层状Bi_(1–x)Sb_(x)Se纳米薄膜的制备及其热电性能研究

摘要

Bi_(2)Se_(3)是近年来发现的具有超低本征晶格热导率材料,显示出比传统的Bi_(2)Se_(3)更高的热电性能潜力.本文采用真空热蒸发法制备了具有(001)取向生长的N型纯相Bi_(2)Se_(3)纳米晶薄膜,并通过Sb共蒸发,制备得到不同掺杂浓度的Bi_(1-x)Sb_(x)Se热电薄膜.对薄膜样品物相、形貌、组份、晶格振动、化学价态及电输运性质进行了表征.结果显示,Sb进入到Bi_(2)Se_(3)晶格中取代了Bi原子的位置,而Sb原子与Bi原子之间的金属性差异使得掺杂后的样品载流子浓度下降,塞贝克系数上升.同时,随着Sb掺杂浓度的增大,组成薄膜的纳米晶粒尺寸减小,薄膜面内形成更加致密的层状结构,有利于载流子输运,导致样品的载流子迁移率由13.6 cm^(2)/(V·s)显著提升至19.3 cm^(2)/(V·s).受到Seebeck系数与电导率的综合作用,Bi_(0.76)Sb_(0.24)Se薄膜具有2.18μW/(cm·K~2)的室温功率因子,相对于未掺杂Bi_(2)Se_(3)薄膜功率因子得到提升.本工作表明Bi_(2)Se_(3)基薄膜在近室温热电薄膜器件中具有潜在的应用前景.