ייצור יריעות דקות תרמואלקטריות Bi2Te3 ו- Sb2Te3 באמצעות טכניקת התזה של מגנטרון בתדר רדיו

Summary

כתב היד מתאר פרוטוקול להתזת מגנטרון בתדרי רדיו של יריעות דקות תרמואלקטריות Bi₂Te₃ ו- Sb₂Te₃ על מצעי זכוכית, המייצג שיטת שיקוע אמינה המספקת מגוון רחב של יישומים עם פוטנציאל לפיתוח נוסף.

Abstract

באמצעות מחקרים שונים על חומרים תרמואלקטריים (TE), תצורת סרט דק מעניקה יתרונות עדיפים על פני חומרים קונבנציונליים בתפזורת, כולל יכולת הסתגלות למצעים מעוקלים וגמישים. מספר שיטות שונות לשיקוע סרט דק נחקרו, אך גמגום מגנטרון עדיין חיובי בשל יעילות השיקוע הגבוהה והמדרגיות שלו. לכן, מחקר זה שואף לייצר סרט דק ביסמוט טלורייד (Bi₂Te₃) ואנטימון טלורייד (Sb₂Te₃) באמצעות שיטת הגמגום מגנטרון בתדר רדיו (RF). היריעות הדקות הונחו על מצעי זכוכית סודה ליים בטמפרטורת הסביבה. המצעים נשטפו תחילה באמצעות מים וסבון, נוקו באולטרסאונד עם מתנול, אצטון, אתנול ומים שעברו דה-יוניזציה במשך 10 דקות, יובשו בגז חנקן ופלטה חמה, ולבסוף טופלו תחת אוזון UV למשך 10 דקות כדי להסיר שאריות לפני תהליך הציפוי. נעשה שימוש במטרת התזה של Bi₂Te₃ ו-Sb₂Te₃ עם גז ארגון, ונעשה גמגום מקדים כדי לנקות את פני השטח של המטרה. לאחר מכן, כמה מצעים נקיים הועמסו לתוך תא הגמגום, והחדר נשאב עד שהלחץ הגיע 2 x ^10-5 Torr. היריעות הדקות הופקדו במשך 60 דקות עם זרימת ארגון של 4 sccm והספק RF של 75 W ו- 30 W עבור Bi₂Te₃ ו- Sb₂Te₃, בהתאמה. שיטה זו הביאה ליריעות דקות אחידות ביותר מסוג n-type Bi₂Te₃ ו-p-type Sb₂Te₃ .

Introduction

חומרים תרמואלקטריים (TE) מושכים עניין מחקרי רב בנוגע ליכולתם להמיר אנרגיה תרמית לחשמל באמצעות אפקט סיבק¹ וקירור באמצעות קירור פלטייה². יעילות ההמרה של חומר TE נקבעת על ידי הפרש הטמפרטורה בין הקצה החם של רגל TE לבין הקצה הקר. בדרך כלל, ככל שהפרש הטמפרטורה גבוה יותר, כך נתון TE של הכשרון גבוה יותר ויעילותו גבוהה יותר³. TE פועלת ללא דרישה לחלקים מכניים נוספים המערבים גז או נוזל בתהליך, אינה מייצרת פסולת או זיהום, מה שהופך אותה לבטוחה מבחינה סביבתית ונחשבת למערכת איסוף אנרגיה ירוקה.

ביסמוט טלוריד, Bi₂Te₃, וסגסוגותיו נותרו המעמד הח....

Protocol

1. הכנת המצע

1. נגבו את מצעי הזכוכית במטלית נטולת סיבים כדי להסיר לכלוך או לכלוך רופפים. שטפו מצעי זכוכית עם מים וסבון, השתמשו במברשת כדי לקרצף כל לכלוך על הזכוכית.
2. הכינו את כל הממסים המפורטים להלן בכוסות, טבלו את מצעי הזכוכית בממס ובצעו סוניקציה בהתאם במהירות של 37 קילוהרץ. ?.......

Discussion

הטכניקה המוצגת במאמר זה אינה מהווה קושי משמעותי בהקמת הציוד וביישום. עם זאת, יש להדגיש מספר שלבים קריטיים. כפי שצוין בשלב 2.2.10 של הפרוטוקול, מצב ואקום אופטימלי הוא המפתח לייצור סרטים דקים באיכות גבוהה עם פחות זיהום כמו ואקום מסיר חמצן שאריות בתא³⁷. נוכחות חמצן יכולה לגרום לסדקים.......

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	-