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<table><tbody><tr><td>アセトン(&ge;99.5%)</td><td>メルク</td><td>100012</td><td>基材洗浄溶剤</td></tr><tr><td>アルミホイル</td><td>ポスペーパーロール</td><td>86871915</td><td>チャンバーライニングと基材ホルダーの被覆</td></tr><tr><td>アルゴンガス(Ar)</td><td>ガスリンク・インダストリアルガスズ社</td><td>該当なし(ディストリビューター提供)</td><td>作動ガスがパッタッと音を立てる;4 sccmの流量;グレード5.0(99.999%)</td></tr><tr><td>ビスマステルリドスパッタリングターゲット、直径50.8mm、厚さ4.25mm、99.999%</td><td>長沙新康先端材料有限公司</td><td>xk-Bi2Te3</td><td>対象はBi2Te3ターゲット;固定RF出力=100W</td></tr><tr><td>脱イオン水</td><td>社内</td><td>該当なし</td><td>基質洗浄と超音波洗浄</td></tr><tr><td>エネルギー分散型X線分光検出器</td><td>FESEMシステムと統合</td><td>該当なし</td><td>薄膜組成解析</td></tr><tr><td>電界放射走査型電子顕微鏡</td><td>カール・ツァイス</td><td>SUPRA 55VP</td><td>表面微細構造イメージング</td></tr><tr><td>ガラス基板、ソーダ石灰ガラス、厚さ1.1mm。</td><td>メヴィド</td><td>B105-2002</td><td>薄膜堆積用基板</td></tr><tr><td>ホットプレート</td><td>イカ</td><td>C-MAG HS 7</td><td>393Kでの基質乾燥</td></tr><tr><td>イソプロピルアルコール(&ge;99.8%)</td><td>メルク</td><td>109634</td><td>基材洗浄溶剤</td></tr><tr><td>実験用洗剤</td><td>メルク</td><td>107553</td><td>初期の基質清掃</td></tr><tr><td>冷却材循環ユニット</td><td>フィッシャー・サイエンティフィック</td><td>250LCU</td><td>スパッターガンの冷却循環</td></tr><tr><td>メタノール(&ge;99.9%)</td><td>メルク</td><td>106009</td><td>基材洗浄溶剤</td></tr><tr><td>マンガンスパッタリングターゲット、直径50.8mm、厚さ5.08mm、99.999%</td><td>湖南博雨科技有限公司</td><td>該当なし</td><td>ミネソタ州のターゲット;RF出力は0から15Wまで変動しました</td></tr><tr><td>マルチメーター</td><td>RS PRO</td><td>EN61010-1 CATIII</td><td>電気的絶縁検証</td></tr><tr><td>窒素ガス(N2)</td><td>ガスリンク・インダストリアルガスズ社</td><td>該当なし(ディストリビューター提供)</td><td>洗浄後の基質乾燥;グレード4.0(99.99%)</td></tr><tr><td>ペトリ皿の蓋</td><td>メルク</td><td>41121812</td><td>チャンバーの観察窓保護;直径約94mmと時間、高さ16mmです</td></tr><tr><td>RFマグネトロンスパッタリングシステム</td><td>カスタムビルド</td><td>該当なし</td><td>Bi2Te33およびMn薄膜の共スパッタリング</td></tr><tr><td>プラチナアダプターを用いたシーベック/抵抗率測定システム</td><td>リンセイス</td><td>LSR-3(LSR L31)</td><td>シーベック係数と電気抵抗率の測定</td></tr><tr><td>ピンセット</td><td>フィッシャー・サイエンティフィック</td><td>10-316B</td><td>洗浄された基材の取り扱い</td></tr><tr><td>超音波浴</td><td>エルマ</td><td>エルマソニック S30H</td><td>メタノール、アセトン、イソプロピルアルコール、DI水の溶剤洗浄</td></tr><tr><td>UV&ndash;オゾンクリーナー</td><td>ノバスカン・テクノロジーズ</td><td>PSDP-UV4</td><td>基質表面処理</td></tr><tr><td>真空保存容器</td><td>AS ONEコーポレーション</td><td>VM</td><td>堆積後のサンプル保存</td></tr><tr><td>スタイラス・プロフィロメーター</td><td>ブルーカー</td><td>DektakXT</td><td>薄膜厚さ測定</td></tr><tr><td>X線回折計</td><td>ブルーカー</td><td>D8アドバンス</td><td>&theta;&ndash;2&theta;Cu K&αを用いたXRDスキャン;放射線</td></tr><tr><td>回折。EVA</td><td>ブルーカー</td><td>回折。EVAバージョン8</td><td>ピークフィッティング、回折解析、グラフプロット</td></tr><tr><td>起源</td><td>オリジンラボ</td><td>OriginPro(64ビット)</td><td>ピークフィッティングとグラフプロット</td></tr></tbody></table>

マンガン共スパッタリングによるbi2te3 薄膜の熱電特性向上

Improving Thermoelectric Properties of Bi2Te3 Thin Films By Manganese Co-Sputtering

マンガン共スパッタリングによるBi2Te3 薄膜の熱電特性向上

Bi2Te3 remains a benchmark n-type thermoelectric (TE) material for low-temperature energy conversion, but its small band gap can reduce efficiency because ...

本研究では、制御された共スパッタリング法により堆積させたマンガン添加テルル化ビスマス薄膜の熱電性能の変化について検討します。既存の手法では、テルル化ビスマス薄膜に対するマンガン添加の影響を十分に検討できていませんでした。したがって、本プロトコルでは系統的な調査を通じてこの課題を解決します。準備および洗浄を終えたソーダライムガラス基板を回転基板ホルダーに設置し、チャンバーのドアを閉じて排気を開始します。開始時にチャンバードアの周囲を軽く押さえ、適切に密閉されていることを確認し、ゲージで圧力が低下していることを確認してください。チャンバー圧が 5 × 10⁻³ torr 以下になるまで排気を続けます。冷却システムをオンにし、温度を288 Kelvinに設定して、プラズマ点火前に両方のスパッタガンに脱イオン水の再循環が継続的に行われるようにします。高純度アルゴンガスを導入し、約2〜5分間、または流量が3.9 standard cubic centimeters per minute以上に安定するまで待機します。基板の回転速度を単一の固定方向で10 RPMに設定し、プリスパッタリングおよび堆積の間、継続的に回転させてください。高周波電源とマッチングネットワークコントローラーの電源を入れます。負荷値とチューニング値が50 wattsに達するまで、最小または最大機能を使用して、両方の高周波ガンのマッチングネットワーク設定を調整します。コントローラーのモードを手動からオートマッチングに切り替えます。プラズマ点火前に、テルル化ビスマスガンの高周波出力を50 wattsに、マンガンガンの出力を10 wattsに設定します。反射電力は、プラズマ点火前に5 watts以下になるよう最小限に抑えてください。両方のガンのプラズマを点火し、目に見えるちらつきや急激な圧力上昇がなく、約1〜2分間安定した光が維持されていることを確認して、プラズマが安定していることを確認します。両方のガンで安定したプラズマが生成されたら、表面の汚染物質と自然酸化膜を除去するため、安定したプラズマ生成後に両方のターゲットを15分間プリスパッタリングします。プリスパッタリング後、テスト基板を取り出します。成膜用の基板をロードする前に、クリーンなゴムブロワーを使用して、チャンバー内部とサンプルホルダー領域のホコリを除去してください。プラズマ観察のため、観察窓を清潔なペトリ皿の蓋で保護してください。ターゲットが正しく装着され、中心に位置し、良好な状態であることを確認します。各ターゲットがスパッタガンの内部でしっかりと固定され、適切に中心に配置されていることを確認してください。洗浄した基板を、回転ホルダーの中央から約 5 to 10 millimeters 離れた外周領域付近に、対称的に配置します。各基板の長辺をホルダーの端と平行に合わせます。両方のスパッタガンについて、ターゲットと基板の距離を 55 millimeters に固定します。チャンバーをポンプダウンし、少なくとも5時間、またはベース圧力が目標値で安定するまで排気を継続します。約10分間の圧力変動が5%以下であり、かつベース圧力が5 × 10⁻⁵ torr以下に達した時点で、ベース圧力の安定を確認します。ベース圧力に達した後、冷却システムを288 Kで安定させます。アルゴンの流量を 4 standard cubic centimeters per minute に設定し、安定するまで待ちます。基板の回転数を 10 RPM に維持します。両方のガンのマッチングネットワーク設定を確認し、コントローラーのオートマッチングを有効にします。プラズマ着火を容易にするため、テルル化ビスマスガンを 70 watts で始動させます。10 秒ごとに 5 watts ずつ出力を上げ、100 watts に到達させます。テルル化ビスマスの出力読み取り値が約 30 秒間 100 watts で安定し、プラズマの安定性が確認された後にのみ、堆積タイマーを開始してください。堆積プロセス中のプラズマ条件を安定に維持しながら、30分間膜を堆積させます。同一のパラメータを用い、新しい基板を使用して、高周波出力10 Wおよび15 Wでマンガンの堆積工程を繰り返します。まず高周波出力をオフにし、システムコントローラーを通じてシャットダウンを開始します。チャンバーの排気およびスパッタガンの温度が室温付近に戻るまで、冷却システムを稼働させたまま、アルゴン流量を10〜11 standard cubic centimeters per minuteに下げます。チャンバーを排気する前に、ターボ分子ポンプが完全に停止し、回転数の読み取り値がゼロであることを確認してください。圧力の緩やかな等圧化を図り、粒子の飛散を最小限に抑えるため、ベントバルブから乾燥窒素を用いてゆっくりとチャンバーを排気します。圧力が約760 torrの大気圧付近まで戻り、チャンバーのドアを抵抗なく開放できるようになった後で、チャンバーを開けてください。汚染および微粒子の曝露を低減するため、サンプルの取り出し時はマスクと手袋を着用してください。チャンバーから堆積させたサンプルを取り出します。サンプルを清潔なペトリ皿に移します。サンプルを真空保存容器に保管し、堆積後24〜72時間以内に特性評価を行ってください。サンプルを取り出した後、チャンバーを10〜15分間粗引きし、必要なTMP前圧まで到達させ、周囲の空気や水分への暴露を最小限に抑えます。X線回折パターンにより、マンガン電力シリーズ全体を通じて、すべての試料が菱面体晶テルル化ビスマス相を保持していることが確認されました。主要な回折ピークは、マンガンの投入量が増えるにつれて、より高い2θ値へとシフトしました。結晶子サイズは、一般的に0 Wでの14.23 nanometersから15 Wでの8.35 nanometersへと減少しており、これはマンガン電力が高くなるにつれてコヒーレント領域サイズが減少し、マイクロストレインが増加したことと一致しています。表面電界放出形走査電子顕微鏡画像により、マンガンの投入量の増加に伴い、薄膜の微細構造に明確な変化が生じることが示されました。0 Wのコントロール薄膜では、明確な粒界を持つ大きな多角形粒が見られた一方で、5 Wのマンガン添加薄膜では、より微細な粒を持つ、より緻密な表面が観察されました。10 Wおよび15 Wのマンガン電力で堆積させた薄膜は、0 Wおよび5 Wの試料よりも緻密であり、粒間隙が少ないことがわかりました。元素組成分析により、マンガンの含有量はマンガンターゲットの出力が増加するにつれて増加することが確認されました。すべての薄膜でゼーベック係数が負の値を示したことから、n型伝導挙動であることが確認され、ゼーベック係数の絶対値は一般的にすべての試料において温度の上昇とともに増加しました。ゼーベック係数の絶対値が最大となったのは15 wattの薄膜であり、523 Kelvinsにおいて-162.08 microvolts per Kelvinに達しました。すべての薄膜において、温度の上昇とともに抵抗率が減少するという半導体的な輸送挙動が示されました。最大出力因子は5 Wの薄膜で達成され、523 Kにおいて約529.33 µW/(m·K²)に達しました。15 Wの薄膜はゼーベック係数の絶対値が最大でしたが、抵抗率の増加により出力因子は300.59 µW/(m·K²)まで低下しました。本プロトコルにより、研究者はテルル化ビスマス膜上にマンガンを共スパッタリングし、ドーピングレベルの変化が熱電性能にどのように影響するかを評価することが可能となりました。本プロトコルの主な課題は、メカニズムを信頼性高く一貫して組み込むために、安定したプラズマおよびスパッタリング条件を維持することです。今後の研究としては、熱電特性の最適化や合成後の処理、およびデバイスレベルの試験に向けた薄膜熱電発電機の作製などの展開が考えられます。

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Research

JoVE Journal

Engineering

工学

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高周波マグネトロンスパッタリング法を用いたBi2Te3およびSb2Te3熱電薄膜の作製

ここでは、元素前駆体を用いた超高速(セカンドレンジ)で溶媒フリーのワンステップメカノケミカル合成により、熱電に適した2つの金属カルコゲナイド(Cu1.8SおよびSnSe)を合成するプロトコールを紹介します。同時に、新開発の 装置によるその場で の遊星ボールミリング中のジャー内の温度のモニタリングを実証します。...

熱電素子に適した金属カルコゲナイドのメカノケミカル合成の簡便さとIn Situ温度モニタリングの実証

我々は、機能材料、材料スタックとフルデバイスの低コストのナノスケールのパターニングを可能nanomoulding手法を説明します。...

機能材料のNanomoulding、ナノインプリントへ多目的相補パターンレプリケーション方法

このレポートでは、室温でサファイア基板上にイットリウム鉄ガーネットの厚膜のエアロゾル堆積を実行するためのカスタム構築されたシステムの使用を記載しています。堆積膜は、技術の能力を表す概要を与えるために、走査型電子顕微鏡、プロフィロメトリー、及び強磁性共鳴を使用して特徴づけられます。...

エアロゾルデポジション法を用いて厚い高密度イットリウム鉄ガーネット膜の形成

プラズマ化学蒸着法により、高c軸(0002)ZnO薄膜を直接合成する方法を提供しました。紫外光検出器の検出層として、Ptインターディジテッド電極と組み合わせた合成時のZnO薄膜が使用され、その優れた応答性と信頼性の組み合わせにより高い性能を示しました。...

プラズマによる高c軸ZnO薄膜の合成とキャラクタリゼーションは、化学気相堆積システムとそのUV光検出器アプリケーションを強化しました

薄膜における拡散勾配（DGT）の技術は、プルトニウムの分化の研究のために提案されています。このプロトコルは、有機物の存在下でのPu（IV）とPu（V）の動作をプロービング拡散実験について説明します。カルスト春に配備DGTSはプルトニウムの生物学的利用能の評価を可能にします。...

薄膜における拡散を用いた環境プルトニウムのスペシエーションと生物学的利用能の測定

Universiti Kebangsaan Malaysia.  マンガンドーピングされたBi2Te3 薄膜を製造し、マンガン入力が構造的および熱電輸送特性に与える影響を評価するために、無線周波数共スパッタリングプロトコルが開発されました。中程度のマンガンの取り込みは膜の均一性とパワーファクター関連の輸送挙動を改善し、一方でマンガンの投入量が高いと構造?...

マンガン共スパッタリングによるBi₂Te₃ 薄膜の熱電特性向上

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