磁控溅射沉积<bold>Mg</bold><sub><bold><italic>x</italic></bold></sub><bold>Ge</bold><sub><bold>1–</bold></sub><sub><bold><italic>x</italic></bold></sub><bold>Te</bold>热电薄膜
Abstract
具有高热电优值的热电材料是热电器件应用的必要条件, 因此高热电优值材料的合成研究对于未来解决能源问题具有举足轻重的作用. GeTe基合金材料被认为是在中温区<sc>(300–800 K)</sc>范围内具有先进性能的热电材料. 对于其块体材料, 科研工作者已经通过掺杂的方法, 包括元素替代或间隙插入对其进行了比较深入而系统的研究. 在此基础上, 我们则采用先进的磁控溅射技术制备了不同浓度的替代元素掺杂Mg/GeTe热电薄膜, 并对其热电性能进行了全面分析. 结果发现, GeTe晶格中掺杂的Mg原子可使体系中的载流子有效质量变大, 而使其Seebeck效应增强, 因而导致功率因子提高, 例如Mg<sub>0.04</sub>Ge<sub>0.96</sub>Te在<sc>710 K</sc>下可达53.4 μW cm<sup>–1 </sup>K<sup>–2</sup>. 另外, 对于其热输运机理, 我们认为, 由于Mg的替代掺杂在GeTe薄膜中引入了无序相, 进而增加了声子散射, 导致热导率明显降低, 最后系统优化使Mg<sub>0.1</sub>Ge<sub>0.9</sub>Te的热导率达到3.10 W m<sup>–1 </sup>K<sup>–1</sup>的极低值. 研究发现, Mg<sub><italic>x</italic></sub>Ge<sub>1–</sub><sub><italic>x</italic></sub>Te是一种杰出的p型半导体热电材料, 其最大热电优值为1.02. 该结果对于基础研究及开发新型无毒、高性能热电材料均具有一定的参考价值.
