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《VA—VIA族化合物半導體納米熱電薄膜的電化學原子層外延生長》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、華中科技大學博士學位論文VA—VIA族化合物半導體納米熱電薄膜的電化學原子層外延生長姓名：朱文申請學位級別：博士專業(yè)：材料學指導教師：楊君友20050801華中科技大學博士學位論文摘要納米薄膜熱電材料在集成電路微電子光電子技術領域和生物芯片醫(yī)療器材及國防軍工領域都有非常誘人的應用前景然而當前其主要制備方法分別存在原材料成本高高溫生長工藝復雜環(huán)境污染等一系列問題本論文采用電化學沉積與原子層外延相結(jié)合形成一種低成本過程易控室溫沉積環(huán)境負荷小的新方法電化學原子層外延法ElectrochemicalAtomicLa
2、yerEpitaxy;以下簡稱ECALE首次成功外延生長出了Bi2Te3Sb2Te3納米薄膜熱電材料通過電化學分析X射線衍射分析(XRD)能量彌散X衍射分光計(EDX)掃描電子顯微分析(SEM/FESEM)電子探針顯微分析(EPMA)光電子能譜分析(XPS)紅外光譜分析(FTIR)等多種分析測試手段研究優(yōu)化了納米薄膜熱電材料的沉積工藝探討了納米薄膜熱電材料的沉積生長熱力學規(guī)律等基礎科學問題本論文首次采用ECALE法制備Bi2Te3Sb2Te3VA-VIA族化合物納米薄膜熱電材料是一項非常有意義的創(chuàng)新性探索對
3、發(fā)展薄膜熱電材料及其器件的新型制備方法進一步提高其熱電性能拓寬其應用范圍都有重要的學術研究價值和廣闊的應用前景本文第一部分首先介紹了熱電效應及其應用材料的熱電效率及提高材料熱電效率的途徑并對熱電材料的研究進展納米薄膜熱電材料制備方法以及電化學原子層外延的特點及欠電勢沉積的基本原理作了詳細的綜述在此基礎上指出了本文的研究目的和意義詳細介紹了我們自行設計研制的ECALE納米薄膜自動沉積系統(tǒng)并對關鍵部件如溶液自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)薄層電化學池系統(tǒng)電化學測試系統(tǒng)進行了較為詳細的闡述第二部分采用循環(huán)伏安法陽極動電位掃描和庫侖計
4、量法等多種電化學分析手段對VA族元素BiSb和VIA族元素Te分別在鉑冷軋銀多晶金襯底上以及VAVIA族元素相互在各自表面上的欠電位沉積特性進行了分析確定了Bi2Te3Sb2Te3在不同襯底上ECALE生長的最佳工藝參數(shù)詳細研究了Bi2Te3Sb2Te3薄膜在不同襯底上的ECALE生長過程及熱力學規(guī)律分析了沉積薄膜的形貌和組織結(jié)構同時對電化學原子層外延沉積熱力學進行了初步的理論探討確定了Bi2Te3薄膜在鉑襯底上ECALE生I華中科技大學博士學位論文長的有效手段首次將碲的氧化欠電勢沉積與鉍的還原欠電勢沉積相
5、結(jié)合成功制備出了Bi2Te3薄膜分析了最初30層電位調(diào)節(jié)斜率對碲化鉍薄膜ECALE生長的影響確立了最佳電位調(diào)節(jié)步長值在對BiTe系熱力學分析的基礎上確定了既能防止銀襯底表面氧化又能溶解碲和鉍的最佳pH值范圍首次發(fā)現(xiàn)在銀襯底表面預先沉積少量的鉍能有效地防止銀的氧化同時也發(fā)現(xiàn)銀氧化物的出現(xiàn)能抑止鉍的沉積詳細研究了裸露襯底上和覆蓋了一種元素的襯底上的循環(huán)伏安曲線差異闡述了鉍和碲在冷壓銀襯底上欠電勢沉積的熱力學規(guī)律采用循環(huán)伏安法分析了碲元素和鉍元素在金襯底上的電化學特性在對脫出功差值研究的基礎上首次發(fā)現(xiàn)鉍覆蓋的金襯
6、底在Te溶液中循環(huán)伏安曲線上處于0.23V的欠電位峰對應的是碲在金襯底上的欠電位峰而處于0~-0.3V的欠電勢峰則符合碲原子和吸附的鉍原子之間的交互作用是Te在吸附Bi原子表面的欠電位峰使用陽極剝落電流的積分法拉第電荷確定了鉍碲在相互之上的最佳欠電勢范圍優(yōu)化了在多晶金襯底上沉積Bi2Te3的ECALE工藝FESEM研究證實沉積物遵循外延生長模式研究了Sb2Te3納米薄膜在鉑襯底上的ECALE生長過程首次發(fā)現(xiàn)在襯底和生長的半導體之間存在一個接觸界面層建立了達到穩(wěn)態(tài)沉積條件的電位調(diào)節(jié)工藝采用FTIR研究了Sb2
7、Te3化合物納米薄膜的紅外吸收特性并確定了能隙值與塊體材料相比其吸收限出現(xiàn)了明顯的藍移特性從平衡熱力學角度出發(fā)建立了原子層覆蓋度和電吸附價的理論計算模型分析了單原子層沉積的平衡雙電子層特性建立了單原子層平衡電位方程全面考慮了欠電勢單原子層的特性克服了傳統(tǒng)能斯特方程的僅考慮塊體金屬活度的片面性建立了欠電勢電位與覆蓋度的理論關系對欠電勢電位與電吸附價的關系進行了初步的探索關鍵詞熱電材料電化學原子層外延欠電勢沉積碲化鉍碲化銻納米薄膜II華中科技大學博士學位論文ABSTRACTLowdimensionalornan
8、oscalethermoelectricmaterialswhichareverypromisinginmanyfieldssuchasintegratedcircuit,microelectronicsandoptoelectronicsattractmuchattentioninrecentyears.However,theircurrentmethodsforpreparationareobsessedby
