MnSi1.7薄膜热电性能研究

论文摘要

本文对n型和p型MnSi1.7薄膜进行了俄歇谱分析,研究了化学位移和薄膜电学性能之间的关系。和纯Mn相比,p型和n型MnSi1.7薄膜样品的Mn[MVV]峰分别有+2.0和+7.0 eV的化学位移。与纯Mn [LMM]的峰位在545、592、638 eV处相比,p型和n型MnSi1.7薄膜的545 eV的峰位都没有改变;592 eV的峰位都有-0.5 eV的化学位移;p型MnSi1.7薄膜的638 eV的峰位有+0.5 eV的位移,而n型MnSi1.7薄膜的638 eV的峰位没有位移。在用磁控溅射制备的两个样品中,出现了Mn[MVV]谱中50 eV、Mn [LMM]谱中600、654、705 eV的新的峰位,这些峰在n型样品中更强,这可能与薄膜中含有Fe杂质有关。与纯Si相比,n型和p型样品的Si[LVV]峰均有+1.0 eV的化学位移。利用磁控溅射镀膜的方法对n型MnSi1.7薄膜进行了C掺杂,掺杂后样品还是n型。但是,样品的Seebeck系数和电阻率发生了变化。当样品掺入C后,Seebeck系数略有增加,电阻率减小,导致功率因子明显提高。当样品掺入量-碳薄膜厚度为2 nm时,功率因子在温度683 K时最大可达1048μW/m-K2,已接近p型体材料的数值。利用电子束蒸发制备了1427 nm厚度的MnSi1.7薄膜。与文献上报道的p型MnSi1.7体材料和薄膜不同,大部分纳米尺寸薄膜在室温下是p型的,随温度升高会变为n型。对这些纳米尺寸的MnSi1.7薄膜样品进行Fe掺杂,当掺杂Fe含量-FeSi2薄膜的厚度为11 nm时,样品表现为n型半导体性质。掺杂后,样品电阻率降低,这与Fe杂质所起的作用有关。样品掺杂Fe后,Seebeck系数增加,在温度483 K时Seebeck系数为-662μV/K,同时,功率因子也有明显提高,在533 K时已达到5133μW/m-K2。当薄膜厚度为14 nm时,尽管没有铁掺杂,但是样品是n型的,在483 K时,Seebeck系数有最大值-967μV/K。如此大的Seebeck系数可能与低维半导体中费米能级附近的态密度有所增大有关。

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摘要

Abstract

第1章引言

1.1 热电效应基本原理

1.2 热电材料发展概况

1.73 的研究'>1.3 过渡金属硅化物和MnSi_1.73的研究

1.4 本论文研究内容及意义

第2章实验方法与装置

1.7 薄膜制备方法与装置'>2.1 MnSi_1.7薄膜制备方法与装置

2.1.1 电子束蒸发镀膜

2.1.2 磁控溅射镀膜

2.1.3 薄膜制备一般流程

1.7 薄膜热电性能测量方法与装置'>2.2 MnSi_1.7薄膜热电性能测量方法与装置

2.2.1 电阻率及Seebeck 系数测量的一般方法

2.2.2 电阻率及Seebeck 系数测量实验装置与测量方法

2.2.3 其它测试

1.7薄膜的俄歇电子能谱分析'>第3章 MnSi_1.7薄膜的俄歇电子能谱分析

1.7 薄膜样品制备条件'>3.1 MnSi_1.7薄膜样品制备条件

3.2 样品的X 射线衍射与热电测量结果

3.3 样品的俄歇能谱测试结果与分析

3.3.1 样品P1605 的俄歇能谱测试结果与分析

3.3.2 样品P1208 的俄歇能谱测试结果与分析

3.3.3 样品N2904 的俄歇能谱测试结果与分析

3.3.4 几点讨论

3.4 本章小结

1.7薄膜的C 掺杂研究'>第4章 n 型MnSi_1.7薄膜的C 掺杂研究

4.1 样品制备

4.2 实验结果与讨论

4.3 小结

1.7薄膜的制备及Fe 掺杂'>第5章纳米尺寸MnSi_1.7薄膜的制备及Fe 掺杂

1.7 薄膜热电性能研究'>5.1 纳米尺寸的MnSi_1.7薄膜热电性能研究

5.1.1 样品制备

5.1.2 实验结果与讨论

5.1.3 小结

1.7 薄膜的Fe 掺杂研究'>5.2 纳米尺寸MnSi_1.7 薄膜的Fe 掺杂研究

5.2.1 样品制备

5.2.2 实验结果与讨论

5.2.3 小结

第6章结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

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