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研究生: 黃子勳
Huang, Tz-Shiun
論文名稱: (Bi2Te3/Bi2Se3)多層膜與合金的特性研究
Study of Bi2Te3/Bi2Se3 Multilayer and Alloy Grown on Glass
指導教授: 黃榮俊
Huang, Jung-Chun-Andrew
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 68
中文關鍵詞: 拓樸絕緣體合金多層膜熱電效應
外文關鍵詞: Topological insulator, alloy, multi-layer, thermoelectric-effect
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  • 透過分子束磊晶將碲化鉍/硒化鉍成長在無晶相之鈉玻璃基板,由X光繞射(XRD)看出碲化鉍/硒化鉍及其合金和多層膜仍保有一定C軸取向,並透過拉曼光譜鑑定晶格鍵結狀況及聲子震盪模式。再來,將碲化鉍/硒化鉍及其合金和多層膜透過霍爾量測確認材料的傳輸性質,發現在鈉玻璃基板上成長的碲化鉍、碲化鉍/硒化鉍合金呈現P型傳輸,而硒化鉍、碲化鉍/硒化鉍多層膜呈現N型傳輸,並得到碲化鉍、硒化鉍載子濃度提高至1020 cm-3,再利用Van der pauw法得到電阻率;透過Seebeck effect確認材料Seebeck係數的變化,發現合金部分有較高的Seebeck係數,多層膜在四層膜達到最高的Seebeck係數。再經過熱導率的量測,最後合金部分得到碲化鉍呈現最高熱電優值,多層膜部分在四層膜得到最高熱電優值。

    Bi2Te3/Bi2Se3 multi-layers and alloys grow on non-crystal-phase glass by molecular beam epitaxy(MBE). X-ray diffraction tell us that multi-layers and alloys on glass still have C-orientation. Raman spectra show multi-layers' and alloy's vibrational modes. Then, we use Hall-effect to recognize major carrier, and obtain p-type Bi2Te3 and Bi2TexSe3-x alloy; n-type Bi2Se3 and multi-layers. Electrical resistivity variation is observed by Van der pauw method. We also observe Bi2TexSe3-x alloy have higher Seebeck coefficient in alloy and so do four-layer in multi-layer. Finally, measuring thermal conductivity is required, futher to get Figure of merit(ZT) for thermoelectic device. Bi2Te3 have best ZT in alloy; Four have best ZT in multilayer.

    摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VII 第一章 緒論 1 1-1 研究背景 1 1-2 文獻回顧 2 1-3 研究動機 8 第二章 基本理論 9 2-1 薄膜成長理論 9 2-1-1 成長模式 9 2-1-2 成長理論 11 2-2 熱電理論 13 2-2-1 熱電效應 13 2-2-2 熱電優值(Thermoelectric Figure of Merit) 14 第三章 實驗儀器介紹與實驗步驟 17 3-1 樣品成長儀器:分子束磊晶系統(Molecular Beam Epitaxy) 17 3-2 實驗量測儀器 22 3-2-1 X-ray繞射儀 22 3-2-2 霍爾效應量測 (Hall Effect) 24 3-2-3 拉曼光譜量測 (Raman spectroscopy) 25 3-2-4 Seebeck coefficient、熱導率測量 26 3-2-5 電阻率測量 28 3-3 實驗步驟 30 3-3-1真空系統環境的準備 30 第四章 實驗結果與討論 33 4-0 Bi2Te3、Bi2Se3結構討論 33 4-0-1 X-ray 薄膜繞射分析 33 4-0-2 Raman 光譜結果分析 34 4-1 合金Bi2TexSe3-x結果分析 36 4-1-1 X-ray 薄膜繞射分析 36 4-1-2 Raman 光譜結果分析 39 4-1-3 Hall effect結果分析 40 4-1-4 Seebeck 係數、電阻率、熱導率及ZT值計算 44 4-2 Bi2Te3/Bi2Se3多層膜系列分析 47 4-2-1 X-ray 薄膜繞射分析 47 4-2-2 Raman 光譜結果分析 49 4-2-3 Hall-effect 結果分析 51 4-2-4 Seebeck 係數結果比較與分析 53 4-2-5 電阻率、熱導率及ZT值計算 54 第五章 結論 56 參考文獻 57 附錄 59   表目錄 表1-1 Raman peaks in Bi2Te3 crystal and few-quintuple films 3 表2-1 常見材料的表面自由能[13] 12 表3-1 幫浦系統 21 表4-1 合金晶格常數、比例 37 表4-2 霍爾量測結果 42 表4-3 多層膜傳輸性質、載子濃度、遷移率 51 圖目錄 圖1-1 在不同厚度下的Raman peaks 3 圖1-3 各種物性隨Se比例關係 5 圖1-2 合金Raman光譜分析 5 圖1-4 Seebeck係數與載子濃度關係 6 圖1-6 改變電壓引導Femi-level改變 7 圖1-5 電壓改變引導電性改變 7 圖2-1 成長模式示意圗 (a)FM mode (b)SK mode (c)VWmode 10 圖2-2 熱電材料原理 13 圖2-3 Bi2Te3之熱電性質與ZT關係[21] 16 圖3-1 MBE儀器裝置圖 18 圖3-2 (a)分子源坩堝(b)電子槍靠近坩堝附近之圖示 20 圖3-3 X-ray 繞射原理 22 圖3-4 X-ray繞射示意圖 23 圖3-5(a)、(b) 霍爾量測原理示意圖 24 圖3-6 Raman光譜效應簡化示意圖 25 圖3-7 熱電性質量測示意圖 26 圖3-8 不規則形狀樣品的接點 29 圖4-0-1 Bi2Te3、Bi2Se3 X-ray繞射圖 33 圖4-0-2 (a) Raman振動模式 34 圖4-0-2 (b) 於sapphire基板上之Raman譜圖 35 圖4-0-2 (c) 於鈉玻璃基板上之Raman譜圖 35 圖4-1-1 合金X-ray繞射分析 37 圖4-1-3 不同基板晶格常數比較 38 圖4-1-2 晶格常數與比例關係 38 圖4-1-4 合金Raman分析圖 39 圖4-1-5 Bi2Te3二次離子質譜儀分析 42 圖4-1-6 (b) 遷移率與比例關係 43 圖4-1-6 (a) 載子濃度與比例關係 43 圖4-1-7 (b) 熱導率對比例的關係 46 圖4-1-7 (a) 電阻率對比例的關係 46 圖4-1-7 (d) ZT值對比例關係 46 圖4-1-7 (c) seebeck係數對比例的關係 46 圖4-2-1 (a)多層膜繞射峰(b)0015放大圖 48 圖4-2-2 (a)多層膜Raman譜圖 (b)A21u放大圖 (c)Raman振動模式圖 50 圖4-2-3 (a) 載子濃度與層數關係 (b) 遷移率與層數關係 52 圖4-2-4 多層膜seebeck係數比較 53 圖4-2-5 (d) ZT值隨層數關係 55 圖4-2-5 (c) Seebeck係數隨層數關係 55 圖4-2-5 (b) 熱導率隨層數關係 55 圖4-2-5 (a) 電阻率隨層數關係 55

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    下載圖示 校內:2018-09-04公開
    校外:2018-09-04公開
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