铋锶钴氧纳米复合薄膜的制备及其性能研究

摘要

错配层结构的铋锶钴氧（Bi2Sr2Co2Oy）是一种新型的p型氧化物热电材料，因较大的赛贝克系数各向异性、较低的电阻率和适中的可见光透过率，在横向热电器件及透明导电电极领域也具有潜在的应用前景。在本论文工作中，我们利用脉冲激光沉积（PLD）技术制备了高质量的Bi2Sr2Co2Oy/Au（BSCO/Au）纳米复合薄膜并研究了纳米金颗粒复合对BSCO薄膜热电、横向热电及透明导电特性的影响，主要内容和结论如下：
　　1.采用脉冲激光刻蚀 BSCO/Au马赛克复合靶材，在LaAlO3（001）单晶基片上制备了BSCO/Au（Au=0、0.8、1.59at％）纳米复合薄膜。X射线衍射表明所制备的BSCO薄膜为c轴取向生长且无任何杂相，高分辨透射电镜测试表明金颗粒均匀地分散在BSCO薄膜当中，晶粒粒度约为5-10nm。
　　2.随着BSCO薄膜中Au纳米颗粒含量的增加，薄膜的电阻率大幅减小而赛贝克系数和可见光平均透射率基本保持不变，导致BSCO薄膜热电功率因子和光电品质因子均显著提高，这表明金纳米复合是提高BSCO薄膜热电性能和透明导电特性的有效手段。如当金纳米颗粒掺杂量为1.59at%时，BSCO/Au复合薄膜室温电阻率为3.0mΩ·cm，可见光范围内平均透射率48%，薄膜光电品质因子（Figure of merit）FOM高达2270MΩ-1，为迄今P型透明导电氧化物薄膜报道的最好结果之一。
　　3.采用脉冲激光沉积技术在斜切10°的LaAlO3（001）单晶基片上制备了c轴倾斜生长的BSCO/Au纳米复合薄膜并对其横向热电效应进行了研究。实验发现，纳米金颗粒复合能显著提高BSCO薄膜中横向热电效应中开路输出电压信号的灵敏度。如当金纳米颗粒的掺杂量为0.8at%时，输出电压幅值提高了约14倍。

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第1章 绪 论

1.1 热电效应

1.2 光诱导横向热电效应

1.3 透明导电氧化物（TCO）

1.4 铋锶钴氧（Bi2Sr2Co2Oy）热电材料

1.5 本论文主要研究内容

第2章 样品制备、表征及性能测试

2.1 脉冲激光沉积技术

2.2 样品的表征方法

2.3 性能测试

2.4 横向热电效应测试

2.5 小结

第3章 Bi2Sr2Co2Oy /Au纳米复合薄膜热电性能研究

3.1 引言

3.2脉冲激光沉积Bi2Sr2Co2Oy /Au纳米复合薄膜

3.3 样品的晶体结构、表面形貌和微结构分析

3.4 Bi2Sr2Co2Oy /Au纳米复合薄膜热电性能研究

3.5 本章小结

第4章 Bi2Sr2Co2Oy/Au纳米复合薄膜光诱导横向热电效应研究

4.1 引言

4.2 薄膜晶体结构和吸收谱测试

4.3 Bi2Sr2Co2Oy/Au纳米复合薄膜LITT效应

4.4 本章小结

第5章 Bi2Sr2Co2Oy/Au纳米复合薄膜透明导电特性研究

5.1 引言

5.2 Bi2Sr2Co2Oy/Au纳米复合薄膜电学性能研究

5.3 Bi2Sr2Co2Oy/Au纳米复合薄膜光学性能研究

5.4 光电品质优值

5.5 本章小结

第6章 结束语

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间发表的学术论文和专利