ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy są wdzięczni za wsparcie udzielone przez Universiti Kebangsaan Malaysia, w ramach grantu GGPM-2022-069. Autorzy dziękują również Instytutowi Badań nad Energią Słoneczną (SERI), Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM), za wsparcie techniczne oraz dostęp do laboratoriów na cały czas trwania tego badania. Autorzy doceniają Centrum Badań i Zarządzania Instrumentacją (CRIM) za zapewnienie obiektów XRD i FESEM–EDX. Ponadto autorzy szczerze doceniają Uniwersytet Sains Islam Malaysia (USIM) za dostęp do systemu pomiaru rezystancji Seebeck/używanego do pomiarów współczynników Seebecka oraz rezystywności elektrycznej. Na koniec autorzy wyrażają podziękowania wszystkim kolegom i pracownikom, którzy przyczynili się do pomyślnego ukończenia tego projektu.

<ol>
	<li>Zhao T, et al. Prediction of higher thermoelectric performance in BiOCuSe by weakening electron-polar optical phonon scattering. J Mater Chem A. 2020;8(47):25245-25254.</li>
	<li>Ben-Nana M, Abbassi A, Elhadadi B. Rb&#8322;XCl&#8326; (X = Zr, Te, Pt): promising materials for high-temperature thermoelectric power generation. In: 2025 International Conference on Circuit, Systems and Communication (ICCSC). IEEE; 2025:1-7.</li>
	<li>Hu K, Han J, Xu B, Lin Y-H. Thermoelectric power factor of doped Bi&#8322;O&#8322;Se: a computational study. Phys Chem Chem Phys. 2020;22:27096-27104.</li>
	<li>Li S, et al. High thermoelectric power factor in Ni-Fe alloy for active cooling applications. Mater Horiz. 2025;12:6956-6966.</li>
	<li>Sun Y, et al. Strategies to improve the thermoelectric figure of merit in thermoelectric functional materials. Front Chem. 2022;10:865281.</li>
	<li>Hu B, et al. Advances in flexible thermoelectric materials and devices fabricated by magnetron sputtering. Small Sci. 2025;5:2300061.</li>
	<li>Gong T, et al. Ultrahigh power factor of sputtered nanocrystalline n-type Bi&#8322;Te&#8323; thin film via vacancy defect modulation and Ti additives. Adv Sci. 2024;11:2403845.</li>
	<li>Wang R, et al. Optimization of thermoelectric property of n-type Mg&#8323;Sb&#8322; near room temperature via Mn and Se co-doping. Adv Sustain Syst. 2023;7(11):2300234.</li>
	<li>Kumar A, et al. Thermoelectric properties of GaN with carrier concentration modulation: an experimental and theoretical investigation. Phys. Chem. Chem. Phys. 2021;23(2):1601-1609.</li>
	<li>Musah J, et al. Ultralow thermal conductivity in dual-doped n-type Bi&#8322;Te&#8323; material for enhanced thermoelectric properties. Adv Electron Mater. 2021;7(2):2000910.</li>
	<li>Jang H, et al. Comparative study of thermoelectric properties of Sb&#8322;Si&#8322;Te&#8326; and Bi&#8322;Si&#8322;Te&#8326;. ACS Appl Mater Interfaces. 2022;14:1270-1279.</li>
	<li>Ye W, Du P, Xiao S, Li M. Effect of annealing temperature on properties of WS&#8322; thin films. Surf Eng. 2022;38:411-416.</li>
	<li>Singh A, Kamboj VS, Barnes CHW, Hesjedal T. Magnetotransport measurements in overdoped Mn:Bi&#8322;Te&#8323; thin films. Crystals (Basel). 2025;15:557.</li>
	<li>Gadhavajhala SSS, et al. Magnetic frameworks and non-magnetic dopants: a novel strategy for enhancing thermoelectric efficiency in manganese telluride-mechanistic insights into charge carrier dynamics and phonon transport. Small. 2025;21(25):2411481.</li>
	<li>Wei M, et al. Directional thermal diffusion realizing inorganic Sb&#8322;Te&#8323;/Te hybrid thin films with high thermoelectric performance and flexibility. Adv Funct Mater. 2022;32(45):2207903.</li>
	<li>Chen X, et al. Flame doping of indium ions into TiO&#8322; nanorod arrays for enhanced photochemical water oxidation. Dalton Trans. 2023;52:14747-14751.</li>
	<li>Zhao Y, Ding W, Xiao Y, Yang P. Manipulating the optoelectronic characteristic of AZO films by magnetron sputtering power. Vacuum. 2023;210:111849.</li>
	<li>Kander NS, et al. The role of Mn in Bi2-xMnxTe3&#160;topological insulator: structural, compositional, magnetic, and weak anti-localization property analysis. J Mater Sci Mater Electron. 2023;34:1198.</li>
	<li>Kavita, Gupta V, Ranjeet. Structural and morphological properties of nanostructured Bi&#8322;Te&#8323; with Mn-doping for thermoelectric applications. Mater Today Proc. 2022;54:820-826.</li>
	<li>Bibby J, et al. Synthesis of nanocrystalline Mn-doped Bi&#8322;Te&#8323; thin films via magnetron sputtering. Crystals (Basel). 2025;15:54.</li>
	<li>Tang X, et al. A comprehensive review on Bi&#8322;Te&#8323;-based thin films: thermoelectrics and beyond. Interdiscip Mater. 2022;1:88-115.</li>
	<li>Islam R, et al. Modulating Mn-doped NiO nanoparticles: structural, optical, and electrical property tailoring for enhanced hole transport layers. Nanoscale Adv. 2025;7:133-143.</li>
	<li>Ahmad Musri N, et al. Fabrication of Bi&#8322;Te&#8323; and Sb&#8322;Te&#8323; thermoelectric thin films using radio frequency magnetron sputtering technique. J Vis Exp. 2024;(207):e66248.</li>
	<li>Adam AM, et al. Optical properties of thin Bi&#8322;Te&#8323; films synthesized by different techniques. Superlattices Microstruct. 2021;155:106909.</li>
	<li>Ali Z, Dawood AL-Niaimi A. Structural and electrical characterizations of new synthesized PVA/PoPDA-rGO-ZnO nanocomposite. Egypt J Chem. 2021;65(4):761-770.</li>
	<li>Kabekkodu SN, Dosen A, Blanton TN. PDF-5+: a comprehensive Powder Diffraction File for materials characterization. Powder Diffr. 2024;39:47-59.</li>
	<li>Kawsar Md, et al. Synthesis of nano-crystallite hydroxyapatites in different media and a comparative study for estimation of crystallite size using Scherrer method, Halder-Wagner method size-strain plot, and Williamson-Hall model. Heliyon. 2024;10:e25347.</li>
	<li>Fatimah S, Ragadhita R, Husaeni DF Al, Nandiyanto ABD. How to calculate crystallite size from X-ray diffraction using Scherrer method. ASEAN J Sci Eng. 2021;2:65-76.</li>
	<li>Mongkolsuttirat K, Buajarern J. Uncertainty evaluation of crystallite size measurements of nanoparticle using X-ray diffraction analysis. J Phys Conf Ser. 2021;1719:012054.</li>
	<li>Ateia EE, et al. A comparative approach for estimating microstructural characteristics of BaTi1-xZrxO&#8323; (0.0 &#8804; x &#8804; 0.3) nanoparticles via X-ray diffraction patterns. J Solgel Sci Technol. 2024;110:887-899.</li>
	<li>Abdul-Jabbar SS, Harbi KH. A study of the relationship between the two types of crystallite dislocation density and the particle size of barium oxide (BaO) nanoparticle. Ibn Al-Haitham J Pure Appl Sci. 2024;37:193-202.</li>
	<li>Ahmad M, Agarwal K, Mehta BR. An anomalously high Seebeck coefficient and power factor in ultrathin Bi&#8322;Te&#8323; film: spin-orbit interaction. J Appl Phys. 2020;128(3):035108.</li>
	<li>Lou L, et al. Tunable electrical conductivity and simultaneously enhanced thermoelectric and mechanical properties in n-type Bi&#8322;Te&#8323;. Adv Sci. 2022;9(27):2203250.</li>
	<li>Wang Y, et al. Enhancement of NIR-II emission of Er3&#8314; by doping Fe3&#8314; in double perovskites: multimode luminescence for versatile optoelectronic applications. Angew Chem Int Ed. 2025;137(4):e202416021.</li>
	<li>Isram M, et al. Impact of Mg doping on structural, morphological and thermoelectric properties of SnO&#8322; nanoparticles: a combined experimental-theoretical investigation. Molecules. 2025;30:4135.</li>
	<li>Korkmaz L, et al. Insights into the structural, microstructural and thermoelectric properties of Ce/Cr co-doped CaMnO&#8323; manganites. J Mater Sci Mater Electron. 2025;36:1004.</li>
	<li>Saleh A. Improvement of the optical properties of Zn-doped MnO nanocomposites thin films. Passer J Basic Appl Sci. 2023;5:348-355.</li>
	<li>Arif D, et al. Influence of defects on the enhancement of thermoelectric properties in Sn-doped ZnO nanostructure synthesized via hydrothermal route. Front Chem. 2025;13:1598509.</li>
	<li>Rana VS, Rajput JK, Pathak TK, Pal PK, Purohit LP. Impact of RF sputtering power on AZO thin films for flexible electro-optical applications. Cryst Res Technol. 2021;56(4):2000144.</li>
	<li>Lanchero &#193;P, et al. Impact of Mn/Co substitution on magnetoelectric and structural properties of ZnO nanostructures thin films. Heliyon. 2025;11:e42337.</li>
	<li>Othman NA, et al. Effects of radio-frequency power on structural properties and morphology of AlGaN thin film prepared by co-sputtering technique. ELEKTRIKA. 2021;20:14-18.</li>
	<li>Vadakepurathu F, Rana M. Electrical, optical and thermal properties of Ge-Si-Sn-O thin films. Materials. 2024;17:3318.</li>
	<li>Kim H-M, et al. Atomic layer deposition for nanoscale oxide semiconductor thin film transistors: review and outlook. Int J Extrem Manuf. 2023;5:012006.</li>
	<li>Hadia NMA, et al. Structural, optical and electrical properties of Bi2-xMnxTe3&#160;thin films. J Mater Sci Mater Electron. 2022;33:158-166.</li>
	<li>Wu H, et al. Improved thermoelectric and mechanical performance of Sb&#8322;Te&#8323;-based materials toward the segmented operation. Mater Today Energy. 2022;27:101045.</li>
	<li>Wang R, et al. Optimization of thermoelectric property of n-type Mg&#8323;Sb&#8322; near room temperature via Mn and Se co-doping. Adv Sustain Syst. 2023;7(11):2300234.</li>
	<li>Hegde GS, Prabhu AN, Rao A, Chattopadhyay MK. Enhancement in thermoelectric figure of merit of bismuth telluride system due to tin and selenium co-doping. Mater Sci Semicond Process. 2021;127:105645.</li>
	<li>Osmic E, Barzola-Quiquia J, Winnerl S, B&#246;hlmann W, H&#228;ussler P. Thermopower and resistivity of the topological insulator Bi&#8322;Te&#8323; in the amorphous and crystalline phase. J Phys Condens Matter. 2024;36:355001.</li>
	<li>Singha P, et al. Enhancement of electron mobility and thermoelectric power factor of cobalt-doped n-type Bi&#8322;Te&#8323;. Int J Energy Res. 2022;46:17029-17042.</li>
	<li>Sitnicka J, et al. Systemic consequences of disorder in magnetically self-organized topological MnBi&#8322;Te&#8324;/(Bi&#8322;Te&#8323;)n&#160;superlattices. 2D Mater. 2022;9:015026.</li>
	<li>Jiang Y, et al. Evolution of defect structures leading to high ZT in GeTe-based thermoelectric materials. Nat Commun. 2022;13:6087.</li>
	<li>Chen X, et al. Excellent thermoelectric performance of boron-doped n-type Mg&#8323;Sb&#8322;-based materials via the manipulation of grain boundary scattering and control of Mg content. Sci China Mater. 2021;64:1761-1769.</li>
	<li>Bugalia A, Gupta V, Pandey A. Improvement in thermoelectric properties of Zn-Mn co-doped nanostructured SnTe through band engineering and chemical bond softening. J Phys D Appl Phys. 2024;57:195502.</li>
	<li>Zhou M, et al. Enhancement of thermoelectric performance for InTe by selective substitution and grain size modulation. Crystals (Basel). 2023;13:601.</li>
	<li>Dur&#225;n I, et al. High conductivity and thermoelectric power factor in p-type MoS&#8322; nanosheets. ACS Appl Energy Mater. 2025;8:3500-3508.</li>
	<li>Bourg&#232;s C, et al. Investigation of Mn single and co-doping in thermoelectric CoSb&#8323;-skutterudite: a way toward a beneficial composite effect. ACS Appl Energy Mater. 2023;6:9646-9656.</li>
	<li>Nguyen TAK, et al. Effects of RF magnetron sputtering power on the mechanical behavior of Zr-Cu-based metallic glass thin films. Nanomaterials. 2023;13:2677.</li>
	<li>Wang G, et al. Boosting thermoelectric performance of Bi&#8322;Te&#8323; material by microstructure engineering. Adv Sci. 2024;11(6):2308056.</li>
	<li>Chaiwas S, et al. Enhanced thermoelectric power factor of magnetron co-sputtered Pd-added Bi&#8322;Te&#8323; thin films. Vacuum. 2024;230:113696.</li>
	<li>Jha R, et al. High thermoelectric performance of p-type Fe&#8322;V&#8320;.&#8328;Mn&#8320;.&#8322;Al Heusler alloy thin films grown on insulating oxide substrates. Sci Technol Adv Mater. 2025;26(1):2512705.</li>
	<li>Abinaya C, et al. The effect of post-deposition annealing conditions on structural and thermoelectric properties of sputtered copper oxide films. RSC Adv. 2020;10:29394-29401.</li>
	<li>Tao X, et al. Exceptional performance of room-temperature sputtered flexible thermoelectric thin film using high target utilisation sputtering technique. Adv Mater Technol. 2024;9(6):2301958.</li>
	<li>Dolabella S, Borz&#236; A, Dommann A, Neels A. Lattice strain and defects analysis in nanostructured semiconductor materials and devices by high-resolution X-ray diffraction: theoretical and practical aspects. Small Methods. 2022;6(2):2100932.</li>
	<li>Dores BS, Maciel MJ, Correia JH, Vieira EMF. Toward enhancing the thermoelectric properties of Bi&#8322;Te&#8323; and Sb&#8322;Te&#8323; alloys by co-evaporation of Bi&#8322;Te&#8323;:Bi and Sb&#8322;Te&#8323;:Te. Nanomaterials. 2025;15:299.</li>
	<li>Morgan KA, Zeimpekis I, Feng Z, Hewak D. Enhancing thermoelectric properties of bismuth telluride and germanium telluride thin films for wearable energy harvesting. Thin Solid Films. 2022;741:139015.</li>
	<li>Helt A, et al. MgCuSb as a suitable electrode for contacting pre-compacted pellets of MgAgSb thermoelectric material. Sci Technol Adv Mater. 2025;26(1):2506982.</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konkurencyjnych interesów finansowych ani innych konfliktów interesów.

Badanie to wykazało workflow współsputteringu RF do dostosowywania zachowania TE cienkich warstw Bi2Te3 poprzez kontrolę wejścia RF Mn przy zachowaniu stałej mocy docelowej Bi2Te3. XRD potwierdził obecność romboedrycznej fazy Bi2Te3 (JCPDS nr 15-0863) z preferowaną orientacją (015) we wszystkich próbkach. Systematyczne przesunięcie odbicia (015) w kierunku wyższych wartości 2θ jest zgodne z kurczeniem sieci związanym z Mn oraz możliwym włączeniem Mn do gra...

Materiały termoelektryczne (TE) odgrywają kluczową rolę w zrównoważonej konwersji ciepła na energię elektryczną, głównie poprzez efekty Seebecka i Peltiera. Wydajność materiałów TE jest zazwyczaj oceniana za pomocą współczynnika mocy (PF = S2/ρ), gdzie S to współczynnik Seebecka, a ρ to rezystywność elektryczna1,2. Wysoka wartość S w połączeniu z niską wartością ρ świadczy o efektywnym transporcie nośników, co jest niezbędne w zastosowaniach takich jak odzysk ciepła odpadowego, mikrogeneracja energii oraz chłodzenie w stanie stałym w systemach przemysłowych i mikroelektronice3,4,5.
Wśród różnych materiałów TE, tellurek bizmutu (Bi2Te3) wyróżnia się wydajnością w zastosowaniach w temperaturach bliskich pokojowej. Jednakże jego praktyczne wykorzystanie jest ograniczone przez kruchość, ograniczoną elastyczność mechaniczną oraz umiarkowany współczynnik dobroci (zT), co utrudnia wdrożenie na dużą skalę2. Ostatnie postępy w technologiach wytwarzania cienkich warstw, w szczególności napylanie magnetronowe, oferują obiecujące podejścia do rozwiązania tych ograniczeń. Cienkie warstwy umożliwiają lepszą kontrolę nad składem i mikrostrukturą, co może zwiększyć ruchliwość nośników oraz elastyczność mechaniczną, z których obie są istotne dla wysokowydajnych urządzeń TE6. Zdolność do dostosowywania tych właściwości za pomocą radiofrekwencyjnego (RF) napylania magnetronowego została wykazana wcześniej, co potwierdza zasadność jego stosowania do produkcji jednorodnych cienkich warstw Bi2Te3 o regulowanej grubości i poziomach domieszkowania7.
Domieszkowanie kationowe, w szczególności manganem (Mn), wyłoniło się jako obiecująca strategia poprawy właściwości termoelektrycznych (TE) Bi2Te3. Chociaż badania nad Bi2Te3 domieszkowanym Mn są mniej obszerne niż studia nad innymi domieszkami, dowody z pokrewnych układów sugerują, że wprowadzenie Mn może poprawić zarówno właściwości elektryczne, jak i strukturalne8. Doniesiono, że inkorporacja Mn wpływa na stężenie i ruchliwość nośników, co oddziałuje na współczynnik Seebecka oraz przewodnictwo elektryczne, które wspólnie determinują współczynnik mocy (PF) materiału TE9. Ponadto omawiano inkorporację Mn w kontekście mechanizmów podstawieniowych lub związanych z defektami, które mogą wprowadzać naprężenia sieciowe i defekty punktowe. Modyfikacje te mogą zwiększać rozpraszanie fononów i potencjalnie obniżać sieciową przewodność cieplną, co jest istotne dla wydajności TE10. Badania nad pokrewnymi związkami domieszkowanymi Mn, takimi jak Bi2Si2Te6, sugerują, że Mn może również poprawić transport ładunków i wprowadzić zlokalizowane momenty magnetyczne, co może wzmocnić efekty rozpraszania fononów i zredukować przewodnictwo bipolarne11. W konsekwencji wpływ Mn na ewolucję mikrostruktury, tworzenie defektów i wzrost ziaren jest istotny dla poprawy stabilności mechanicznej i termicznej materiałów TE10,12.
Jednakże nadmierne wprowadzenie Mn może sprzyjać powstawaniu faz wtórnych, takich jak MnTe, i komplikować charakterystykę transportu13; dlatego ilość wprowadzanego Mn musi być starannie kontrolowana14. Ponadto Mn może wprowadzać stany akceptorowe w sieci Bi2Te3 i potencjalnie zmieniać charakterystykę przewodnictwa poprzez tłumienie transportu powierzchniowego o charakterze topologicznym, otwarcie przerwy energetycznej, zmniejszenie gęstości swobodnych nośników oraz przejście z przewodnictwa metalicznego na izolujący lub lokalny przy odpowiednim poziomie domieszkowania15,16. Rozważania te podkreślają znaczenie kontrolowania wbudowy Mn podczas rozpylania w celu ustanowienia wiarygodnych zależności struktura–właściwości17.
Niedawne badania wykazały, że Mn może być wprowadzany do cienkich warstw na bazie Bi2Te3 i może w mierzalny sposób wpływać na strukturę oraz transport elektronowy. Cienkie warstwy Bi2−xMnxTe3 wykazują zależne od Mn zmiany w właściwościach strukturalnych i elektrycznych18, natomiast cienkie warstwy Mn:Bi2Te3 były również badane za pomocą pomiarów transportowych, co wskazuje, że domieszkowanie Mn może zachodzić bez całkowitego zniesienia fazy gospodarza Bi2Te319. W ostatnim czasie napylanie magnetronowe umożliwiło przygotowanie nanokrystalicznych cienkich warstw Bi2Te3 domieszkowanych Mn, co potwierdza możliwość wprowadzania Mn przy użyciu skalowalnych metod osadzania cienkich warstw20. Jednak w porównaniu z reprezentatywnymi napylonymi cienkimi warstwami n-typu Bi2Te3, zoptymalizowanymi poprzez inżynierię tekstury, modulację defektów wakancyjnych oraz inżynierię nośników, systematyczna optymalizacja cienkich warstw Bi2Te3 domieszkowanych Mn pozostaje stosunkowo słabo zbadana7,21. Ta luka motywowała przeprowadzenie zaprezentowanego tutaj badania nad kontrolowanym wprowadzeniem Mn.
W niniejszym badaniu cienkie warstwy Bi2Te3 domieszkowane Mn przygotowano metodą współrozpylania magnetronowego RF przy użyciu serii z kontrolowaną ilością wprowadzanego Mn, a następnie poddano je ocenie za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), skaningowej mikroskopii elektronowej z emisją polową (FESEM), spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii (EDX) oraz pomiarów współczynnika Seebecka i rezystywności elektrycznej w funkcji temperatury. Rysunek 1 schematycznie przedstawia konfigurację współrozpylania zastosowaną w tej pracy. Celem było wykorzystanie spójnego układu rozpylania do zbadania, w jaki sposób ilość wprowadzanego Mn wpływa na mikrostrukturę warstwy oraz transport związane z PF w porównywalnych warunkach przetwarzania22.
<img alt="Schemat układu rozpylania dla cienkich warstw; tarcze Bi₂Te₃ i Mn na podłożach do osadzania materiału." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/71082/71082fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1. Schemat konfiguracji współ-rozpylania magnetronowego RF stosowanego do osadzania cienkich warstw Bi2Te3 domieszkowanego Mn. Schematyczne przedstawienie układu współ-rozpylania z zaznaczonymi tarczami Bi2Te3 oraz Mn, uchwytem podłoża i pozycją podłoża wewnątrz komory osadzania. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/71082/71082fig1large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>

<table><tbody><tr><td>Aceton (&ge; 99.5%)</td><td>Merck</td><td>100012</td><td>Rozpuszczalnik do czyszczenia podłoża</td></tr><tr><td>Folia aluminiowa</td><td>Papier na papier</td><td>86871915</td><td>Powłoka komory i osłona podłoża</td></tr><tr><td>Gaz argon (Ar)</td><td>Gaslink Industrial Gases Sdn. Bhd.</td><td>N/A (dostarczone przez dystrybutora)</td><td>Pryskające gazy robocze; przepływ 4 sccm; Ocena 5,0 (99,999%)</td></tr><tr><td>Tarcza spicerna z tellurku bizmutu, średnica 50,8 mm, grubość 4,25 mm, 99,999%</td><td>Changsha Xinkang Advanced Materials Co., Ltd.</td><td>xk-Bi2Te3</td><td>Cel Bi2Te3; stała moc RF = 100 W</td></tr><tr><td>Woda dejonizowana</td><td>Wewnątrz</td><td>Nie ma</td><td>Płukanie podłoża i czyszczenia ultradźwiękowe</td></tr><tr><td>Detektor spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii</td><td>Zintegrowane z systemem FESEM</td><td>Nie ma</td><td>Analiza kompozycyjna cienkowarstwowa</td></tr><tr><td>Skaningowy mikroskop elektronowy z emisją polową</td><td>Carl Zeiss</td><td>SUPRA 55VP</td><td>Obrazowanie mikrostruktury powierzchni</td></tr><tr><td>Podłoża szklane, szkło sodowo-wapno-grube 1,1 mm</td><td>Mevid</td><td>B105-2002</td><td>Podłoże do osadzania cienkiej warstwy</td></tr><tr><td>Płyta grzewcza</td><td>IKA</td><td>C-MAG HS 7</td><td>Schnięcie podłoża przy 393 K</td></tr><tr><td>Alkohol izopropylowy (&ge; 99.8%)</td><td>Merck</td><td>109634</td><td>Rozpuszczalnik do czyszczenia podłoża</td></tr><tr><td>Detergent laboratoryjny</td><td>Merck</td><td>107553</td><td>Początkowe czyszczenie podłoża</td></tr><tr><td>Jednostka cyrkulacji chłodzenia</td><td>Fisher Scientific</td><td>250LCU</td><td>Cyrkulacja chłodzenia dla pistoletów sputterowych</td></tr><tr><td>Metanol (&ge; 99.9%)</td><td>Merck</td><td>106009</td><td>Rozpuszczalnik do czyszczenia podłoża</td></tr><tr><td>Tarcza do tryskania manganem, średnica 50,8 mm, grubość 5,08 mm, 99,999%</td><td>Hunan Boyu Technology Co., Ltd.</td><td>Nie ma</td><td>Cel w Minessie; Moc RF wahała się od 0 do 15 W</td></tr><tr><td>Multimetr</td><td>RS PRO</td><td>EN61010-1 CATIII</td><td>Weryfikacja izolacji elektrycznej</td></tr><tr><td>Gaz azotowy (N2)</td><td>Gaslink Industrial Gases Sdn. Bhd.</td><td>N/A (dostarczone przez dystrybutora)</td><td>Suszenie podłoża po oczyszczeniu; Ocena 4,0 (99,99%)</td></tr><tr><td>Pokrywka do misy Petriego</td><td>Merck</td><td>41121812</td><td>Ochrona okien widokowych w komorach; około 94 mm średnicy i razy; Wysokość 16 mm</td></tr><tr><td>System roztrzaskania magnetronu RF</td><td>Budowane na zamówienie</td><td>Nie ma</td><td>Współdzielenie Bi2Te3 oraz Mn cienkich warstw</td></tr><tr><td>System pomiaru rezystancji Seebeck/z adapterem platynowym</td><td>Linseis</td><td>LSR-3 (LSR L31)</td><td>Pomiary współczynnika Seebecka i rezystancyjności elektrycznej</td></tr><tr><td>Pęseta</td><td>Fisher Scientific</td><td>10-316B</td><td>Obsługa czyszczonych podłoży</td></tr><tr><td>Kąpiel ultradźwiękowa</td><td>Elma</td><td>ElmaSonic S30H</td><td>Czyszczenie rozpuszczalnikami metanolu, acetonu, alkoholu izopropylowego i wody DI</td></tr><tr><td>UV&ndash; Oczyszczacz ozonu</td><td>Novascan Technologies</td><td>PSDP-UV4</td><td>Obróbka powierzchni podłoża</td></tr><tr><td>Pojemnik próżniowy</td><td>JAKO JEDNA Korporacja</td><td>VM</td><td>Przechowywanie próbek po depozycji</td></tr><tr><td>Profilometr igłowy</td><td>Bruker</td><td>DektakXT</td><td>Pomiar grubości cienkiej warstwy</td></tr><tr><td>Dyfraktometr rentgenowski</td><td>Bruker</td><td>POSTĘP D8</td><td>&theta; &ndash; 2&theta; Skanowanie XRD za pomocą Cu K&alpha; Promieniowanie</td></tr><tr><td>DIFFRAC. EVA</td><td>Bruker</td><td>DIFFRAC. EVA wersja 8</td><td>Dopasowywanie szczytów, analiza dyfrakcyjna i wykresy</td></tr><tr><td>Pochodzenie</td><td>OriginLab</td><td>OriginPro (64-bitowy)</td><td>Dopasowywanie pików i wykresy</td></tr></tbody></table>

poprawa właściwości termoelektrycznych cienkich warstw bi2te3 przez współrozpylanie manganu

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

Bi2Te3 pozostaje wzorcowym materiałem termoelektrycznym typu n (TE) do konwersji energii w niskich temperaturach, jednak jego niewielka przerwa energetyczna może obniżać wydajność z powodu termicznie generowanych nośników pasożytniczych. Badane były domieszkowanie elementarne w celu poprawy wydajności TE, choć systematyczne badania nad cienkimi warstwami Bi2Te3 domieszkiwanymi manganem (Mn) pozostają ograniczone. W tym badaniu zastosowano proces współsputteringu magnetronu radiowego do wytwarzania cienkich warstw Bi2Te3 domieszkowanych Mn, zmieniając moc celu Mn przy zachowaniu stałych warunków nanosienia Bi2Te3 . Właściwości transportu strukturalnego, mikrostrukturalnego, składowego i TE oceniano za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej, skaningowej mikroskopii elektronowej emisji polowej, spektroskopii rentgenowskiej dyspersyjnej energii oraz pomiarów transportu zależnego od temperatury. Dyfrakcja rentgenowska potwierdziła zachowanie fazy romboedrycznej Bi2Te3 z preferowaną orientacją (015), podczas gdy przesunięcia szczytu w kierunku wyższych wartości 2θ były zgodne z skurczem sieci związanym z Mn. Wszystkie filmy wykazywały ujemne współczynniki Seebecka, potwierdzające przewodzenie typu n. Zwiększenie dopingu Mn zwiększyło wartość współczynnika Seebecka, ale także zwiększyło rezystancję elektryczną, co świadczy o kompromisie transportowym. Warstwa naniesiona z mocą 5 W Mn osiągnęła najwyższy współczynnik mocy 529,33 μW m−1 K−2 przy 523 K dzięki niskiej rezystancji i odpowiedniej mocy termograficznej. Wyniki te pokazują, że umiarkowane włączenie Mn może poprawić wydajność cienkich warstw Bi2Te3 związaną z współczynnikiem mocy w mierzonym zakresie temperatur.

Przedstawiono reprezentatywne wyniki dla serii mocy Mn (0, 5, 10, 15 W), przyjmując film niedopowany (0 W) jako warunek kontrolny do porównań strukturalnych i transportowych.
Struktura krystaliczna (XRD) 
Dyfraktogramy XRD potwierdzają, że wszystkie próbki zachowały romboedryczną fazę Bi2Te3 (JCPDS nr 15-0863) w całej serii mocy Mn, co przedstawiono na Ryc. 4. Dominujące refleksy, w tym silna orientacja preferencyjna (015)...

Opracowano protokół współsputteringu o częstotliwości radiowej, aby wytwarzać cienkie warstwy Bi2Te3 domieszkowane manganem oraz oceniać, jak dopływ manganu wpływa na właściwości transportu strukturalnego i termoelektrycznego. Umiarkowane włączenie manganu poprawiło jednolitość filmu i zachowanie transportu związane z czynnikiem mocy, podczas gdy wyższy dopływ manganu zwiększał nieporządek strukturalny i rezystancję.

Poprawa właściwości termoelektrycznych cienkich warstw Bi2Te3 przez współrozpylanie manganu

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

Moje badania analizują zmiany w parametrach termoelektrycznych cienkich warstw tellurku bizmutu domieszkowanego manganem, osadzonych metodą kontrolowanego współrozpylania. Dotychczasowe metody nie pozwalały na odpowiednie zbadanie wpływu domieszkowania manganem na cienkie warstwy tellurku bizmutu. Niniejszy protokół wypełnia tę lukę poprzez systematyczne badanie.Po umieszczeniu przygotowanych i oczyszczonych podłoży ze szkła sodowo-wapniowego w obrotowym uchwycie na podłoża, zamknij drzwi komory i rozpocznij pompowanie. Na początku delikatnie dociśnij obszar wokół drzwi komory, aby zapewnić szczelność, i potwierdź spadek ciśnienia na manometrze. Kontynuuj pompowanie, aż ciśnienie w komorze osiągnie wartość mniejszą lub równą 5 × 10⁻³ torr.Włącz system chłodzenia i ustaw temperaturę na 288 Kelvin, aby zapewnić ciągłą cyrkulację rekultywowanej wody dejonizowanej przez obie armatki rozpylające przed zapłonem plazmy. Wprowadź argon wysokiej czystości i poczekaj około dwie do pięciu minut na jego stabilizację lub do momentu, gdy przepływ ustabilizuje się na poziomie większym lub równym 3,9 standard cubic centimeters per minute. Ustaw obrót podłoża na 10 RPM w jednym stałym kierunku i utrzymuj ciągłą rotację przez cały czas trwania wstępnego rozpylania oraz procesu osadzania.Włącz zasilacz wysokiej częstotliwości oraz kontroler sieci dopasowującej. Za pomocą funkcji minimum lub maksimum dostrój ustawienia sieci dopasowującej dla obu armatek RF, aż wartość obciążenia (load) i wartość strojenia (tune) osiągną 50 W. Przełącz tryb kontrolera z trybu ręcznego na automatyczne dopasowanie.Przed zapłonem plazmy ustaw moc częstotliwości radiowej na 50 watów dla działa tellurku bizmutu oraz 10 watów dla działa manganu. Zminimalizuj moc odbitą przed zapłonem plazmy, utrzymując ją na poziomie pięciu watów lub niższym. Zainicjuj zapłon plazmy dla obu dział i potwierdź stabilność plazmy, obserwując stały blask utrzymujący się przez około jedną do dwóch minut, bez widocznego migotania lub nagłych skoków ciśnienia.Po uzyskaniu stabilnej plazmy w obu działkach, przeprowadzić wstępne rozpylanie (pre-sputtering) obu tarcze przez 15 minut w celu usunięcia zanieczyszczeń powierzchniowych i tlenków naturalnych. Po zakończeniu wstępnego rozpylania wyjąć podłoża testowe. Przed załadowaniem podłoży do procesu osadzania, usunąć kurz z wnętrza komory oraz obszaru uchwytu próbek, używając czystej gruszki do przedmuchiwania.Okno obserwacyjne należy zabezpieczyć czystą pokrywką płytki Petriego w celu obserwacji plazmy. Należy sprawdzić tarcze, aby upewnić się, że są one prawidłowo osadzone, wycentrowane i w dobrym stanie. Należy zweryfikować, czy każda tarcza jest mocno zaciśnięta i prawidłowo wycentrowana w pistolecie do rozpylania.Umieść oczyszczone podłoża symetrycznie w pobliżu zewnętrznego obszaru obrotowego uchwytu, w odległości około 5 do 10 milimetrów od środka uchwytu. Ustaw dłuższy bok każdego podłoża równolegle do krawędzi uchwytu. Ustaw stałą odległość od tarczy do podłoża na 55 milimetrów dla obu armatek rozpylających.Odpompuj komorę i kontynuuj ewakuację przez co najmniej pięć godzin lub do momentu ustabilizowania się ciśnienia bazowego na wartości docelowej. Stabilność ciśnienia bazowego potwierdza się, gdy dryft ciśnienia pozostaje mniejszy lub równy 5% w ciągu około 10 minut, a ciśnienie bazowe osiągnie wartość 5 × 10⁻⁵ torr lub niższą. Po osiągnięciu ciśnienia bazowego ustabilizuj system chłodzenia w temperaturze 288 K.Ustaw przepływ argonu na 4 sccm i poczekaj na jego stabilizację. Utrzymuj obrót podłoża na poziomie 10 RPM. Potwierdź ustawienia sieci dopasowującej dla obu dział i włącz automatyczne dopasowanie w sterowniku.Uruchom działo z tellurkiem bizmutu przy mocy 70 W, aby ułatwić zapłon plazmy. Zwiększaj moc o pięć watów co 10 s, aż do osiągnięcia 100 W. Uruchom timer osadzania dopiero wtedy, gdy odczyt mocy tellurku bizmutu utrzyma się na poziomie 100 W przez około 30 s i zostanie potwierdzona stabilność plazmy.Osadzaj warstwy przez 30 minut, utrzymując stabilne warunki plazmy podczas procesu osadzania. Stosując te same parametry, powtórz etapy osadzania manganu przy mocach radiowej częstotliwości 10 watts i 15 watts, używając nowych podłoży. Rozpocznij wyłączanie za pomocą kontrolera systemu, wyłączając w pierwszej kolejności wyjście radiowej częstotliwości.Zmniejsz przepływ argonu do 10–11 standardowych centymetrów sześciennych na minutę, utrzymując aktywność systemu chłodzenia aż do momentu odpowietrzenia komory i powrotu źródeł rozpylania do temperatury bliskiej temperaturze otoczenia. Przed odpowietrzeniem komory upewnij się, że pompa turbomolekularna całkowicie się zatrzymała, a odczyt prędkości wynosi zero. Powoli odpowietrz komorę za pomocą suchego azotu przez zawór odpowietrzający, aby umożliwić stopniowe wyrównanie ciśnienia i zminimalizować przemieszczanie się cząsteczek.Otwórz komorę dopiero po powrocie ciśnienia do wartości zbliżonej do ciśnienia atmosferycznego, wynoszącej około 760 torr, gdy drzwi komory można będzie otworzyć bez oporu. Podczas wyjmowania próbek używaj maski i rękawiczek, aby ograniczyć zanieczyszczenie oraz ekspozycję na drobne cząstki. Wyjmij naniesione próbki z komory.Przenieś próbki do czystej szalki Petriego. Przechowuj próbki w pojemniku próżniowym i przeprowadź charakterystykę w ciągu 24 do 72 godzin po osadzaniu. Po wyjęciu próbek wykonaj wstępne pompowanie komory pompą wstępną przez 10 do 15 minut, aby osiągnąć wymagane ciśnienie przed uruchomieniem TMP, minimalizując tym samym ekspozycję na powietrze otoczenia i wilgoć.Dyfraktogramy rentgenowskie potwierdzają, że wszystkie próbki zachowują romboedryczną fazę tellurku bizmutu w całej serii mocy manganu. Dominujący piki dyfrakcyjny przesunął się w stronę wyższych wartości dwa theta wraz ze zwiększeniem dopływu manganu. Rozmiar krystalitów ogólnie zmniejszył się z 14,23 nanometrów przy 0 W do 8,35 nanometrów przy 15 W, co jest zgodne ze zmniejszeniem rozmiaru domen koherentnych i zwiększeniem mikronaprężeń przy wyższej mocy manganu.Obrazy z powierzchniowej emisyjnej skaningowej mikroskopii elektronowej wykazały wyraźne zmiany w mikrostrukturze filmu wraz ze wzrostem ilości wprowadzonego manganu. Film kontrolny (0 W) wykazywał większe ziarna poligonalne z wyraźnymi granicami ziaren, podczas gdy film domieszkowany manganem (5 W) charakteryzował się bardziej zwartą powierzchnią z drobniejszymi ziarnami. Filmy osadzane przy mocy manganu 10 W i 15 W wydawały się gęstsze, z mniejszą liczbą przerw międzyziarnowych niż próbki 0 W i 5 W.Analiza składu pierwiastkowego potwierdziła, że wbudowywanie manganu zwiększało się wraz ze wzrostem mocy tarczy manganu. Wszystkie filmy wykazały ujemny współczynnik Seebecka, co potwierdza przewodnictwo typu n, a wartość współczynnika Seebecka ogólnie wzrastała wraz z temperaturą dla wszystkich próbek. Najwyższą wartość współczynnika Seebecka zaobserwowano dla filmu 15 watt, która osiągnęła minus 162,08 µV/K w temperaturze 523 K.Wszystkie filmy wykazały półprzewodnikowy charakter transportu, w którym rezystywność malała wraz ze wzrostem temperatury. Maksymalny współczynnik mocy osiągnięto dla filmu pięciowattowego, który wyniósł około 529,33 µW/m·K² w temperaturze 523 K. Chociaż film piętnastowattowy wykazał najwyższą wartość współczynnika Seebecka, zwiększona rezystywność obniżyła współczynnik mocy do 300,59 µW/m·K².Niniejszy protokół umożliwił badaczowi współosadzanie manganu na cienkiej warstwie tellurku bizmutu oraz ocenę wpływu poziomu domieszkowania na właściwości termoelektryczne. Kluczowym wyzwaniem w tym protokole jest utrzymanie stabilnej plazmy oraz warunków rozpylania w celu wiarygodnego i spójnego wprowadzenia mechanizmów domieszkowania. Dalsze badania mogą koncentrować się na optymalizacji właściwości termoelektrycznych, obróbce po syntezie oraz konstrukcji cienkowarstwowego generatora termoelektrycznego w celu przeprowadzenia testów na poziomie urządzenia.

improving-thermoelectric-properties-bi2te3-thin-films-manganese-co

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Poprzez siarkowanie wstępnie osadzonych metali przejściowych, można wytwarzać heterostruktury krystaliczne o dużej powierzchni i pionowe 2D. W niniejszym raporcie przedstawiono również procedury przenoszenia folii i produkcji urządzeń.

Otrzymywanie wielkopowierzchniowych pionowych heterostruktur krystalicznych 2D poprzez siarkowanie warstw metali przejściowych do wytwarzania urządzeń

Tutaj prezentujemy protokół hodowli nanocząstek LSMO i folii (Gd) BCO na podłożach monokrystalicznych (001) SrTiO3 (STO) metodą rozpylania radiowego (RF).

Rozpylanie magnetronowe o częstotliwości radiowej GdBa2Cu3O7−δ/ La0,67Sr0,33MnO3 Quasi-dwuwarstwowe folie na podłożach monokrystalicznych SrTiO3 (STO)

Tutaj prezentujemy szczegółowe protokoły dla przetwarzanych w roztworze cienkich warstw półprzewodnikowych srebra, bizmutu i jodu (Ag-Bi-I) wytwarzanych na przezroczystych elektrodach pokrytych TiO2 oraz ich potencjalnego zastosowania jako stabilnych i bezołowiowych urządzeń optoelektronicznych.

Trójskładnikowe cienkie warstwy "srebrowo-bizmutowo-jodowe" przetworzone w roztworze do bezołowiowych absorberów fotowoltaicznych

Ta praca opisuje kompletny proces produkcji cienkich absorberów tellurku kadmu/tellurku selenu/tellurku kadmu dla zwiększenia wydajności. Proces wykorzystuje zautomatyzowany system próżniowy in-line do osadzania sublimacyjnego w bliskiej przestrzeni, który jest skalowalny, od produkcji urządzeń badawczych o małej powierzchni, a także modułów na dużą skalę.

Ultracienkie ogniwa słoneczne CdSeTe/CdTe osadzane sublimacyjnie w bliskiej przestrzeni dla zwiększenia gęstości prądu zwarciowego i fotoluminescencji

Rękopis opisuje protokół rozpylania magnetronowego za pomocą częstotliwości radiowej cienkich warstw termoelektrycznych Bi2Te3 i Sb2Te3 na podłożach szklanych, który reprezentuje niezawodną metodę osadzania, która zapewnia szeroki zakres zastosowań z potencjałem do dalszego rozwoju.

Wytwarzanie cienkich warstw termoelektrycznych Bi2Te3 i Sb2Te3 przy użyciu techniki rozpylania magnetronowego o częstotliwości radiowej

Tutaj prezentujemy protokół syntezy dwóch chalkogenków metali (Cu1.8S i SnSe) odpowiednich dla termoelektryki poprzez ultraszybką (drugi zakres), bezrozpuszczalnikową i jednoetapową syntezę mechanochemiczną przy użyciu prekursorów pierwiastkowych. Jednocześnie demonstrujemy monitorowanie temperatury w słoiku podczas planetarnego mielenia kulowego in situ przez nowo opracowane urządzenie.

Demonstracja prostoty i monitorowania temperatury in situ mechanochemicznej syntezy chalkogenków metali odpowiednich do zastosowań termoelektrycznych

Opisujemy technikę nanoformowania, która pozwala na tanie wzorowanie na nanoskali funkcjonalnych materiałów, stosów materiałów i całych urządzeń. Nanoformowanie może być wykonywane na dowolnym zestawie nanoimprintingu i może być stosowane do szerokiej gamy materiałów i procesów osadzania.

Nanoformowanie materiałów funkcjonalnych, wszechstronna metoda komplementarnej replikacji wzoru do nanoimprintingu

Ten raport opisuje użycie specjalnie zbudowanego systemu do nanoszenia aerozolowego grubych warstw granatu itrowo-żelazowego na szafirowe podłoża w RT. Osadzone błony są charakteryzowane za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, profilometrii i rezonansu ferromagnetycznego, aby dać reprezentatywny przegląd możliwości tej techniki.

Tworzenie grubych, gęstych warstw granatu itrowo-żelazowego za pomocą osadzania aerozolowego

Zaoferowaliśmy metodę bezpośredniej syntezy cienkiej warstwy ZnO o wysokiej osi c (0002) poprzez chemiczne osadzanie z fazy gazowej wspomagane plazmą. Zsyntetyzowana cienka warstwa ZnO w połączeniu z elektrodą palcową Pt została wykorzystana jako warstwa detekcyjna dla fotodetektora ultrafioletowego, wykazując wysoką wydajność dzięki połączeniu dobrej czułości i niezawodności.

Synteza i charakterystyka cienkiej warstwy ZnO o wysokiej osi c za pomocą plazmowego systemu chemicznego osadzania z fazy gazowej i jego zastosowania w fotodetektorze UV

Technika gradientów dyfuzyjnych w cienkich warstwach (DGT) jest proponowana do badań specjacyjnych plutonu. Protokół ten opisuje eksperymenty dyfuzyjne badające zachowanie Pu(IV) i Pu(V) w obecności materii organicznej. DGT rozmieszczone w źródle krasowym pozwalają na ocenę biodostępności Pu.

Pomiary specjacji i biodostępności plutonu środowiskowego z wykorzystaniem dyfuzji w cienkich warstwach

Universiti Kebangsaan Malaysia.  A radiofrequency co-sputtering protocol was developed to fabricate manganese-doped Bi2Te3 thin films and evaluate how manganese input influences structural and thermoelectric transport properties. Moderate manganese incorporation improved film uniformity and power-factor-related transport behavior, while higher manganese input increased structural disorder and resistivity.

Poprawa właściwości termoelektrycznych cienkich warstw Bi₂Te₃ przez współrozpylanie manganu

Przeglądaj więcej filmów