透明导电CuCr1-xMgxO2(x=0～0.08)薄膜的固溶度扩展和c轴外延生长

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在0～15°斜切的α-Al2O3(0001)衬底上生长了c轴外延的CuCr1-xMgxO2(x=0～0.08)系列薄膜.随Mg掺杂量增加,薄膜均为单相铜铁矿结构,表现出符合Arrhenius热激活模式的半导体电输运行为,室温电阻率单调下降2～3个数量级,热激活能由0.22 eV下降至0.025 eV,由此推断薄膜中Mg的固溶度至少为0.08,与多晶(～0.03)相比显著扩展.这是由于PLD薄膜生长具有非平衡、瞬时爆炸特征,使靶材第二相(MgCr2O4)中的Mg重新以等离子态定向运输到衬底上,迁移固溶到薄膜晶格中,固溶度扩展.薄膜(x=0,0.02)在380～780 nm可见光区的透过率为60％～80％,直接光学带隙Eg分别为3.06 eV、3.04 eV.更多Mg2+替代Cr3+时,会在价带顶上方引入受主能级并展宽,使热激活能显著下降,产生更多空穴载流子,透过率和光学带隙略有下降;Mg固溶到晶格中,促进薄膜层状晶粒长大,外延性提高,使电阻率进一步下降.     

具有c轴择优的CuCr1-xMgxO2多晶的热电输运性质及Mg掺杂效应

采用固相反应法制备了c轴择优的CuCr_(1-x)MgxO_2(0≤x≤0. 08)系列多晶,通过X射线衍射、扫描电镜和电阻率-温度曲线、Seebeck系数-温度曲线对样品的结构、热电输运和固溶度进行表征研究。随Mg掺杂量在x=0～0. 03范围内增加,多晶为铜铁矿单相结构,层状晶粒在ab面显著长大,(00l)取向因子最大达0. 53,晶界和孔隙显著减少,致密度依次提高;多晶呈热激活机制的半导体电输运行为,热激活能从0. 273 eV下降到0. 031 eV,室温电导率相应提高了3～4个数量级,高温下Seebeck系数从481. 2μV·K~(-1)减小到334. 7μV·K~(-1)。由于声子曳引的贡献,随温度升高,掺Mg样品的Seebeck系数增大。x0. 03后,样品的热电输运性质基本保持不变,微观结构变化不大,在晶界处观察到MgCr_2O_4八面体尖晶石第二相,分析认为Mg掺杂的最大固溶度约为0. 03。随Mg~(2+)替代Cr~(3+)的增加,在靠近价带顶的上方引入受主能级并展宽,使电输运的热激活能显著下降,空穴载流子浓度增大;同时c轴择优取向使面内的输运分量增加,这都是电导率提高的主要原因,而载流子迁移率浮动是电导率提高的次要原因。     

Al掺杂量对ZnO多晶性能影响的研究

采用固相反应法制备了六方纤锌矿结构Zn1-xAlxO(0≤x≤0.005)系列多晶,探究了Al掺杂对ZnO多晶的微观形貌和热电输运性质的影响.Al掺杂促使ZnO晶粒长大联结,晶界减少,x=0.005时出现在晶界分布的ZnAl2O4尖晶石相.各组分样品经二次烧结后,电阻率均比对应组分的一次烧结样品增大1~2个数量级.掺杂后样品由ZnO的半导体行为转变为电阻率显著下降的金属行为,一次烧结样品在x=0.004有最小的室温电阻率~10 mΩ·cm,主要由于掺杂使样品载流子浓度和迁移率显著提高;300~950 K下掺杂样品热电势的绝对值和功率因子均随温度升高而增大,x=0.004时有最大的室温功率因子~0.11 mW/m·K2.综合得到ZnO中Al掺杂的饱和固溶度在0.004~0.005之间.     

热压烧结增强Ca3Co4O9多晶的c轴择优织构和电输运性质的研究

分别采用常压固相反应和进一步的真空热压烧结法制备了Ca_3Co_4O_9多晶块材,通过XRD、SEM、致密度、电阻率-温度曲线、霍尔效应测试,对比研究了热压烧结对多晶织构和电输运性质的影响。结果表明两种方法制备的多晶样品均为c轴择优,经热压烧结后多晶的择优织构显著增强,致密度增大,但真空烧结使样品中氧的化学计量比不足,结晶质量略有下降。热压烧结后多晶的面内电阻率显著下降,其室温电阻率约为常压烧结样品的1/7,且电阻率随温度的降低而增大,这主要是由于热压样品晶粒沿(00l)择优排列显著增强,使沿材料ab面内的电输运占优,且晶界和缺陷散射减弱使Co~(4+)载流子迁移率增大。     

c轴择优Ca_3Co_4O_9多晶的热电性质及激光感生横向电压效应

采用传统固相反应法制备c轴择优的错层结构Ca3Co4O9多晶材料,用热重-差示扫描量热分析、X射线衍射、扫描电子显微镜和电阻率–温度曲线、热电势–温度曲线对样品进行了表征,探究了材料热电输运性质和激光感生横向电压(laser induced transverse voltage,LITV)效应。结果表明:在800和870℃分别保温24 h条件下可获得纯相层片状Ca3Co4O9多晶,其(00l)取向因子达0.74。Ca3Co4O9多晶材料在80~300 K、336~826 K分别为金属和半导体电输运行为。336 K时Seebeck系数约130μV/K。由于声子曳引热电势的贡献,随温度升高,热电势增大。以波长为248 nm、脉宽为28 ns、能量密度为17 m J/cm2的脉冲激光照射多晶构造斜面,获得了42 m V的LITV响应,比倾斜外延Ca3Co4O9薄膜中的LITV信号小约2个数量级。由于存在偏离(00l)取向的晶粒和大量晶界,导致本征热电各向异性相互抵消,大大减小了LITV响应。