论文题目: VA－VIA族化合物半导体纳米热电薄膜的电化学原子层外延生长
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 朱文
导师: 杨君友
关键词: 热电材料,电化学原子层外延,欠电势沉积,碲化铋,碲化锑,纳米薄膜
文献来源: 华中科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 纳米薄膜热电材料在集成电路、微电子、光电子技术领域和生物芯片、医疗器材及国防军工领域都有非常诱人的应用前景。然而当前其主要制备方法分别存在原材料成本高、高温生长、工艺复杂、环境污染等一系列问题。本论文采用电化学沉积与原子层外延相结合形成一种低成本、过程易控、室温沉积、环境负荷小的新方法-电化学原子层外延法（Electrochemical Atomic Layer Epitaxy; 以下简称ECALE）,首次成功外延生长出了Bi2Te3、Sb2Te3纳米薄膜热电材料。通过电化学分析、X 射线衍射分析（XRD）、能量弥散X 衍射分光计（EDX）、扫描电子显微分析（SEM/FESEM）、电子探针显微分析（EPMA）、光电子能谱分析（XPS）、红外光谱分析（FTIR）等多种分析测试手段,研究优化了纳米薄膜热电材料的沉积工艺,探讨了纳米薄膜热电材料的沉积生长热力学规律等基础科学问题。本论文首次采用ECALE 法制备Bi2Te3、Sb2Te3 VA-VIA 族化合物纳米薄膜热电材料,是一项非常有意义的创新性探索,对发展薄膜热电材料及其器件的新型制备方法,进一步提高其热电性能,拓宽其应用范围都有重要的学术研究价值和广阔的应用前景。本文第一部分首先介绍了热电效应及其应用、材料的热电效率及提高材料热电效率的途径,并对热电材料的研究进展、纳米薄膜热电材料制备方法,以及电化学原子层外延的特点及欠电势沉积的基本原理作了详细的综述,在此基础上指出了本文的研究目的和意义。详细介绍了我们自行设计、研制的ECALE 纳米薄膜自动沉积系统。并对关键部件如溶液自动转换系统、薄层电化学池系统、电化学测试系统进行了较为详细的阐述。第二部分采用循环伏安法、阳极动电位扫描和库仑计量法等多种电化学分析手段对VA 族元素Bi、Sb,和VIA 族元素Te 分别在铂、冷轧银、多晶金衬底上以及VA、VIA族元素相互在各自表面上的欠电位沉积特性进行了分析,确定了Bi2Te3、Sb2Te3在不同衬底上ECALE 生长的最佳工艺参数。详细研究了Bi2Te3、Sb2Te3薄膜在不同衬底上的ECALE 生长过程及热力学规律。分析了沉积薄膜的形貌和组织结构。同时对电化学原子层外延沉积热力学进行了初步的理论探讨。确定了Bi2Te3薄膜在铂衬底上ECALE 生
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一部分 导论
1 热电材料概述
1.1 热电效应及其基本原理
1.2 热电效应的应用
1.3 材料的热电效率及提高热电效率的几种途径
1.4 热电材料研究现状及分析
1.5 纳米薄膜热电材料的应用范围及其前景展望
1.6 结语
2 电化学原子层外延
2.1 纳米热电薄膜材料制备方法概述
2.2 电化学原子层外延的特点
2.3 欠电势沉积的基本原理
2.4 国内外发展现状及本课题的研究意义
3 ECALE 纳米薄膜自动沉积装置的研制
3.1 溶液自动转换系统
3.2 薄层电化学池系统
3.3 电化学测试系统
第二部分 电化学原子层外延制备纳米薄膜热电材料
4 碲化铋薄膜在铂衬底上的ECALE 沉积
4.1 引言
4.2 实验方法
4.3 碲元素和铋元素分别在铂衬底上的电化学特性
4.4 碲化铋薄膜在铂衬底上的ECALE 沉积
4.5 碲化铋薄膜的形貌及组织结构分析
4.6 本章小结
5 冷压银衬底上碲化铋薄膜的ECALE 研究
5.1 引言
5.2 实验方法
5.3 碲元素和铋元素在银衬底及相互在各自之上的电化学特性
5.4 碲化铋薄膜在银衬底上的ECALE 沉积
5.5 本章小结
6 碲化铋薄膜在多晶金衬底上的ECALE 研究
6.1 引言
6.2 实验方法
6.3 碲和铋分别在金衬底以及相互之上的电化学特性
6.4 碲化铋薄膜在金衬底上的ECALE 沉积
6.5 碲化铋薄膜在金衬底上的形貌及组织结构分析
6.6 本章小结
7 碲化锑薄膜在铂衬底上的ECALE 沉积
7.1 引言
7.2 实验方法
7.3 碲和锑分别在铂衬底及相互在各自之上的电化学特性
7.4 碲化锑薄膜在铂衬底上的ECALE 沉积
7.5 沉积碲化锑薄膜的形貌及组织结构分析
7.6 本章小结
8 电化学原子层外延沉积热力学初探
8.1 引言
8.2 电化学原子层外延平衡热力学计算方法理论概述
8.3 平衡双电层特性
8.4 电化学原子层外延沉积过程中的平衡热力学
8.5 本章小结
9 全文总结及展望
9.1 论文创新点
9.2 全文总结和展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表和待发表论文
附录2 攻读博士学位期间获授权和申请专利
发布时间: 2006-04-05
参考文献
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