Sr3YCo4-xMgxO10.5+δ(0≤x≤0.04)多晶的制备和热电输运性质研究

采用固相反应法制备Sr3YCo4-xMgxO10.5+δ(0≤x≤0.04)系列多晶,研究了Mg掺杂对体系结构、电输运和热电性质的影响.结果表明系列多晶为四方晶系,由于掺入的Mg2+(0.066 nm)部分替代了Co3+/4+(0.053 nm/0.061 nm),使晶格膨胀;多晶热电势在340~830 K随温度升高而下降,且Mg掺杂对热电势影响不大,表明Mg掺杂对体系载流子浓度影响不大;多晶电阻率在100~300 K随温度升高而降低,且随着掺杂量增加电阻率降低,结合扫描电镜观察到多晶的气孔数目减少、晶粒连接紧密和热电势的结果认为Mg掺杂对体系电输运性质的影响机制主要是使气孔、晶界散射作用减弱、载流子迁移率变大,而Mg掺杂对载流子浓度的影响是次要的.     

Al掺杂Ⅷ型Sn基单晶笼合物载流子调制对其热电传输特性的影响

本文采用Sn自熔剂法,通过调节Ga的起始含量(Ba∶ Ga∶ Al∶ Sn =8∶x∶6∶50;x=10,20,30)实现对载流子进行调制,制备出具有p型和n型传导的Ⅷ型Sn基单晶笼合物,并对其结构和热电特性进行研究.研究结果表明,随着Ga起始含量的增加,Al在化合物中的固溶度减小,材料的晶格常数也随之减小;x=10的样品Seebeck系数全部为负值,x=30的样品Seebeck系数全部为正值,而x=20的样品在450 K后由于本征激发Seebeck系数显著降低,在550 K附近由p型传导转变为n型传导;室温下具有p型传导的化合物具有较高的载流子浓度,但其迁移率显著降低,从而导致其相应的化合物具有较高的电阻率,因此通过对Ga起始含量的改变能够对化合物的载流子实现有效调控;此外,在300 ～600 K内均具有p型传导的样品室温下的载流子有效质量较n型样品的高;通过估算的热导率κ、实测电阻率和Seebeck系数,计算出x=30的p型单晶样品在457 K处获得最大ZT值0.86.     

Bi掺杂对Ca3-xBixCo4O9氧化物微观结构和热电性能的影响

采用固态反应法制备Ca3-xBixCo4O9 (0.0≤x≤0.45)样品,并研究了Bi掺杂对样品的微观结构和热电性能的影响.XRD与SEM结果显示,在含Bi样品中形成了c轴取向的结构,x=0.3和x=0.45样品具有大的晶粒取向度和晶粒尺寸,这就导致了这两个样品具有较高的电导率.由于Bi3+替代Ca2+降低了载流子浓度,样品的塞贝克系数随Bi含量的增加而增加.在1000 K,x=0.3样品的功率因子可达2.77×10-4 W/m·K2,这一数值与利用热压法制备的Ca3Co4O9样品的功率因子相当.     

室温铁磁Sr4-xErxCo4O10.5+δ(0.6≤x≤1.2)多晶电输运和磁性能

采用固相反应法制备Sr4-xErxCo4O10.5+δ(0.4≤x≤1.2)多晶,系统研究了Er掺杂对体系结构、电输运和磁性质的影响.X射线衍射结果表明室温下x=0.4时多晶为立方晶系,空间群为P3m3,0.6≤x≤1.2时,为四方晶系,空间群为I4/mmm,四方相晶格常数随着Er含量增加而减小.扫描电子显微镜结果表明,随着Er掺杂量增加,晶粒细化,晶界增加.采用四探针法测量多晶的电阻率-温度曲线,结果表明多晶样品在80～ 300 K为半导体电输运行为,且随Er化学计量比增加样品电阻率和热激活能增大.采用超导量子干涉仪测量多晶的磁化强度-温度曲线和磁滞回线,结果表明0.6≤x≤1.2时Sr4-xErxCo4O10.5+δ多晶具有室温铁磁性,Tc≈320 ～ 335 K,室温铁磁性可能源于A位Sr和Er离子有序及CoO4.5+δ层中Co离子自旋倾斜净磁矩不为零.     

La掺杂CaMnO3基热电材料微观结构与热电性能研究

采用共沉淀法制备,分别在空气与混合了纳米碳粉的Al2 O3粉末(高温渗碳处理)中进行高温烧结后得到多晶钙钛矿型Ca1-xLaxMnO3(x=0,0.02,0.04,0.10)热电陶瓷,并对陶瓷样品的微观结构、热电性能进行了表征与评价.结论如下:T>700 K时,进行过高温渗碳处理的La2/C(x=0.02)系列,具有体系最大Seebeck系数绝对值240～250μV/K,功率因子PF在2.2～2.4 W·m-1·K-2,即电性能最优.所有掺杂样品较本征半导体热导率κ均有所降低.在920 K时,La2/C系列具有体系最大的热电优值ZTmax=0.067,约为同温度下未掺杂CaMnO3陶瓷ZT值的2倍.     

Sn自溶剂含量对Al掺杂Ⅷ型Sn基单晶笼合物电传输特性的影响

通过Sn自熔剂法制备了Al掺杂Ⅷ型Sn基单晶笼合物Ba8Ga10Al6Snx(x=40,50,60;Sn40,Sn50,Sn60),并研究Ba8Ga10Al6Snx单晶笼合物的结构和电传输特性对自熔剂Sn初始含量的依赖性.结果表明,Al的实际含量随Sn自熔剂含量的增加而基本保持不变,说明Sn的起始含量对Al在该笼合物中固溶度的影响较小;室温下Sn60样品的载流子浓度较高,这可能是因Al在笼合物Ga8 Ga16Sn30中的占位不同而导致费米能级附近能带色散关系发生变化所引起;另一方面,在300～600 K的温度范围内,获得较高功率因子的是Sn初始含量为50的样品,在488 K处获得最大值1.82×10-3 W·m-1·K-2;获得较低功率因子的是Sn初始含量为40的样品,而功率因子较低主要是由于该样品电导率较低.     

Fe掺杂CoSb3化合物的热电性能及电子结构研究

采用机械合金化结合冷等静压的方法制备了Co4-xFexSb12化合物,探讨了Fe掺杂对化合物热电性能的影响;利用基于密度泛函理论赝势平面波的方法对Fe掺杂前后的CoSb3的电子结构进行了计算.结果表明:在Co4-xFexSb12化合物中Fe的固溶极限x在0.3～0.5之间;CoSb3的费米而位于导带和价带之间,其电阻率随温度的升高而降低,为非简并半导体;Fe掺杂后费米面进入价带,使其成为P型简并半导体,电阻率较掺杂前大大降低并随温度的升高而增加;本实验条件下,Co37Fe0.3Sb12化合物的功率因子在600 K时出现1406.31μW/ m·K2的最高值,是未掺杂试样的功率因子最高值的7.4倍.     

稀土元素Ce掺杂对CaMnO3基热电材料的微观结构及高温电性能的影响

CaMnO3因其结构中元素在自然界中的丰度大、低毒和具有高温热和化学稳定性等优势而被认为是一类具有潜力的热电材料,但其较大的电阻率影响了热电性能的进一步提高.在钙位掺杂高价态稀土金属离子是降低其电阻率的有效途径.采用共沉淀法制备了一系列Ca1-xCexMnO3(x=0,0.02,0.04,0.06,0.10)热电材料.利用XRD,SEM等方法对材料的物相及断面形貌进行了表征,利用四探针法同时测量了CaMnO3材料的电阻率,Seebeck系数.XRD结果显示所有样品都为单相CaMnO3结构,扫描电镜显示Ce掺杂CaMnO3材料结构致密,具有较小和分散均匀的粒径.样品的电阻率和Seebeck系数的绝对值随着Ce掺杂量的增加而变小,Ca0.9Ce0.1MnO3的功率因子最大,为2.76×10-4W·m-1 ·K-2.     

利用直流磁控溅射法在柔性衬底上制备ZnO: Zr新型透明导电薄膜

室温下利用直流磁控溅射法在有ZnO缓冲层的柔性衬底 PET上制备出了可见光透过率高、电阻率低的掺锆氧化锌(ZnO: Zr)透明导电薄膜,研究了厚度对ZnO: Zr薄膜结构及光电性能的影响.结果表明,ZnO: Zr薄膜为六方纤锌矿结构的多晶薄膜.实验获得ZnO: Zr薄膜的最小电阻率为2.4×10-3 Ω·cm,其霍尔迁移率为18.9 cm2·V-1·s-1 ,载流子浓度为2.3×1020 cm-3.实验制备的ZnO: Zr薄膜具有良好的附着性能,其可见光平均透过率超过92;.     

自然掺杂p型ZnO薄膜的螺旋波等离子体辅助溅射沉积

本工作通过调整工作气压,采用螺旋波等离子体辅助射频磁控溅射技术在Al2O3衬底上成功的制备了自然掺杂的p型ZnO薄膜.Hall测量显示在Ar/O2等离子体辅助下,随气压增加所沉积薄膜表现出从n型到p型再到n型的转变.p型ZnO薄膜载流子浓度为1.30×1016cm-3,电阻率为99.68Ω·cm,霍尔迁移率为4cm2·V-1·s-1.X射线衍射和原子力显微镜的分析结果显示ZnO薄膜的导电类型和薄膜的生长特征相关,等离子体中活性粒子载能的减小导致薄膜表面成核几率增加和ZnO晶粒逐渐减小.较高氧活性粒子浓度有利于自然掺杂p型ZnO薄膜生长,而活性氧粒子种类的变化使薄膜生长质量变差,施主缺陷增加,薄膜转化为n型导电.     

热处理工艺对室温制备ZnO:Al薄膜结构与光电性能的影响

采用室温溅射加后续退火工艺制备了ZnO∶ Al透明导电薄膜.研究了热处理工艺对薄膜微观结构和光电性能的影响.研究表明:退火有助于减小Al~(3+)对Zn~(2+)的取代造成的晶格畸变,消除应力,促进晶粒长大,有效提高电子浓度和迁移率,降低电阻率;当溅射功率为80 W、退火温度为320 ℃时,薄膜的电阻率可低至8.6×10~(-4) Ω·cm;退火气氛对薄膜的导电性能有较大影响,真空退火可使吸附氧脱附,大大降低薄膜的方块电阻.而退火温度和退火气氛均对ZnO∶ Al薄膜的透光率没有明显影响,薄膜的透光率在86;以上.     

PET上沉积Al掺杂ZnO薄膜的光电特性研究

采用脉冲激光沉积技术(PLD),室温下在柔性衬底PET上制备了高度c轴择优取向的Al掺杂ZnO薄膜.XRD分析表明,不同Al掺杂浓度的样品均呈现单一的ZnO相.荧光光谱和透射光谱分析显示,低温低氧压下制备的Al掺杂ZnO薄膜在紫光区域有很强的荧光发射,在可见光区域具有较高的透射率;并且可以通过Al掺杂浓度调节薄膜紫色发光强度和薄膜带隙.薄膜的电阻率随着Al掺杂浓度的增加先降低后增加,在掺杂浓度为3;原子分数时达到最小值.     

Influence of substrate temperature and oxygen/argon flow ratio on the electrical and optical properties of Ga‐doped ZnO thin films prepared by rf magnetron sputtering

Effects of substrate temperature and atmosphere on the electrical and optical properties of Ga‐doped ZnO thin films deposited by rf magnetron sputtering were investigated. The electrical resistivity of Ga‐doped ZnO (GZO) films decreases as the substrate temperature increases from room temperature to 300°C. A minimum resistivity of 3.3 × 10^–4 Ω cm is obtained at 300°C and then the resistivity increases with a further increase in the substrate temperature to 400°C. This change in resistivity with the substrate temperature is related to the crystallinity of the GZO film. The resistivity nearly does not change with the O₂/Ar flow ratio, R for R < 0.25 but increases rapidly with R for R > 0.25. This change in resistivity with R is also related to crystallinity. The crystallinity is enhanced as R increases, but if the oxygen partial pressure is higher than a certain level (R = 0.25 ± 0.10) gallium oxides precipitate at grain boundaries, which decrease both carrier concentration and mobility. Optical transmittance increases as R increases for R < 0.75. This change in transmittance with R is related to changes in oxygen vacancy concentration and surface roughness with R. (© 2006 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

高掺锌/镁铌酸锂薄膜的光电性质

室温下采用射频磁控溅射(RFMS)技术在玻璃与硅基板上分别沉积了纯铌酸锂LN薄膜、高掺锌(6%,摩尔分数,下同)LN∶ZnO薄膜和高掺镁(5%)LN∶MgO薄膜,并在575 ℃条件下退火进一步提高薄膜的结晶度。通过原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见吸收(UV-Vis)和椭偏仪等测试研究了三种铌酸锂薄膜的形貌、结构和光学性质。XRD分析表明掺杂铌酸锂薄膜和纯铌酸锂薄膜具有相同的生长取向,AFM、XRD、UV-Vis测试结果表明,掺杂将增大铌酸锂薄膜的晶粒尺寸,光学带隙的红移现象与晶粒尺寸相关,且掺Mg的影响大于掺Zn。此外利用霍尔效应测试仪研究了LN、LN∶ZnO和LN∶MgO薄膜的电学性质,测试结果表明三种薄膜均为n型半导体,其中LN∶MgO薄膜电导率的变化趋势不同于LN∶ZnO和LN薄膜,且发现温度在18~50 ℃范围内,随着温度的升高,LN∶MgO薄膜的电导率变化微小,而LN∶ZnO和LN薄膜的电导率逐渐增大。     

Sintering behavior of ZnO:Al ceramics fabricated by sol‐gel derived nanocrystalline powders

ZnO:Al ceramics (Zn:Al, 0.95:0.05) were prepared by using sol‐gel derived nanocrystalline powders. XRD patterns of the doped ceramics revealed the existence of both zincite (JCPDS 36‐1451) and gahnite (JCPDS 5‐0669) phases. Gahnite phase (ZnAl₂O₄) was segregated along the ZnO grain boundaries. At the sintering temperature of 1200 °C, relative density of the undoped and Al doped ceramics were measured as 0.695 and 0.628, respectively. Both grain size and relative density of the ceramics decreased with Al doping. (© 2009 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

p-ZnO薄膜及其异质结的光电性质

采用射频磁控溅射法,在不同的Ar∶O2条件下,以高掺磷n型Si衬底为磷掺杂源制备了p型ZnO薄膜和p-ZnO/n-Si异质结.对ZnO∶P薄膜进行了光致发光谱(PL)、霍尔参数、Ⅰ-Ⅴ特性、扫描电镜(SEM)和X射线衍射谱(XRD)等测试.结果表明,获得的ZnO∶P薄膜沿(0002)晶面高取向生长,以3.33 eV近带边紫外发光为主,伴有2.69 eV附近的深能级绿色发光峰,空穴浓度为8.982 × 1017/cm3,空穴迁移率为9.595 cm2/V·s,p-ZnO/n-Si异质结I-V整流特性明显,表明ZnO∶P薄膜具有p型导电特性.     

灯丝温度对热丝CVD法制备p型氢化纳米晶硅薄膜微结构与光电性能的影响

本文采用热丝化学气相沉积法在不同灯丝温度(1650 - 1850℃)下沉积了p型氢化纳米晶硅薄膜,研究了灯丝温度对薄膜微结构、光学性能及电学性能的影响.结果表明,随着灯丝温度的升高,薄膜的晶化率先增大后略微减小,最大值是55.5;.载流子浓度和霍尔迁移率先分别从5×1017 cm-3和0.27 cm2/V·s增加到1.32×1020 cm-3和0.43 cm2/V·s后略微减小,同时电导率从0.02 S/cm显著增加到8.95 S/cm,而电导激活能则从271.5 meV急剧减小至25 meV.