优化分子束外延制备Bi2Te3材料及工艺：实验结果与ZT值分析

本章主要对分子束外延制备Bi2Te3材料的试验工艺进行了摸索。

（1）使用MBE制备了交叉型Bi2Te3纳米片薄膜，并使用乙二醇对薄膜进行了0 min、30 min、60 min、90 min的热处理。在热处理时，Bi2Te3在乙二醇中以一定比例（nBi∶nTe＝2∶3）溶解。由于溶解反应时间的不同，纳米片薄膜表面的粗糙度发生变化，致使Bi2Te3纳米片薄膜表面的电子-声子传输发生相应改变。经过乙二醇热处理90 min后的薄膜在300 K时获得最大的功率因子为13.4μW·cm-1·K-2，未经乙二醇处理的Bi2Te3薄膜在400 K时获得最大的功率因子18μW·cm-1·K-2。(www.xing528.com)

（2）通过退火处理，使Bi2Te3交叉纳米片薄膜变为平铺的多个单晶纳米片，这些纳米片之间存在孔。使用乙二醇对平铺型纳米片薄膜进行了0 min、30 min、60 min、90 min的热处理。在热处理时，Bi2Te3在乙二醇中以一定比例（nBi∶nTe＝2∶3）溶解，平铺型纳米片薄膜中出现新的孔。随乙二醇热处理时间的增加，孔的数量和大小呈增加趋势，由于孔生成机制的差异，在60 min热处理时孔的数量急剧增多，而孔径均值略有减小。整体上，随乙二醇热处理时间的增加，孔隙率增加。相对孔隙率和孔径而言，孔数量对薄膜的功率因子影响更明显。随薄膜单位面积内孔数量的增多，塞贝克系数、电导率和功率因子逐渐减小。未经乙二醇热处理的平铺型纳米片薄膜的功率因子最大，在300 K时高达49.1μW·cm-1·K-2，相应的孔隙率、孔径和数量分别为0.6%、122 nm和28个／100μm2。在300 K时，未经乙二醇热处理的交叉纳米片和平铺型纳米片薄膜的面外热导率分别为1.27 W·m-1·K-1和0.50 W·m-1·K-1，通过薄膜各向异性的分析，估算其面内热导率分别为1.27 W·m-1·K-1和1.22 W·m-1·K-1。最后，获得交叉型纳米片和平铺型纳米片薄膜的室温ZT值分别为0.3和1.2。由于平铺型纳米片薄膜的面内有大量纳米孔，因此其实际ZT值会大于1.2。