鉍鍶鈷氧熱電薄膜的外延生長及其相關特性研究

《鉍鍶鈷氧熱電薄膜的外延生長及其相關特性研究》是依託河北大學，由王淑芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鉍鍶鈷氧熱電薄膜的外延生長及其相關特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王淑芳
• 依託單位：河北大學

項目摘要

本項目採用脈衝雷射沉積技術在單晶基片上製備鉍鍶鈷氧熱電薄膜，通過調節薄膜生長過程中的實驗參數如基片溫度、沉積氧壓和雷射能量密度等來獲得高質量的外延薄膜。在此基礎上，研究摻雜、薄膜晶粒粒度和納米複合多層膜結構對薄膜熱電性能的影響，通過對電子、聲子特性的分別控制來獲得理想的熱電優值係數。同時，本項目亦會開展和鉍鍶鈷氧外延薄膜相關的雷射誘導電壓效應和異質結整流特性的研究。關於新型氧化物熱電材料鉍鍶鈷氧外延薄膜的製備及其相關特性研究，目前國際上尚未報導，故該工作對探索和發展新一代氧化物熱電薄膜材料及其器件具有指導意義。

結題摘要

利用脈衝雷射沉積技術和化學溶液沉積技術在鋁酸鑭和氧化鋁單晶基片上外延生長了鉍鍶鈷氧薄膜。系統研究了氧壓、溫度、退火條件等實驗參數對薄膜晶體結構、微結構及熱電輸運性能的影響規律及物理機制。在最佳實驗條件下製備的高質量外延薄膜的室溫和高溫熱電性能均可以和優質單晶樣品相比擬，為研製鉍鍶鈷氧基薄膜熱電器件提供了基礎；詳細研究了摻雜、納米複合及納晶化對鉍鍶鈷氧等層狀鈷氧化物薄膜微結構及熱電輸運性能的影響規律及物理機制。發現鉛摻雜和納米銀複合均可以同時最佳化薄膜的功率因子和熱導率而晶粒納米化可以在不顯著降低薄膜功率因子的同時大幅改善薄膜的熱導率，獲得了熱電性能優異的薄膜樣品；在 c 軸傾斜生長的鉍鍶鈷氧等層狀鈷氧化物薄膜中觀測到了光誘導的橫向熱電壓效應並系統地研究了該電壓信號的幅值和回響時間隨薄膜厚度、 c軸傾斜角度、薄膜微結構、光吸收層及輻射光參量的變化關係，為研製新一代基於熱效應的寬波段光探測器提供了依據；分別利用脈衝雷射沉積技術和化學溶液沉積技術製備了鉍鍶鈷氧和鈣鈷氧基p-n異質結並對其光和磁場調製下的變溫電輸運特性進行了系統地研究。結果顯示兩種技術製備的異質結在很寬的溫度範圍均表現出優良的二極體整流特性，其正向電壓電輸運特性分別可以用隧穿機制及和界面缺陷有關的空間電荷限制電流模型解釋。以上結果共發表SCI文章16篇，獲得國家授權發明專利3項、合作撰寫英文專著1部。