BiCuSeO薄膜光诱导横向热电效应研究

摘要

光诱导横向热电效应(LITT效应)是由于材料塞贝克系数各向异性产生的一种特殊热电效应，通常只能在c轴倾斜生长的薄膜或多层结构中观测得到。该效应在高灵敏、快响应的新型光探测器领域具有重要应用前景。铋铜硒氧（BiCuSeO）是一种新型硫属氧化物热电材料，目前国际上对其研究主要集中在常规热电效应上，鲜有LITT效应的研究报道。本论文以BiCuSeO为研究对象，利用脉冲激光沉积技术(PLD)制备了c轴倾斜生长的BiCuSeO薄膜，研究了辐照激光波长、能量、入射方向以及铅掺杂和测试气氛等对该薄膜LITT效应影响规律和机制。主要实验结论如下：
　　1、用脉冲激光、连续激光或纯热源（如电烙铁）对BiCuSeO薄膜表面进行辐照加热时，均可以在平行于膜面方向观测到明显的开路电压信号且 a)电压幅值随辐照激光波长的增加而减小；b)电压幅值随辐照激光能量的增加线性增大；c)若薄膜厚度大于光穿透深度，当激光从基片背面辐照时，电压信号极性发生反转。分析认为该信号源于薄膜上下表面温差ΔTz所产生的热电压信号，即横向热电效应。
　　2、研究了铅掺杂对Bi1-xPbxCuSeO（0≤x≤0.12）薄膜LITT效应的影响，并得到了最佳掺杂条件x=0.08，制备得到高灵敏、快响应的光电探测器。实验发现，当用紫外脉冲激光(308 nm)辐照薄膜表面时，随着铅掺杂量的增加，薄膜LITT效应输出电压信号幅值先增大后减小，在 x=0.08时达到最大值。一方面，随着铅掺杂量的增加，薄膜的电导率提高，使得薄膜上下表面温差ΔTz增大；另一方面，铅掺杂使晶粒的取向性变差，导致薄膜ab平面和 c轴方向 Seebeck系数的差值ΔS减小。二者共同的作用使得Bi1-xPbxCuSeO（0≤x≤0.12）薄膜 LITT效应输出电压信号幅值出现先增大后减小的趋势。
　　3、研究了在不同温度及气氛下Bi0.92Pb0.08CuSeO薄膜光电探测器的应用情况。实验发现，当用可见连续激光（532 nm）辐照薄膜表面时，随着温度的降低，薄膜LITT效应输出电压信号幅值因ΔS减小而减小；在真空条件下，LITT信号幅值比空气气氛条件下增大，这是由于真空条件下热弛豫缓慢导致ΔTz较大所致。

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第1章 绪 论

1.1 LITT效应简史

1.2 LITT效应理论基础

1.3 BiCuSeO热电材料简介

1.4 本工作的研究意义及主要内容

第2章 样品的制备与表征

2.1 脉冲激光沉积技术

2.2 样品表征方法

2.3 薄膜光吸收谱测试

2.4 LITT效应测试方法

2.5 热电性能测试方法

第3章 BiCuSeO薄膜的LITT效应研究

3.1 引言

3.2 BiCuSeO单晶薄膜制备与表征

3.3 沉积温度对BiCuSeO薄膜LITT特性影响研究

3.4 BiCuSeO薄膜的LITT效应测试

3.5 小结

第4章 Pb掺杂对BiCuSeO薄膜的LITT效应影响研究

4.1 引言

4.2 Bi1-xPbxCuSeO薄膜的制备与表征

4.3 Bi1-xPbxCuSeO薄膜的LITT性能测试

4.4 小结

第5章 测试气氛及温度对LITT效应影响研究

5.1 测试气氛对LITT效应的影响研究

5.2 测试温度对LITT效应的影响

5.3 小结

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