脉冲激光沉积法制备Bi2Sr2Co2Oδ热电薄膜及其激光感生的热电电压效应

采用脉冲激光沉积(PLD)法在倾斜Al2O3(0001)衬底上制备了Bi2Sr2Co2Oδ(BSCO)系列热电薄膜,发现该类薄膜中有激光感生热电电压(LITV)效应.X射线衍射(XRD)谱显示Bi2Sr2Co2Oδ热电薄膜沿c轴外延生长.采用标准四探针法测试了Bi2Sr2Co2Oδ热电薄膜的电阻随温度的关系.结果表明所制备的Bi2Sr2Co2Oδ热电薄膜在80～360 K范围内呈半导体导电特性.研究发现,在倾斜角度分别为10°和15°的倾斜衬底上制备的Bi2Sr2Co2Oδ热电薄膜都存在一个最佳厚度,在这一厚度下可使激光感生热电电压(LITV)信号的峰值电压达到最大,分别为0.4442 V和0.7768 V.可以认为该激光感生热电电压信号是由Bi2Sr2Co2Oδ薄膜面内和面间塞贝克系数张量的各向异性引起的.     

(Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8薄膜的激光感生电压效应

采用紫外脉冲激光沉积技术和高低温沉积工艺,在LaAlO3(100)平衬底及倾斜衬底上成功制备了c轴取向的(Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8[(Bi,Pb)-2212]薄膜;研究了在倾斜LaAlO3(100)单晶衬底上生长的(Bi,Pb)-2212薄膜激光感生热电电压信号与沉积条件及入射激光能量的关系。为避免(Bi,Pb)-2212薄膜被激光剥蚀或蒸发,还初步研究了MgO保护层对(Bi,Pb)-2212薄膜激光感生电压信号的作用,结果表明MgO层能够显著增强激光感生热电电压效应。     

氧压对Zn1-xAlxO薄膜结构的影响及激光感生电压效应

为了研究不同退火氧压对铝掺杂氧化锌薄膜结晶质量和激光感生电压效应的影响,采用脉冲激光沉积法在蓝宝石(0001)单晶平衬底上制备了薄膜,并利用X射线衍射对薄膜的结构进行了表征,测量了薄膜在紫外脉冲激光辐照下诱导产生的激光感生电压信号,对结果进行了理论分析和实验验证,成功制备出了单一取向的薄膜,确定了最佳生长条件,并利用这一条件在倾斜蓝宝石衬底上制备了薄膜。结果表明,当薄膜受到波长为248nm、脉冲宽度为20ns的脉冲激光照射时,在薄膜两端存在较大的激光感生电压信号,其最大值为0.532V,且随着退火氧压的增大,激光感生电压的峰值信号先增大后减小。这一结果对薄膜在紫外探测器方面的应用是有帮助的。     

原子层热电堆材料的激光感生热电电压

测量了La1-xSrxMnO3(LSMO),La1-xPbxMnO3(LPMO)和La1-xSrxCoO3(LSCO)三种薄膜在不同激光波长下的激光感生热电电压(LITV).利用脉冲激光沉积(PLD),在LaAlO3倾斜衬底上制备了钙钛矿结构的三种薄膜,并用电脑采集系统和锁相斩波系统对激光感生热电电压信号进行测量。发现不同波长下信号的灵敏度和响应时间各不相同,激光波长为532nm和632.8nm时LSMO灵敏度最大而LSCO最小,但响应时间恰好相反。波长为808nm时LPMO灵敏度最好。     

PZT薄膜制备及激光感生热电电压研究

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在SrTiO3(STO)单晶衬底上成功地制备了不同组分x(x=0.03,0.30,0.53,0.80,0.97)和掺杂M(原子数分数为3%,M=Na,Sr,Bi,Ce)的锆钛酸铅Pb ZrxTi1-x,PZT铁电薄膜。检测结果表明,所有薄膜都是单一取向生长的,且没有杂相存在,但组分的改变和掺杂元素的引入会对薄膜的结晶质量产生不同程度的影响。另外,在10°倾斜的SrTiO3单晶衬底上生长的PZT铁电薄膜中还清楚地观察到了激光感生热电电压(LITV)信号,且在能量密度为0.16 J/cm2的紫外脉冲激光辐照下,x=0.03组分的PZT铁电薄膜中的LITV信号最大,峰值电压为60 mV,而在Pb(Zr0.53Ti0.47)O3铁电薄膜中,掺杂元素Na时LITV信号最大,峰值电压为61 mV,这与不掺杂时相比,其峰值电压增大了近50%。     

衬底温度对SnO2薄膜中激光感生电压效应的影响

采用固相反应法制备了四方相结构的SnO2靶材,选用蓝宝石衬底,利用脉冲激光沉积法在不同温度下生长了一系列SnO2薄膜。X射线衍射测试结果表明,SnO2薄膜具有四方金红石结构,并且沿a轴近外延生长。另外,在倾斜衬底上生长的SnO2薄膜上观察到了激光感生电压(LIV)效应,并研究了衬底温度对SnO2薄膜中LIV效应的影响。结果表明,随着生长温度从500℃增加到800℃,SnO2薄膜中的LIV信号的峰值电压先增加后减小,响应时间随衬底温度的升高先降低后增加,此外,存在一个最佳的衬底温度,使得SnO2薄膜的LIV信号的峰值电压达到最大,响应时间达到最小。在生长温度为750℃的SnO2薄膜中探测到响应最快的LIV信号,在紫外脉冲激光辐照下,峰值电压约为4V,响应时间为98ns,信号的上升沿为28ns,与激光的脉宽相当。     

激光感生热电电压信号的衰减时间研究

为了研究激光感生热电电压(laser-induced thermoelectric voltage,LITV)信号的衰减时间与薄膜物性参量的定量关系,采用脉冲激光沉积法制备了YBa2Cu3O7-x,La(0.67)Ca0.33MnO3,La0.67Pb0.33MnO3薄膜,测量了248nm的脉冲激光辐照在薄膜中诱导产生的LITV信号,并且基于激光与薄膜相互作用的光热过程推导出的LITV信号衰减时间常数的表达式。结果表明,LITV信号呈指数衰减,变化规律与LITV效应的理论模型相吻合;LITV信号的衰减时间仅决定于薄膜的热传导性能,是薄膜热扩散系数的函数;根据LITV信号的衰减时间可以计算薄膜的热扩散系数,从而提出通过测量LITV信号的衰减时间来研究薄膜热扩散系数的新方法。     

Sr2FeMoO6薄膜激光感生热电势效应的研究

采用脉冲激光沉积法在倾斜SrTO3 (100)衬底上制备出高质量的Sr2FeMoO6薄膜,观察到薄膜在可见、红外波段的脉冲激光照射下具有很大的激光感生热电势效应(LITV)。研究表明,用1064nm和532nm波长的脉冲激光从薄膜表面垂直照射时,薄膜表面产生的最大峰值电压分别为0.9V和0.8V,并且LITV信号与激光能量成良好的线性关系,可用以制造高灵敏度的激光功率计/能量计。当激光从SrTO3衬底方向照射时,LITV极性发生变化。上述现象用各项异性Seebeck效应给与了解释。     

PLD法制备纳米类金刚石薄膜及衬底温度的影响

利用脉冲激光沉积(PLD)技术在O2氛围下于α-Al2O3(0001)基片上制备出纳米类金刚石薄膜。借助扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和Raman光谱分析了薄膜的形貌和结构随沉积时衬底温度的变化情况。结果表明：随着衬底温度的升高,薄膜颗粒尺寸减少;在衬底温度为550℃时,所制备的薄膜均匀、光滑,且大约是由14nm大小的颗粒组成。对薄膜的生长机理作出了分析。     

退火氧压对Zn_(0.99)Fe_(0.01)O薄膜的结晶质量及其激光感生电压效应的影响

采用脉冲激光沉积法(PLD)在Al2O3衬底上成功制备了Zn0.99Fe0.01O薄膜,研究了退火氧压对Zn0.99Fe0.01O薄膜的晶体结构及其激光感生电压(LIV)效应的影响。X射线衍射仪分析结果表明,Zn0.99Fe0.01O具有六角纤锌矿结构,并且是沿[001]取向近外延生长。同时随着退火氧压的增大,薄膜的晶粒尺寸先增大后减小,退火氧压为2000 Pa时薄膜晶粒尺寸最大,结晶质量最好。另外在10°倾斜的Al2O3单晶衬底上制备的Zn0.99Fe0.01O薄膜在3000 Pa的退火氧压下可以观察到最大的LIV信号,达到79.5 mV。     

高海拔地区儿童腺苷脱氨酶与免疫球蛋白水平分析

分别采用固相法和溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备了Ca_3Co_4O_9热电陶瓷靶材,对Ca_3Co_4O_9薄膜的成膜工艺及机制进行了分析与探讨,在此基础上,采用适当的靶材利用脉冲激光沉积(PLD)技术在(0001)晶向(c轴)的Al_2O_3衬底上生长了单相的Ca_3Co_4O_9薄膜.通过X-射线衍射(XRD)仪、金相显微镜及扫描电镜(SEM)等表征手段,研究了靶材与薄膜的制备工艺对热电薄膜的物相、显微结构及形貌的影响.用直流四探针法测定了靶材和薄膜电阻率与温度的关系,结果表明,薄膜具有明显的半导体特性.     

Ca_3Co_4O_9热电材料的研究进展

由于Ca_3Co_4O_9具有良好的化学稳定性及廉价、无毒等优点,已成为氧化物热电材料研究的热点。但其合成难,致密度低,转换效率低等严重阻碍了Ca_3Co_4O_9的实际应用。该文从合成方法、改性手段及烧结工艺等3方面,归纳和分析了层状结构Ca_3Co_4O_9的研究进展,并对Ca_3Co_4O_9今后的研究发展提出一些建议。     

热电材料的研究进展

随着热电材料与薄膜制备技术和性能研究手段的发展,具有高热电性能的热电薄膜和低维结构受到人们关注。目前,国内外研究主要集中在如何提高热电材料的能量转换率等核心技术问题上。介绍了热电材料的理论背景、材料分类、制备手段和热电性质的表征,其中,制备手段及热电性质表征主要以Bi2Te3基热电材料展开论述。最后,对热电材料的发展和未来研究方向进行总结。     

Fabrication of Bismuth Telluride-Based Alloy Thin Film Thermoelectric Devices Grown by Metal Organic Chemical Vapor Deposition

Bismuth–antimony–telluride based thin film materials were grown by metal organic vapor phase deposition (MOCVD). A planar-type thermoelectric device was fabricated with p-type Bi_0.4Sb_1.6Te₃ and n-type Bi₂Te₃ thin films. The generator consisted of 20 pairs of p-type and n-type legs. We demonstrated complex structures of different conduction types of thermoelectric elements on the same substrate using two separate deposition runs of p-type and n-type thermoelectric materials. To demonstrate power generation, we heated one side of the sample with a heating block and measured the voltage output. An estimated power of 1.3 μW was obtained for the temperature difference of 45 K. We provide a promising procedure for fabricating thin film thermoelectric generators by using MOCVD grown thermoelectric materials that may have a nanostructure with high thermoelectric properties.     

磁控溅射法制备Bi2Te3热电薄膜的研究

Bi2Te3薄膜是室温下热电性能最好的热电材料,利用磁控溅射在长有一薄层SiO2的n型硅样品上制备Bi/Te多层复合薄膜,经后续退火处理生成Bi2Te3。通过分析Bi2Te3薄膜的生长和退火工艺,探讨Bi/Te中Te的原子数分数对薄膜热电性能的影响。采用XRD和SEM对薄膜的结构、形貌和成分进行分析,并测量不同条件下的Seebeck系数。薄膜Seebeck系数均为负数,表明所制备样品是n型半导体薄膜,且最大值达到-76.81μV.K-1;电阻率ρ随Te的原子数分数增大而增大,其趋势先缓慢后迅速。Bi2Te3薄膜的热电性能良好,Te的原子数分数是60.52%时,功率因子最大,为1.765×10-4W.K-2.m-1。     

sol-gel法制备ZnO薄膜压敏电阻

利用sol-gel法在镀有Au底电极的单晶硅片上,制备掺有Bi2O3、Co2O3、Cr2O3和MnO2的ZnO薄膜压敏电阻。薄膜由旋涂法制备,并在300℃下预处理、600℃退火。制得的ZnO薄膜结晶良好。膜厚约为1μm,ZnO薄膜压敏电阻的非线性系数为15.1,压敏电压为3.037 V,漏电流为43.25μA。     

飞秒脉冲激光沉积Si基a轴择优取向的钛酸铋铁电薄膜

在钛酸铋(Bi4Ti3O12)薄膜的制备过程中容易获得晶粒c轴垂直于基片表面的薄膜,而压电和铁电存储器主要利用a轴的自发极化分量,因而制备a轴择优取向的Bi4Ti3O12铁电薄膜具有特别的意义。采用飞秒脉冲激光作用在钛酸铋陶瓷靶上,采用Si(111)作为衬底,制备了a轴择优取向的钛酸铋薄膜。采用X射线衍射(XRD)的薄膜附件和场发射扫描电镜(FSEM)研究了薄膜的结构和形貌;采用傅里叶红外光谱仪测量了室温(20℃)下在石英基片上沉积的样品的光学特性;室温下沉积的钛酸铋薄膜呈c轴择优取向,晶粒的平均大小为20 nm,其光学禁带宽度约为1.0 eV。在500℃沉积的钛酸铋薄膜呈a轴择优取向,晶粒大小在30~300 nm之间,薄膜的剩余极化强度Pr为15μC/cm2,矫顽力Er为48 kV/cm。