo n. No entanto, esse composto pode ser ajustado para os tipos p e n por meio da ligação com telureto de antimônio (Sb2Te3) e seleneto de bismuto (Bi2Se3), respectivamente, o que pode aumentar seu bandgap e reduzir os efeitos bipolares9.
Telureto de antimônio, Sb2Te3 é outro material TE bem estabelecido com alta figura de mérito em baixa temperatura. Enquanto a estequiométrica Bi2Te3 é uma ótima TE com propriedades de n tipos, a Sb2Te3 tem propriedades do tipo p. Em alguns casos, as propriedades dos materiais TE geralmente dependem da composição atômica do material, como o Bi2Te3 rico em Te do tipo n, mas um Bi2Te3 rico em T do tipo p devido a defeitos do aceitador antissítio BiTe 4. No entanto, Sb2Te3 é sempre do tipo p devido à energia de formação comparativamente baixa de defeitos antissítio SbTe, mesmo em Sb2Te34 ricos em Te. Assim, estes dois materiais tornam-se candidatos adequados para fabricar módulo p-n de gerador termoelétrico para diversas aplicações.
Os TEGs convencionais atuais são feitos de lingotes cortados de semicondutores do tipo n e do tipo p conectados verticalmente na série10. Eles só têm sido usados em campos de nicho devido à sua baixa eficiência e natureza volumosa e rígida. Com o tempo, os pesquisadores começaram a explorar estruturas de filmes finos para melhor desempenho e aplicação. É relatado que o filme fino TE apresenta vantagens sobre seu equivalente volumoso, como maior zT devido à sua baixa condutividadetérmica11,12, menor quantidade de material e maior facilidade de integração com circuitointegrado12. Como resultado, pesquisas de TE de nicho em dispositivos termoelétricos de filmes finos têm crescido, beneficiando-se das vantagens da estrutura de nanomateriais13,14.
A microfabricação de filmes finos é importante para a obtenção de materiais TE de alto desempenho. Várias abordagens de deposição têm sido pesquisadas e desenvolvidas, incluindo deposição química de vapor15, deposição de camada atômica16,17, deposição pulsada a laser 18,19,20, serigrafia 8,21 e epitaxia por feixe molecular22 para servir a este propósito. No entanto, a maioria dessas técnicas sofre com alto custo de operação, processo de crescimento complexo ou preparação complicada do material. Ao contrário, o magnetron sputtering é uma abordagem custo-efetiva para a produção de filmes finos de alta qualidade, mais densos, com menor granulometria, melhor adesão e alta uniformidade 23,24,25.
Magnetron sputtering é um dos processos de deposição física de vapor (PVD) baseados em plasma que é amplamente utilizado em várias aplicações industriais. O processo de sputtering funciona quando tensão suficiente é aplicada a um alvo (cátodo), íons do plasma de descarga de brilho bombardeiam o alvo e liberam não apenas elétrons secundários, mas também átomos dos materiais catódicos que eventualmente impactam a superfície do substrato e se condensam como um filme fino. O processo de sputtering foi comercializado pela primeira vez na década de 1930 e aprimorado na década de 1960, ganhando interesse significativo devido à sua capacidade de depositar uma ampla gama de materiais usando corrente contínua (DC) e sputtering de RF26,27. O magnetron sputtering supera a baixa taxa de deposição e o alto impacto de aquecimento do substrato utilizando campo magnético. O ímã forte confina os elétrons no plasma na superfície do alvo ou perto dela e evita danos ao filme fino formado. Essa configuração preserva a estequiometria e a uniformidade de espessura do filme fino depositado28.
A preparação de filmes finos termoelétricos Bi2Te3 e Sb2Te3 utilizando o método magnetron sputtering também foi extensivamente estudada, incorporando técnicas como dopagem 4,29,30 e recozimento 31 nos procedimentos, levando a diferentes desempenhos e qualidades. O estudo de Zheng et al.32 utiliza o método de difusão termicamente induzida para difundir as camadas Bi e Te dopadas com Ag, que foram pulverizadas separadamente. Este método permite o controle preciso da composição dos filmes finos e a difusão do Te por indução térmica protege o Te de ser volatilizado. As propriedades dos filmes finos também podem ser melhoradas pelo processo de pré-revestimento33 antes do sputtering, o que resulta em melhor condutividade elétrica devido à alta mobilidade do portador, consequentemente aumentando o fator de potência. Fora isso, o estudo de Chen et al.34 melhorou o desempenho termoelétrico do Sputtered Bi2Te3 por dopagem do Se via método de reação de difusão pós-selenização. Durante o processo, o Se vaporiza e se difunde nos filmes finos de Bi-Te para formar filmes de Bi-Te-Se, o que resulta em um fator de potência 8 vezes maior do que o Bi2Te3 sem saída.
Este trabalho descreve nosso arranjo experimental e procedimento para a técnica de sputtering de magnetron de RF para depósito de filmes finos Bi2Te3 e Sb2Te3 sobre substratos de vidro. O sputtering foi realizado em uma configuração top-down como mostrado no diagrama esquemático da Figura 1, o cátodo foi montado em um ângulo em relação ao substrato normal, levando a um plasma mais concentrado e convergente para o substrato. Os filmes foram sistematicamente caracterizados usando FESEM, EDX, efeito Hall e medição do coeficiente de Seebeck para estudar sua morfologia superficial, espessura, composição e propriedades termoelétricas.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66248/66248fig01.jpg"> Figura 1: Um esquema do sputter de configuração de cima para baixo. O diagrama foi desenhado de acordo, mas não em escala, com a configuração real de sputtering disponível para este estudo, incluindo a disposição dos substratos de vidro a serem espalhados vistos de cima. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66248/66248fig01large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</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

Através de vários estudos sobre materiais termoelétricos (TE), a configuração de filmes finos oferece vantagens superiores em relação aos granéis convencionais, incluindo adaptabilidade a substratos curvos e flexíveis. Vários métodos diferentes de deposição de filmes finos têm sido explorados, mas o magnetron sputtering ainda é favorável devido à sua alta eficiência de deposição e escalabilidade. Portanto, este estudo tem como objetivo fabricar um filme fino de telureto de bismuto (Bi2Te3) e telureto de antimônio (Sb2Te3) através do método de sputtering de magnetron de radiofrequência (RF). Os filmes finos foram depositados sobre substratos de vidro de cal sodada à temperatura ambiente. Os substratos foram primeiramente lavados com água e sabão, limpos ultrassonicamente com metanol, acetona, etanol e água deionizada por 10 min, secos com gás nitrogênio e placa quente e, finalmente, tratados sob ozônio UV por 10 min para remoção de resíduos antes do processo de recobrimento. Um alvo de pulverização de Bi2Te3 e Sb2Te3 com gás argônio foi usado, e pré-sputtering foi feito para limpar a superfície do alvo. Em seguida, alguns substratos limpos foram carregados na câmara de sputtering, e a câmara foi aspirada até que a pressão atingisse 2 x 10-5 Torr. Os filmes finos foram depositados por 60 min com fluxo de argônio de 4 sccm e potência de RF a 75 W e 30 W para Bi2Te3 e Sb2Te3, respectivamente. Este método resultou em filmes finos altamente uniformes do tipo n Bi2Te3 e do tipo p Sb2Te3 .

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>

Autor em destaque: Avanços em filmes finos termoelétricos de alto desempenho por meio de pulverização catódica de magnetron de radiofrequência

Fabricação de Filmes Finos Termoelétricos Bi2Te3 e Sb2Te3 utilizando a Técnica de Sputtering por Magnetron de Radiofrequência

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.

Micrografias transversais de filmes finos Bi2Te3 e Sb2Te3 depositados foram registradas usando MESEM como mostrado na Figura 3A e Figura 3B, respectivamente. A superfície do filme geral parece uniforme e lisa. É evidente que os grãos cristalinos do filme fino de Bi2Te3 eram hexagonais, conformando a estrutura cristalina de Bi2Te3, enquanto os grãos cristalinos do filme fi...

O manuscrito descreve um protocolo para sputtering de magnetron de radiofrequência de filmes finos termoelétricos Bi2Te3 e Sb2Te3 sobre substratos de vidro, que representa um método de deposição confiável que fornece uma ampla gama de aplicações com potencial para desenvolvimento posterior.

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

Nossa pesquisa se concentra na fabricação de filmes finos de alta qualidade para geradores termoelétricos para recuperar calor residual e transformá-lo em eletricidade. Várias técnicas de deposição de filmes finos foram pesquisadas e desenvolvidas, incluindo o magnetron sputtering de radiofrequência que é capaz de produzir filmes finos robustos e de alta densidade com melhor adesão e alta uniformidade. Este método não requer fusão e evaporação dos materiais alvo, permitindo que a maioria dos materiais seja depositada independentemente de sua temperatura de fusão, tornando-o superior a outras tecnologias de deposição física de vapor.

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 visualizações.  Universiti Kebangsaan Malaysia. Nossa pesquisa se concentra na fabricação de filmes finos de alta qualidade para geradores termoelétricos para recuperar calor residual e transformá-lo em eletricidade. Várias técnicas de deposição de filmes finos foram pesquisadas e desenvolvidas, incluindo o magnetron sputtering de radiofrequência que é capaz de produzir filmes finos robustos e de alta densidade com melhor adesão e alta uniformidade. Este método não requer fusão e evaporação dos materiais alvo, permitindo qu...

Vídeo: Autor em destaque: Avanços em filmes finos termoelétricos de alto desempenho por meio de pulverização catódica de magnetron de radiofrequência

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.

Engenharia

Radio Frequency Magnetron Sputtering of Bi2Te3 and Sb2Te3 Thermoelectric Thin Films on Glass Substrates

Sputtering de magnetron de radiofrequência de filmes finos termoelétricos Bi2Te3 e Sb2Te3 em substratos de vidro