《磁控溅射法制备晶格复合铋基热电薄膜》-毕业设计论文（学术).docVIP

目 录 1 课题背景及意义………………………………………………… 3 2 文献综述………………………………………………………… 3 2.1 热电效应综述………………………………………………… 3 2.2 热电材料概述………………………………………………… 5 2.3 低维热电材料………………………………………………… 7 2.4超晶格薄膜的制备………………………………………………9 2.5 磁控溅射法简介 ………………………………………………11 2.6 薄膜材料表征 …………………………………………………13 3技术路线 ……………………………………………………… 14 3.1研究内容 ……………………………………………………14 3.2技术路线 ……………………………………………………15 3.3技术难点讨论 ……………………………………………… 16 4进度安排 …………………………………………………………17 参考文献 …………………………………………………………… 18 磁控溅射法制备晶格复合铋基热电薄膜 过程053 王迪 摘要：热电材料能够直接将电能和热能进行互相转化。由它制成的温差发电器不需要任何传动部件，工作时无噪音、无排弃物，对环境没有污染，是一种性能优越、具有广泛应用前景的环境友好型材料。目前，热电薄膜有多种制备方法。其中，磁控溅射法具有镀膜层与基材的结合力强、镀膜层致密、溅射速率快等优点。本文探究了铋基金属及其氧化物热电薄膜的制备参数，研究了溅射薄膜厚度和性能的影响因素，并测试了材料的热电性能，为提高热电器件的性能提供了重要的数据支撑。 关键词：磁控溅射，热电薄膜，晶格复合，参数控制 1 课题背景及意义 热能和电能是我们生活中最重要的能源形式。随着全球环境污染和能源危机的日益严重，开发新型环保能源替代材料已越来越受到世界各国的重视。热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，它的主要应用领域有：利用低品位热能（工业余热、废热、地热、太阳能等）发电、温差制冷、边远地区和特殊行业使用的小型发电装置等。 尽管温差发电机或制冷器与普通发电机或压缩制冷器相比，具有结构简单、无噪声、无污染等优点，但其性能优值Z却一直徘徊在1×l0-4数量级，效率很低。真正要使温差电技术得到突破性进展，仍将有赖于材料温差电特性的显著提高。特别需要指出的是，迄今为止，从热力学基本定律出发所进行的研究尚未发现有温差电优值上限[1,2]。不难看出，通过进一步的理论和实验研究，将有可能使材料优值得到明显提高。寻找高优值温差电材料与寻找高温超导材料的研究有相似之处。在研究者面前尚无不可逾越的理论极限，却有着极其诱人的应用前景。 1993年，Hicks和Dresselhaus首先考虑了超晶格量子阱结构对热电效应的影响，认为使用超晶格可获得高的热电优值。当形成超晶格两种材料的带隙不同时，能把载流子限制在势阱中．形成超晶格量子阱，产生不同于常规半导体的输运特性。 热电材料薄膜有多种制备方法，目前较为常见的有真空蒸发镀膜法、分子束外延法、磁控溅射、电化学原子层外延法、金属有机化合物气相沉积和连续离子层吸附与反应法等。其中，磁控溅射是利用低压气体放电现象，使处于等离子状态下的离子轰击靶面，溅射出的粒子沉积在基片上。磁控溅射法具有基片升温小和溅射速率快等优点，但也有靶材利用率底等不足。因此，对磁控溅射镀膜制作机理、结构控制、参数选择等的研究是获得高品质、高稳定性热电薄膜的重要前提。 2 文献综述 2.1 热电效应 热电效应，是当受热物体中的电子(空穴)，因随着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产生电流或电荷堆积的一种现象，它是材料热能和电能相互转换的效应。热电转换材料具有三个基本效应：赛贝克(Seebeck)效应、帕尔帖(Peltire)效应和汤姆逊(Thomson)效应。 2.1.1 赛贝克(seebeck)效应 　　有两种不同导体组成的开路中，如果导体的两个结点存在温度差，这开路中将产生电动势E。这就是西伯克效应。由于西伯克效应而产生的电动势称作温差电动势。材料的西伯克效应的大小，用温差电动势率 表示。材料相对于某参考材料的温差电动势率为 （2-1） 由两种不同材料P、N所组成的电偶，它们的温差电动势率 等于 与 之差，即　 （2-2） 2.1.2 帕尔帖(peltire)效应 　　电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热量。这就是帕尔帖效应。由帕尔帖效应产生的热流量称作帕尔帖热，用符号Qp表示。 电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，