文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
VAPE法制备Bi<,2>Te<,3>系纳米热电薄膜的研究
姓名:鲁万乾
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:杨君友
20090529
摘要
Bi2Te3 系热电材料是一类能够在室温条件下实现电能和热能之间直接转换的功
能材料。由于其具有使用寿命长、稳定性好、环境友好等优点,以及在微电子、光
电子等高技术等领域有着巨大的应用前景,从而吸引了人们的广泛关注。但是其热
电优值尚不够高,限制了它的应用。如何提高 Bi2Te3 系热电材料的热电性能成为研
究的热点。随着热电相关理论以及纳米技术的不断发展,人们发现 Bi2Te3 系热电材
料的低维化所带来特殊的量子限制效应, 使其热电性能比块体材料高得多。本文在分
析 Bi2Te3 系热电材料的国内外研究现状、发展趋势的基础上,开展了真空电弧等离
子体蒸发法(um Arc Plassma Evaporation)制备 Bi2Te3 系热电薄膜的研究工作。
本文阐述了材料的几种热电效应,综述了 Bi2Te3 系热电材料研究的进展。介绍
了真空电弧等离子体产生原理,并对 VA P E 系统进行技术改进,使之适合于沉积纳
米薄膜。在此基础之上,采用真空电弧等离子体法制备了纳米薄膜,探
讨了工艺参数如电弧电流、腔内氩气的压强、基片温度和距离等参数对实验的影响。
采用 XRD、FE-SEM 和 EDAX 等分析测试手段研究了薄膜的微观结构及化学组成。
研究了薄膜热电性能与薄膜膜厚的关系:随着薄膜厚的增加,其电阻率减小;电阻
率与薄膜厚度的倒数呈近似的直线关系;考察了薄膜的 Seebeck 系数与膜厚的关系,
随着膜厚度的增加,Seebeck 系数增加。在 373K 到 573K 的温度范围内研究了退火
温度对薄膜的电阻率和 Seebeck 系数的影响。
最后对全文实验进行了总结,对真空电弧等离子体蒸发法的应用前景进行了展
望,并对进一步的研究工作提出了建议。

关键词:热电材料;热电性能;真空电弧等离子体;纳米薄膜

I
Abstract
Bi2Te3-based thermoelectric materials are functional materials that can be used for
power generation and peltier cooling around room temperature. They have attracted more
and more attention not only for their long- life performance and good stability and amity
to environment, but also for their potential application in microelectronics, optoelectronics
and other high-tech fields. However their low efficiency prevents them from more
extensive applications. The improvement of the thermoelectric figure of merit has e
a hot spot of research. With the development of nanotechnologies and thermoelectric
theories, it has been reported that low dimensional Bi2Te3-based materials, which show
special quantum confinement effect and transport properties, have more excellent
thermoelectric properties than traditional bulk materials. Based on a detailed review on the
research and development tendency for Bi2Te3 based thermoelectric thin films and merits
of vacuum arc plasma evaporation(VAPE), we bring forward the preparation of
Bi2Te3-based ther