研究目的
利用SOI和SOQ衬底改善Ni-Si纳米复合薄膜的热电性能，通过增强载流子输运和降低热导率，旨在实现近室温及高温条件下更高的ZT值。
研究成果
采用SOI和SOQ衬底实现了镍硅纳米晶薄膜的取向生长，通过增加缺陷密度提升了载流子迁移率并降低了热导率。与二氧化硅衬底和块体硅上的薄膜相比，这产生了显著更高的ZT值——p型薄膜在500°C时ZT值达到0.65，n型达到0.40，证明了基于硅材料的高效热电器件具有应用潜力。
研究不足
该研究在精确控制载流子密度方面存在局限性，这是由于溅射过程中的粗糙控制以及退火过程中的扩散导致塞贝克系数和ZT值出现波动。热导率测量假设材料具有各向同性特性，且相关方法可能存在固有不确定性。通过优化掺杂和退火工艺可提高重现性。
1：实验设计与方法选择：
研究采用直流磁控溅射和热退火工艺，在SOI和SOQ衬底上生长(100)取向的Ni-Si纳米复合薄膜以改善热电性能。运用了ZT计算和声子散射的理论模型。
2：样品选择与数据来源：
样品为Ni-Si纳米复合薄膜（组成为NiSi20），分别掺杂硼（p型）和磷（n型），生长于特定厚度和取向的SOI及SOQ衬底上。
3：实验设备与材料清单：
设备包括直流磁控溅射系统、快速热退火(RTA)炉、轮廓仪(Dektak 3)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)系统(Rigaku Ultima IV)、连续激光拉曼光谱装置、霍尔测量系统、扫描热探针显微成像(STPM)系统(ULVAC-RIKO公司)、TCN-2ω法系统(ULVAC-RIKO公司)以及ZEM-3电阻测量系统(ULVAC-RIKO公司)。材料包含Ni-Si靶材、SOI和SOQ衬底、掺杂剂(硼和磷)以及用于薄膜沉积的金。
4：3)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)系统(Rigaku Ultima IV)、连续激光拉曼光谱装置、霍尔测量系统、扫描热探针显微成像(STPM)系统(ULVAC-RIKO公司)、TCN-2ω法系统(ULVAC-RIKO公司)以及ZEM-3电阻测量系统(ULVAC-RIKO公司)。材料包含Ni-Si靶材、SOI和SOQ衬底、掺杂剂(硼和磷)以及用于薄膜沉积的金。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：通过溅射沉积非晶NiSi20薄膜，随后在800°C进行热退火实现相分离，在1200-1230°C进行RTA激活掺杂剂。采用TEM、XRD和拉曼光谱进行结构表征，霍尔效应测量电学性能，STPM和TCN-2ω法测量热学性能，ZEM-3测量温度依赖性性能。
5：数据分析方法：
数据分析包括根据S、ρ、κ和T计算ZT；对分布图进行统计分析；并与c-Si及其他纳米复合材料的文献值进行对比。
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x-ray diffraction system
Ultima IV
Rigaku
Characterizing the crystal structure of films using XRD
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profilometer
Dektak 3
Measuring the thickness of deposited films
-
scanning thermal probe micro-imaging system
STPM
ULVAC-RIKO Corp.
Measuring in-plane distributions of Seebeck coefficient and thermal conductivity
-
TCN-2ω method system
TCN-2ω
ULVAC-RIKO Corp.
Measuring thermal conductivity using a thermo-reflectance technique
-
electrical resistance measuring system
ZEM-3
ULVAC-RIKO Corp.
Measuring temperature-dependent electrical resistance, Seebeck coefficient, and ZT
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