Изготовление термоэлектрических тонких пленок Bi2Te3 и Sb2Te3 с использованием метода радиочастотного магнетронного распыления

Резюме

В статье описан протокол радиочастотного магнетронного распыления термоэлектрических тонких пленок Bi₂Te₃ и Sb₂Te₃ на стеклянных подложках, который представляет собой надежный метод осаждения, обеспечивающий широкий спектр применений с потенциалом для дальнейшего развития.

Аннотация

Благодаря различным исследованиям термоэлектрических (ТЭ) материалов, тонкопленочная конфигурация дает превосходные преимущества по сравнению с обычными объемными ТЭ, включая приспособляемость к изогнутым и гибким подложкам. Было исследовано несколько различных методов осаждения тонких пленок, но магнетронное распыление по-прежнему предпочтительно из-за его высокой эффективности осаждения и масштабируемости. Таким образом, данное исследование направлено на получение тонкой пленки теллурида висмута (Bi₂Te₃) и теллурида сурьмы (Sb₂Te₃) методом радиочастотного (RF) магнетронного распыления. Тонкие пленки наносили на натриево-известковые стеклянные подложки при температуре окружающей среды. Сначала подложки промывали водой с мылом, ультразвуком очищали метанолом, ацетоном, этанолом и деионизированной водой в течение 10 минут, сушили газообразным азотом и горячей плитой и, наконец, обрабатывали ультрафиолетовым озоном в течение 10 минут для удаления остатков перед процессом покрытия. Использовалась мишень для распыления Bi₂Te₃ и Sb₂Te₃ с газообразным аргоном, а предварительное распыление проводилось для очистки поверхности мишени. Затем несколько чистых субстратов загружались в камеру распыления, и камера вакуумировалась до тех пор, пока давление не достигало 2 x ^10-5 торр. Тонкие пленки осаждали в течение 60 мин при потоке аргона 4 sccm и радиочастотной мощности 75 Вт и 30 Вт для Bi₂Te₃ и Sb₂Te₃ соответственно. Этот метод позволил получить высокооднородные тонкие пленки N-типа Bi₂Te₃ и p-типа Sb₂Te₃ .

Введение

Термоэлектрические (ТЭ) материалы привлекают значительный исследовательский интерес в связи с их способностью преобразовывать тепловую энергию в электрическую с помощью эффекта Зеебека¹ и охлаждения с помощью охлаждения Пельтье². Эффективность преобразования материала TE определяется разницей температур между горячим концом ветви TE и холодным концом. Как правило, чем выше разница температур, тем выше добротность TE и тем выше его КПД³. TE работает без необходимости использования дополнительных механических частей, связанных с газом или жидкостью, не производит отходов и не з....

протокол

1. Подготовка основания

1. Протрите стеклянные подложки безворсовой тканью, чтобы удалить отслоившуюся грязь или мусор. Вымойте стеклянные основания водой с мылом, используйте щетку, чтобы оттереть грязь на стекле.
2. Подготовьте все перечисленные ниже растворители в стаканы, погрузите стеклянные подложки в растворитель и выполните ультразвуковую обработку на частоте 37 кГц. Готовят метанол при температуре 80 °C в течение 10 мин; ацетон при 80 °C в течение 10 мин, этанол при 80 °C в течение 10 мин, дистиллированная (DI) вода при 80 °C в течение 20 мин.
   ВНИМАНИЕ: Работайте с высоколетучими химическими веществами в вытяжном шкафу.
....

Результаты

Микрофотографии поперечного сечения тонких пленок Bi₂Te₃ и Sb₂Te₃ были зарегистрированы с помощью FESEM, как показано на рисунке 3A и рисунке 3B соответственно. Поверхность всей пленки выглядит однородной и гладкой. Очевидно, что кристалли.......

Обсуждение

Методика, представленная в данной статье, не представляет существенных сложностей в настройке оборудования и внедрении. Тем не менее, необходимо выделить несколько важных шагов. Как упоминалось на шаге 2.2.10 протокола, оптимальные условия вакуума являются ключом к получению высококаче?.......

Материалы

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	-