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本研究将低维化与掺杂两种手段同时运用到ZnSb基热电材料的研究中,以期提高ZnSb基材料的热电性能。研究过程采用射频磁控溅射ZnSb3二元复合靶制备ZnSb热电薄膜,研究溅射功率、真空退火温度及退火时间对其性能的影响,探究较优的ZnSb薄膜制备工艺。采用优化的制备工艺条件,通过Zn4Sb3二元复合靶与Cu单质靶和Ag单质靶分别交替溅射沉积及后续的真空均匀化退火实现Cu和Ag的掺杂(Cu,Ag单质靶均采用直流磁控溅射),重点研究掺杂对ZnSb基热电薄膜性能的影响;薄膜性能测试采用的仪器主要包括扫描电子显微镜、X射线衍射仪、霍尔效应测试仪、薄膜Seebeck系数测量系统及电导率测试仪等。通过探究得出实验条件下制备ZnSb薄膜的较佳溅射功率为50 W,较适宜的真空退火温度和退火时间分别为300 ℃和1 h。薄膜的SEM及XRD测试结果表明:所制备薄膜的Zn/Sb原子比均维持在1:1,且Cu原子和Ag原子在薄膜中均匀分布;掺杂均改变了薄膜的表面形貌,Cu原子掺杂后样品薄膜表面的孔隙减少,粗糙度增大,不同Cu掺杂量ZnSb基热电薄膜中,随着Cu元素含量的增加,样品中相继出现了 Cu2Sb、Cu10Sb3和Zn4Sb3三种新相;Ag原子掺杂后样品薄膜表面更加致密均匀,Ag原子掺杂后样品中出现了 Zn4Sb3和Ag3Sb两种新相。薄膜的电输运性能测试结果表明:制备的ZnSb薄膜和Cu掺杂ZnSb基热电薄膜的霍尔系数均为正值,表明薄膜为P型半导体薄膜;Ag掺杂制备的ZnSb基热电薄膜也是P型。掺杂后薄膜样品的载流子浓度和电导率都有一定程度的增加,掺杂后形成的新相对材料电学性能的提升起了很大的作用。样品的Seebeck系数测试结果显示:Cu掺杂样品的Seebeck系数随着Cu掺杂量的增加而下降,随着测试温度的升高在小范围内变化,分析认为主要是由于掺杂后载流子浓度的增加导致的;载流子浓度的增加和结晶度的改善,也增加了Cu掺杂后薄膜的导电率;Ag掺杂样品的Seebeck系数随着Ag掺杂的增加而下降,随着测试温度的升高先缓慢上升后缓慢下降。Ag掺杂获得了与Cu掺杂相类似的结果,Ag掺杂略好于Cu掺杂。第一性原理计算的结果验证了 Cu和Ag掺杂能有效改善ZnSb基材料的载流子浓度和电导率,其主要原因是掺杂后形成的新相Zn44Sb3的费米面深入到价带,更容易导电;且掺杂后出现的Cu2Sb、Cu10Sb3和Ag3Sb相均表现出很强的金属性,这些因素都会提高薄膜的载流子浓度和电导率,模拟结果与实验结果相吻合。