Fabricação de Filmes Finos Termoelétricos Bi2Te3 e Sb2Te3 utilizando a Técnica de Sputtering por Magnetron de Radiofrequência

Resumo

O manuscrito descreve um protocolo para sputtering de magnetron de radiofrequência de filmes finos termoelétricos Bi₂Te₃ e Sb₂Te₃ sobre substratos de vidro, que representa um método de deposição confiável que fornece uma ampla gama de aplicações com potencial para desenvolvimento posterior.

Resumo

Através de vários estudos sobre materiais termoelétricos (TE), a configuração de filmes finos oferece vantagens superiores em relação aos granéis convencionais, incluindo adaptabilidade a substratos curvos e flexíveis. Vários métodos diferentes de deposição de filmes finos têm sido explorados, mas o magnetron sputtering ainda é favorável devido à sua alta eficiência de deposição e escalabilidade. Portanto, este estudo tem como objetivo fabricar um filme fino de telureto de bismuto (Bi₂Te₃) e telureto de antimônio (Sb₂Te₃) através do método de sputtering de magnetron de radiofrequência (RF). Os filmes finos foram depositados sobre substratos de vidro de cal sodada à temperatura ambiente. Os substratos foram primeiramente lavados com água e sabão, limpos ultrassonicamente com metanol, acetona, etanol e água deionizada por 10 min, secos com gás nitrogênio e placa quente e, finalmente, tratados sob ozônio UV por 10 min para remoção de resíduos antes do processo de recobrimento. Um alvo de pulverização de Bi₂Te₃ e Sb₂Te₃ com gás argônio foi usado, e pré-sputtering foi feito para limpar a superfície do alvo. Em seguida, alguns substratos limpos foram carregados na câmara de sputtering, e a câmara foi aspirada até que a pressão atingisse 2 x ^10-5 Torr. Os filmes finos foram depositados por 60 min com fluxo de argônio de 4 sccm e potência de RF a 75 W e 30 W para Bi₂Te₃ e Sb₂Te₃, respectivamente. Este método resultou em filmes finos altamente uniformes do tipo n Bi₂Te₃ e do tipo p Sb₂Te₃ .

Introdução

Materiais termoelétricos (TE) têm atraído uma quantidade considerável de interesse de pesquisa a respeito de sua capacidade de converter energia térmica em eletricidade via efeito Seebeck¹ e refrigeração via resfriamento Peltier². A eficiência de conversão do material TE é determinada pela diferença de temperatura entre a extremidade quente da perna TE e a extremidade fria. Geralmente, quanto maior a diferença de temperatura, maior a figura de mérito do TE e maior sua eficiência³. A TE trabalha sem a necessidade de peças mecânicas adicionais que envolvam gás ou líquido em seu....

Protocolo

1. Preparação do substrato

1. Limpe os substratos de vidro com pano sem fiapos para remover sujeira solta ou detritos. Lave substratos de vidro com água e sabão, use escova para esfregar qualquer sujeira no vidro.
2. Prepare todos os solventes listados abaixo em béqueres, submerja os substratos de vidro no solvente e sonice de acordo a 37 kHz. Preparar metanol a 80 °C durante 10 min; acetona a 80 °C por 10 min, etanol a 80 °C por 10 min, água destilada (DI) a 80 °C por 20 min.
   CUIDADO: Manuseie produtos químicos altamente voláteis em uma capela de fumaça.
3. Retire os substratos do copo um a um usando um tweezer, coloque em uma....

Resultados

Micrografias transversais de filmes finos Bi₂Te₃ e Sb₂Te₃ depositados foram registradas usando MESEM como mostrado na Figura 3A e Figura 3B, respectivamente. A superfície do filme geral parece uniforme e lisa. É evidente que os grãos cristalinos do filme fino de Bi₂Te₃ eram hexagonais, conformando a estrutura cristalina de Bi₂Te₃, enquanto os grãos cristalinos do filme fino d.......

Discussão

A técnica apresentada neste trabalho não apresenta dificuldades significativas na montagem e implementação do equipamento. No entanto, vários passos críticos precisam ser destacados. Como mencionado na etapa 2.2.10 do protocolo, a condição ideal de vácuo é fundamental para produzir filmes finos de alta qualidade com menos contaminação, pois o vácuo remove o oxigênio residual na câmara³⁷. A presença de oxigênio pode causar fissuras nos filmes denominadas stress cracking, indicando a importância do .......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Acetona	Chemiz (M) Sdn. Bhd.	1910151	Líquido,
Telureto de Antimônio Inflamável, Sb2Te3	China Rare Metal Material Co., Ltd	C120222-0304	Diâmetro 50,8 mm, Espessura 6,35 mm, 99,999% de pureza
Telureto de bismuto, Bi2Te3	China Rare Metal Material Co., Ltd	CB151208-0501	Diâmetro 50,8 mm, Espessura 4,25 mm, 99,999% de pureza
Etanol	Chemiz (M) Sdn. Bhd.	2007081	Microscópio
	Zeiss	MERLIN	Equipado com
sistema de medição de efeito Hall	Aseptec Sdn. Bhd.	Multímetro digital portátil HMS ECOPIA 3000	Prokits
	Industries Sdn. Bhd.	303-150NCS-HMS-3000
	Aseptec Sdn Bhd.	Software de medição de efeito Hall	HMS ECOPIA 3000
Linseis_TA	Linseis Messgerä te GmbH	LSR-3	Linseis software de análise térmica
Methanol	Chemiz (M) Sdn. Bhd.	2104071	Líquido, Inflamável
RF-DC magnetron sputtering	Kurt J. Lesker	Company-Sistema	híbrido personalizado
Sistema de medição de coeficiente Seebeck	Linseis Messgerä te GmbH	LSR-3-SmartTiff
	Carl Zeiss Microscopy	Ltd-SEM	software de medição de espessura de imagem
Banho ultrassônico	Fisherbrand	FB15055-UV limpador de
ozônio	Ossila Ltd	L2002A3-UK	-

Eletrônico de Varredura por Emissão de Campo Líquido e Inflamável EDX