Главная  Пленочные термоэлементы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [ 40 ] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]


вс,мк6/К

-200 -


JJOT?Z

Рис. 2.22. Зависимости концентрации дырок (Т) и коэ14)фициента термо-ЭДС {2) в пленках - BiojsSbisTeg от температуры подложки [172]

Рис. 2.23. Зависимости концентрации электронов (i) и коэффициента термо-ЭДС {2) QT температуры подложки в пленках п - Bi2Te2,4Seo,6

ec.mBJK


m zoo JOO 4oo r,{i

Рис. 2.24. Зависимость подвижности дырок для пленок (Bi, 8Ь)2Тез) от температуры подложки

Рис. 2.25. Зависимость коэффициента термо-ЭДС (1) и электропроводности (2) для пленок р - BiosSbi sTcg, полученных лазерным напылением, от температуры подложки

получали в [179] конденсацией из паровой фазы с большим избыт ком теллура на подложку при температуре 150-300° С с последуюш;им отжигом в атмосфере аргона при давлении, превы-шающем 0,1 Па (для повышения однородности пленки), и кратковременным отжигом (3-5 мин) в вакууме для отгонки непрореаги-ровавшего теллура.

При уменьшении содержания сурьмы в твердом растворе (Bi, 8Ь)2Тез смещение стехиометрии в сторону недостатка теллура



уменьшается, и в пленках состава BiSbTog на слюде в зависимости от температуры подложки можно было получить разный тип проводимости [172]. При Гп 275° С пленки имели электронную проводимость с холловской концентрацией носителей /г = 6-.1014-2-101® см~, при Гп = 300° С получались пленки с дырочной проводимостью р ~ 7-101® 2Л0сш~, Длительный (в течение 300 ч) отжиг в аргоне при температуре 250° С пленок (Bi, 8Ь)2Тез не изменял величин холловской концентрации носителей заряда, т. е. не наблюдалось выделение растворенного теллура из твердого раствора. Однако увеличение температуры от-:жига вызывало увеличение концентрации дырок в пленках (BiSb)2Te3. После отжига при температуре 350° С пленки /г-Bi3cSb2-ocTe3 {х > 1) приобретали дырочную проводимость.

Зависимости концентрации носителей заряда от температуры подложки, полученные в [174] для пленок твердых растворов П--Bi2Te2,4Seo,6 на слюде, показаны на рис. 2.23. Так же как для пленок р - Bio5Sbi,5Te3, здесь наблюдается минимум холловской концентрации носителей заряда при высоких температурах подложки (минимальная концентрация 3JjeKTpoHOB составляла (7 ~-8). 101® см~). Сходный характер рассматриваемых зависимостей для пленок р - Bio йбЬйТоз жп BigTea-xSojc, несмотря на разный тип проводимости, можно объяснить различным леги-руюпим действием в ABi избыточных элементов V-й группы в зависимости от того, находятся они в междоузлиях или образуют антиструктурные дефекты. Как отмечалось в разд. 2.3, в ВхаЗоз избыточный висмут - донор, тогда как избыточный висмут в Bi2Te3 и сурьма в 8Ь2Тез акцептор. Возможно, что в пленках Bio,5Sbi,5Te3 и Bi2(Te, 8е)з избыточные атомы элементов V-й группы оказывают противоположное легирующее действие.

Эффективный метод легирования пленок Bi2(Te, 8е)з - ионная имплантация. В [150] в пленки твердого раствора Bi2Te2,88Seo,i2 на слюде при комнатной температуре имплантировались ионы фтора с энергией 50 кэВ при дозе облучения 3,1-• 1012-3,1 • 101 ион/см2 и плотности ионного тока 0,4-1,2 мкА/см. В результате получены пленки с высокими значениями параметра мощности аа.

Подвижность. Увеличение температуры подложки до 250° С при напылении пленок (Bi, 8Ь)2Тез и Bi2(Te, 8е)з на слюде повышает подвижность носителей заряда в результате отжига дефектов, гомогенизации пленки и отгонки непрореагировавшего вещества с подложки [60, 172, 174]. Однако, согласно [60], при температурах подложки свыше 250° С подвижность дырок в пленках (Bi, 8Ь)2Тез снижается из-за рассеивающего действия вакансий, образующихся вследствие интенсивного реиспарения теллура (рис. 2.24). При оптимальных температурах подложки 225-250° С подвижность дырок в пленках Bio,5Sbi,5Te3 достигает 330- 380 см2/(В.с) [172]. В пленках п - Bi2Te2,4Seo,6 при температуре подложки 300° С подвижность электронов достигает 200- 220 cmV(B-c) [174]. Отжиг пленок р - Bio5Sbi,5Te3 в атмосфе-



ре аргона высокой чистоты при давлении 0,9 атм и температуре 350° С в течение 0,5 ч вызывае дальнейшей рост подвижности до 400-450 см2/(В.с) [172]. Отжиг пленок 1 - 2X02,4860,6 при температурах 350-400° С не приводит к улучшению их электрических характеристик: подвижность носителей в пленках, а также концентрация электронов снижаются. Это связано с образованиемг второй фазы - свободного теллура, выделяюш,ейся в основном: по границам зерен [174].

Термоэлектрические параметры пленок п - В12Тез и п - Bi2 (Те, 8е)з, полученных при оптимальных условиях,, приведены в табл. 12.

Таблица 12.

Термоэлектрические параметры объемных кристаллов и пленок В12Тез-Bi2Seap ti-типа проводимости при 300 К [174]

Состав образца

1 а 1, мкВ/К

а-Ю-

-3, Ом-1

СМ-*

а*(Т.10в, Бт/(см.К2)

BigTes

0,95

46,5

Bi2Ti2,4Seo,6

25,5

примечание. В первых столбцах приведены термоэлектрические параметры для объемных кристаллов, во вторых и третьих - для пленок на слюде.и полиими-де соответственно.

Данные таблицы показывают, что термоэлектрические параметры пленок на слюде и объемных кристаллов различаются мало.

Пленки твердых растворов р - Bi gSbigTes и п - Bi2Te2,4Seo,6, напыленные на аморфную подложку (полиимид) в условиях, оптимальных для пленок на слюде, обладают более-высокой концентрацией носителей заряда (1-2) 10® см"" и существенно меньшей холловской подвижностью (120-150 cmV(B • с)} [172, 174]. Снижение подвижности объясняется как дополнительным рассеянием носителей на дефектах в менее совершенной структуре пленок на аморфной подложке, так и отклонением ориентации зерен от оптимальной, при которой базисная плоскость параллельна подложке. Отжиг пленок р - Bio ЗЬьТоз (условия отжига указаны выше) повышает подвижность до значений 340- 350 см/(В-с) [172] за счет уменьшения влияния этих факторов. Рост подвижности до 300-350 см2/(В-с) наблюдается также в пленках твердого раствора п - Bi2(Te, 8е)з на полиимидной подложке после отжига в аргоне в течение часа при температуре 350° G [180].

Для пленок твердого раствора Bio,5Sbi бТоз, напыленных на слюду лазерным испарением, характерна резкая зависимость удельной электропроводности, измеренная при 300 К от температуры подложки. Так, по данным [79], при увеличении темпера-



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [ 40 ] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

0.0013