快速热压烧结法制备Bi2Te2.5Se0.5热电合金的特性分析

利用快速热压烧结法制备了Bi2Te2.5Se0.5热电合金。通过XRD、SEM、四点探针法以及热电材料测试仪等分析了合金试片的微观结构与热电性能。结果表明:二次热压烧结后合金内部的晶粒具有特殊的排列方向,这可增强其热电性能。经二次热压烧结后,合金的室温电导率增至700 S/cm,塞贝克系数维持在-200μV/K左右,故其室温功率因子可增至2.9 m W/(m·K^2)。通过计算得出二次烧结后其热电优值在325~425 K时皆大于1。

n型Bi_(2-x)Sb_(x)Te_(3-y)Se_(y)基化合物的缺陷结构调控与电热输运性能

Bi_(2)Te_(3)基化合物是目前室温附近性能最好的热电材料,但其存在着大量复杂的缺陷结构,缺陷工程是调控材料热电性能的核心手段,因此理解和有效地调控缺陷形态和浓度是获得高性能Bi_(2)Te_(3)基热电材料的关键.本文系统地研究了四元n型Bi_(2-x)Sb_(x)Te_(3-y)Se_(y)基化合物的缺陷演化过程及其对热电输运性能的影响规律.Sb和Se的固溶引入的带电伴生结构缺陷使得材料的载流子浓度发生了巨大变化,在Bi_(2-x)Sb_(x)Te_(2.994)Cl_(0.006)样品中,Sb的固溶降低了反位缺陷Sb_(Te)_(2)形成能,诱导产生了反位缺陷Sb_(Te)_(2),使得少数载流子空穴浓度从2.09×10^(16)cm^(-3)增加至3.99×10^(17)cm^(-3),严重劣化了电性能.在Bi_(1.8)Sb_(0.2)Te_(2.994-y)Se_(y)Cl_(0.006)样品中,Se的固溶使得Se(Te)_(2)+SbBi的缺陷形成能更低,抑制了反位缺陷Sb_(Te)_(2)的产生,Bi_(1.8)Sb_(0.2)Te_(2.694)Se_(0.30)Cl_(0.006)样品的少数载流子空穴浓度降至1.49×10^(16)cm^(-3),消除了其对材料热电性能的劣化效果,显著地提升了材料的功率因子,室温下达到4.49 mW/(m·K^(2)).结合Sb和Se固溶增强合金化散射降低材料的热导率,Bi_(1.8)Sb_(0.2)Te_(2.844)Se_(0.15)Cl_(0.006)样品在室温下获得最大ZT值为0.98.该研究为调控具有复杂成分的Bi_(2)Te_(3)基材料的点缺陷、载流子浓度和热电性能提供了重要的指导.

基于GST薄膜的弯曲波导相变光学器件光学仿真与分析

研究了相变光学器件的光传输性能,使用时域有限差分法建立覆盖Ge_(2)Sb_(2)Te_(5)(GST)薄膜的弯曲波导模型,得到了在晶态和非晶态两种情况下GST的面积、厚度和在弯曲波导中的位置对光传输效率及损耗的影响规律。结果表明:GST的最优覆盖面积为0.415μm^(2),厚度为17nm,器件光传输不受GST覆盖位置影响,光传输对比度最佳达到90.8%,插入损耗低至0.321dB,在1500~1670nm波长范围内能够实现宽光谱并行传输。该器件尺寸小,消光比大,理论上满足提高光计算准确率的需求。研究结果对于非易失性、并行集成光子矩阵计算单元器件的研制具有一定的参考意义。

高量子效率碲化铯紫外日盲阴极研制

碲化铯(Cs2Te)阴极是紫外探测器的重要组成部分,其研究的时间较早,在某些紫外探测领域得到了良好应用。但是,同时具有高量子效率及良好日盲特性的阴极制备工艺还需要进一步探索。本文采用电子束蒸发镀膜在石英窗上制备金属Ni膜作为Cs2Te阴极的导电基底,用四探针测试仪、高阻计和分光光度计研究了薄膜的方块电阻和透过率关系。在超高真空系统中进行Cs2Te阴极制备,研究Te膜厚度对阴极量子效率的影响关系。用X光能量色散谱分析Cs2Te光电阴极的组分,研究Cs量与阴极日盲特性的影响关系。结果表明,最佳Ni膜厚度为1.0 nm,其电阻为107Ω/□左右,其紫外波段透过率高达80%;Cs2Te阴极的Te膜厚度为2.0nm时,光电阴极量子效率达12%;当Cs2Te阴极中Cs过量,其波长响应向长波方向延伸,Cs欠量,阴极量子效率降低。

Bi_2Te_3基热电材料的研究现状及发展

热电材料是能将热能和电能直接相互转化的功能材料,它的出现为解决能源紧缺和环境污染提供了广阔的应用前景。从理论和实验两个方面对Bi2Te3基热电材料近年来国内外的研究现状及发展进行了简要介绍和评述,并指出了今后的发展方向。在理论上主要基于能带理论、半导体超晶格以及密度泛函理论去寻求影响该材料的相关因子,在实验上主要采用分子束外延、激光脉冲沉积、合金化和水热合成法等方法制备该热电材料。

Bi_2Te_3纳米颗粒和纳米线的溶剂热合成及组织特征

分别以吡啶、无水乙醇为反应介质,以NaBH4为还原剂,采用溶剂热合成方法,在150℃下反应24h制备了平均晶粒尺寸为1520nm的Bi2Te3纳米粒子。采用相同的合成方法,以去离子水为反应介质,合成了直径为3080nm,长径比大于100的Bi2Te3纳米线。XRD和TEM分析表明,随着溶剂介电常数和极性增加,所生成产物的物相纯度、结晶度增高,晶粒尺寸增大。

K_2Te(Cs)日盲紫外光电阴极研究

研究了K2Te（Cs）日盲紫外阴极的制作工艺并制作了K2Te（Cs）日盲紫外阴极.测量了K2Te（Cs）日盲紫外阴极样品的光谱响应、光谱反射率和250nm波长激发条件下的荧光谱,测量结果表明：与Cs2Te日盲紫外阴极相比,在现有工艺条件下,K2Te（Cs）日盲紫外阴极的灵敏度高于Cs2Te日盲紫外阴极,光谱响应的峰值波长更短,位于250nm,而长波截止波长位于336nm;633nm的光谱灵敏度为10-4 mA/W数量级,较Cs2Te日盲紫外阴极低一个数量级.光谱反射率测量结果表明：K2Te（Cs）日盲紫外阴极的光谱反射率在200~437nm的波长范围内,均高于Cs2Te日盲紫外阴极,而在437~600nm的波长范围内,反射率却与Cs2Te日盲紫外阴极基本相同;折射率及消光系数也低于Cs2Te日盲紫外阴极.荧光谱测试结果表明：在同样条件下,250~350nm波长范围内,由于K2Te（Cs）紫外阴极的荧光强于Cs2Te紫外阴极,因此跃迁电子数量更多,阴极灵敏度更高,比较适用于日盲紫外探测成像器件的制造.

Rb_2Te(Cs)日盲紫外光电阴极研究

简述了Rb2Te（Cs）日盲紫外阴极的制作工艺并制作了Rb2Te（Cs）日盲紫外阴极样品。测量了Rb2Te（Cs）日盲紫外阴极样品的光谱响应、光谱反射率和250nm波长激发条件下的荧光谱。测量结果表明，在现有工艺条件下，Rb2Te（Cs）日盲紫外阴极的灵敏度高于cs2Te日盲紫外阴极，与Cs2Te日盲紫外阴极相比，光谱响应的峰值波长更短，位于250nm，而长波截止波长位于312nm。另外Rb2Te（Cs）日盲紫外阴极的短波日盲特性更好，633nm的光谱灵敏度为1015mA／W的数量级，较Cs2Te日盲紫外阴极低两个数量级。光谱反射率测量结果表明，Rb2Te（Cs）日盲紫外阴极的光谱反射率在200~400nm的波长范围内均高于Cs2Te日盲紫外阴极，而在400~600nm的波长范围内，反射率却低于Cs2Te日盲紫外阴极。Rb2Te（Cs）日盲紫外阴极的光谱反射率曲线与Cs2Te日盲紫外阴极的光谱反射率曲线相比较，曲线的形状相似，反射干涉加强峰的波长基本相同，由此可推断出Rb：Te（Cs）紫外阴极的折射率与Cs2Te紫外阴极的折射率基本相同，仅在长波范围内稍有区别。荧光谱的测试结果表明，在同样条件下，在200~450nm的波长范围内，Rb2Te（Cs）紫外阴极的荧光弱于Cs2Te紫外阴极的荧光，原因是Rb2Te（Cs）阴极的光谱反射率高于Cs2Te紫外阴极的光谱反射率，因此光吸收更少，导致荧光更弱。所以Rb2Te（Cs）日盲紫外阴极同Cs2Te日盲紫外阴极的性能类似，均可用于日盲紫外探测成像器件。

黑龙江三道湾子金矿一种新的结晶质Au-Te化合物

化合物Au2Te产于黑龙江省三道湾子金矿含金石英脉的碲化物脉中,呈球状(20~35μm)分布在碲金银矿裂隙中,由碲金矿"外皮"(2.5μm)包裹。Au2Te球体可独立存在也可为多个球体由"外皮"的碲金矿细脉相连呈串珠状,其内部有时见有团粒状或不规则状自然金。该物质在反光镜下具弱非均质性,与相邻矿物界线清楚。探针测得该化合物化学成分稳定,计算化学式为(Au0.85Ag0.1)2Te1.00^(Au0.95Ag0.09)2Te1.00,简化化学式为Au2Te。据XRD分析结果,其强峰为2.3510、2.0730、2.9316、3.0191,与数据库对比无此类矿物。认为Au2Te是一种新的Au-Te晶质体的化合物,很有可能是一种新矿物,是碲金矿和自然金2种矿物反应的产物。

GeSb_2 Te_4相变薄膜表面形貌的分形特征

在Si(111)基底上用磁控溅射法以不同射频功率制备GeSb2Te4薄膜.利用高度相关函数法对薄膜的原子力显微镜图像进行分形计算,得到表面形貌的分形维.结果表明,分形维的大小与薄膜表面质量成正比,而表面粗糙度不能全面描述薄膜表面形貌;溅射功率对薄膜表面微观结构有直接影响,在一定范围内,增大溅射功率可以提高薄膜表面质量,但超过一定值后,又会降低薄膜表面质量.并指出利用分形维可以优化溅射工艺参数.

磁控溅射法制备Bi_2Te_3热电薄膜的研究

Bi2Te3薄膜是室温下热电性能最好的热电材料,利用磁控溅射在长有一薄层SiO2的n型硅样品上制备Bi/Te多层复合薄膜,经后续退火处理生成Bi2Te3。通过分析Bi2Te3薄膜的生长和退火工艺,探讨Bi/Te中Te的原子数分数对薄膜热电性能的影响。采用XRD和SEM对薄膜的结构、形貌和成分进行分析,并测量不同条件下的Seebeck系数。薄膜Seebeck系数均为负数,表明所制备样品是n型半导体薄膜,且最大值达到-76.81μV.K-1;电阻率ρ随Te的原子数分数增大而增大,其趋势先缓慢后迅速。Bi2Te3薄膜的热电性能良好,Te的原子数分数是60.52%时,功率因子最大,为1.765×10-4W.K-2.m-1。

Bi_2Te_3热电薄膜的电化学原子层外延制备

采用电化学原子层外延法(ECALE)在Au电极上成功地制备了Bi2Te3化合物热电薄膜。通过循环伏安扫描研究Te和Bi在Au衬底上的电化学特性,使用自动沉积系统交替欠电位沉积Te、Bi原子层200个循环获得沉积物。XRD、EDX和FESEM测试结果表明循环沉积200层后得到的沉积物Bi和Te的化学计量比为2∶3,且是Bi2Te3薄膜化合物,而非单质Bi和Te的简单混合;薄膜均匀、致密、平整且可重复性好,以(015)为最优取向外延生长的。

电化学组装一维纳米线阵列p型Bi_2Te_3温差电材料

对p型Bi_2Te_3温差电材料的电沉积过程进行了研究,分析了添加剂对电沉积过程的影响.在此基础上,以孔径为50nm的阳极氧化铝多孔膜为模板,采用直流电沉积技术,在氧化铝多孔模板的纳米级微孔内电化学组装出了P型Bi_2Te_3纳米线阵列温差电材料.性能研究表明,P型Bi_2Te_3纳米线阵列的温差电性能远远超过具有相同组成的块状温差电材料。

块体Bi_2Te_3基热电材料性能优化及最新进展

在分析块体Bi2Te3基热电材料性能优化设计思路的基础上,重点探讨了成分优化、结构优化、合成优化及成型优化中提高块体Bi2Te3基热电材料性能的方法。提出了一套值得探讨的优化设计方案,展望了Bi2Te3基热电材料在温差发电和半导体制冷领域颇具潜力的应用前景。

纳米GeSb_2Te_4薄膜在大气环境中的摩擦性能研究

采用摩擦力显微镜考察了磁控溅射纳米GeSb2Te4薄膜在大气环境中的微观摩擦性能,利用JKRS理论分析了针尖同GeSb2Te4薄膜接触时的粘附力和表面能之间的关系.结果表明:当湿度较大时,粘附力较大;而当湿度较小时,粘附力较小;当针尖表面能一定时,粘附力的微小变化可以导致GeSb2Te4薄膜的表面能产生较明显变化;随着扫描范围逐渐减小,摩擦力变化趋于稳定;不同扫描速度下法向力和摩擦力保持较好线性关系,但不同扫描速度下的平均摩擦力随扫描速率变化而呈现非线性变化;为了更好地分析探针和样品表面的微观摩擦机制,宜选择扫描范围为0.1～0.5μm或更小.

硫系化合物随机存储器研究进展

系统地介绍了硫系化合物随机存储器(C-RAM)的原理、相关材料、研究现状、特点及今后的发展趋势以及中科院上海微系统与信息技术研究所在C-RAM方面的研究进展。C-RAM由于具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低和成本低等优点,被认为是最有可能取代目前的FLASH、DRAM和SRAM而成为未来半导体存储器的主流产品。

热压法制备Bi_2Te_3基热电材料的组织与性能

采用真空单轴热压(HUP)方法制备了Bi_2Te_3基热电材料。结果表明,HUP试样的密度在原始区熔材料的97％以上。所有HUP试样的剪切强度都在21MPa以上,与区熔Bi_2Te_3基材料(001)解理面的强度相比,提高4倍左右。电学性能测试发现,HUP试样的电学性能低于区熔试样,其原因被认为主要是由于在材料粉碎和热压过程中,有效载流子浓度发生了变化。实验发现,相对于区熔试样,p型HUP试样的最佳工作温度向低温方向偏移,而n型HUP试样的最佳工作温度向高温方向移动。

离子束溅射制备Bi2Te3热电薄膜

采用离子束溅射技术,溅射不同面积比例的Bi/Te二元复合靶,制备Bi2Te3热电薄膜,所制备的薄膜Bi∶Te原子比接近2∶3.X射线衍射测量结果显示,薄膜的主要衍射峰与Bi2Te3标准衍射峰相同,在(015)晶面上择优选向明显,存在少量的Bi和[Bi,Te]杂质峰.霍尔系数测试及Seebeck系数测量结果表明,薄膜都为n型半导体薄膜,电导率量级为105Sm-1,电学性能良好.在不同条件下制备的薄膜Seebeck系数最大值为-168μVK-1,最小值为-32μVK-1.其中,Bi∶Te原子比为0.69,退火温度为300℃的薄膜功率因子最大,达1.1×10-3Wm-1K-2.

无机有机复合材料Bi_2Te_3/PAn电化学嵌锂性能研究

采用机械共混法制备了复合材料Bi2Te3/PAn,并对其电化学嵌锂性能进行了研究.研究发现Bi2Te3/PAn快速充放电性能良好,在以100 mA·g-1的电流密度充放电时首次可逆容量为480 mAh·g-1,到第20个循环时容量保持在200mAh·g-1.通过非原位X射线衍射方法研究其嵌锂机理,发现Bi2Te3在首次放电时分解,在随后的循环中以Te和Bi为嵌锂中心进行可逆储锂.

溶剂热法制备花簇状纳米Bi_2Te_3化合物的研究

采用溶剂热法制备纳米结构的Bi2Te3化合物,以氯化铋,亚碲酸钠,氢氧化钠,表面活性剂EDTA二钠,以及还原剂硼氢化钠为初始原料,将初始原料的混合水溶液加入到聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜容器内,经过超声波振动30min后,在423～473K热处理24～72h后得到黑色粉末产物,用去离子水和无水乙醇反复洗涤除去产物中的可溶性离子和有机物,并在333K下真空干燥,最后得到花簇状的Bi2Te3化合物粉体,并对产生花簇状的原因进行了分析和阐述。