电子束蒸发富铋Bi2Te3薄膜的结构、电学、光学及热电性能

摘要： 采用电子束蒸发技术在300K下制备了富铋Bi2Te3薄膜，电子束源功率为45W。沉积后，这些富铋Bi2Te3初始薄膜（Bi-BT-AD）分别在100°C（Bi-BT-100）、200°C（Bi-BT-200）和300°C（Bi-BT-300）下于3×10^-4 Pa压力中退火1小时。X射线衍射测量显示存在Bi相与结晶态Bi2Te3，表明Bi-BT-AD薄膜中可能存在富铋Bi2Te3相。Bi2Te3(015)晶面的宽化峰表明颗粒具有纳米晶特性。退火后Bi-BT-100的衍射图谱未发生变化，但Bi-BT-200和Bi-BT-300薄膜在2θ约20°和47°处出现未知相的X射线反射峰，这表明存在铋相关二次相偏析及Bi在Bi2Te3晶格中的热力学不稳定性。拉曼研究表明Bi二次相与富铋Bi2Te3纳米晶粒共存。真空退火后富铋Bi2Te3薄膜仍保持p型电学特性，而过量Bi消失并转化为未知微量相。所有退火薄膜的电阻率约为0.9×10^-4 Ωcm，塞贝克系数也无变化，维持在33至36 μV/K范围。Bi-BT-100的热电性能在不同温差ΔT下测试时表现出高功率因子，在ΔT=100°C时达到最大值约17.5×10^-4 W/K2m。因此与近化学计量比薄膜不同，富铋薄膜仅需低温退火（~100°C）即可获得优化参数，且其功率因子高于近化学计量比薄膜。由此可见，使用富铋Bi2Te3薄膜可在300K下实现优良热电性能，适用于温度敏感器件制备。