碲化铋薄膜载能粒子相互作用的超快研究

摘要

碲化铋由于禁带宽度非常窄而具有高电导率和塞贝克系数，同时具有低热导率，成为已知的室温下优值系数最高的热电材料。已有研究表明，纳米薄膜和超晶格是进一步提高材料热电性能的可行途径。因此超快研究碲化铋纳米薄膜中载能子间的相互作用过程及机理对开发高性能热电材料有重要意义。本文采用飞秒激光泵浦-探测技术，实验研究了沉积在硅基底上厚度为100nm碲化铋薄膜中各载能粒子的相互作用过程。通过改变延迟时间步长，分别观察到价带电子被光子激发跃迁至导带，激发电子在导带内与声子的能量弛豫过程及导带电子与空穴复合跃迁至价带，并将能量传递给声子导致声子温度升高的过程。在此过程中，还观察到热应力产生声波，并沿薄膜法向传播在界面处被反射回薄膜表面引起薄膜反射率扰动的现象，并据此得到了碲化铋薄膜中纵波声速为2649m/s。