Bismuta halkogenīdu plānu kārtiņu secīgās sintēzes pielietojumiem termoelektriskajās ierīcēs un to īpašību izpēte

Abstract

Bismuta halkogenīdi kā Bi2Se3 un Bi2Te3, pašreiz tiek īpaši aktīvi pētīti, jo nesen tika atklāts, ka bez izcilām termoelektriskajām (TE) īpašībām, tiem piemīt arī topoloģiskās īpašības. Topoloģiskie izolatori ir materiāli, kuri tilpumā ir elektriskie izolatori, bet uz virsmas tiem ir vadoši stāvokļi, kas paver iespējas termoelektriskās efektivitātes paaugstināšanā. Šajā darbā tika sintezētas Bi2Se3 un Bi2Te3 plānās kārtiņas, kā arī tās tika secīgi sintezētas viena uz otras, izmantojot fizikālo tvaiku nogulsnēšanās metodi. Pārklājumiem tika noteiktas elektriskās un TE īpašības, kā arī tika noteikts paraugu biezums, morfoloģija un sastāvs. Secīgi sintezētu kārtiņu īpašības tika salīdzinātas ar vienkāršām Bi2Se3 un Bi2Te3 kārtiņām. Tika noskaidrots, ka termoelektriskās īpašības kā Zēbeka efekts un jaudas faktors secīgi sintezētajos paraugos uzlabojas attiecībā pret vienkāršajām kārtiņām.

Bismuth chalcogenides such as bismuth selenide and bismuth telluride have become materials of interest, because of their recently discovered strong topological insulator properties as well as their excellent thermoelectric properties. Topological insulators (TIs) work as electric insulators in bulk, but are conductors on their surface states, which opens up new opportunities in developing efficient thermoelectric materials. In this work, different thickness bismuth selenide and bismuth telluride thin films, as well as they were consecutively synthesized on top of each other. Thin films electric and thermoelectric properties were determined and their morphology, thickness and chemical composition were examined. Properties and characteristics of consecutively synthesized bismuth chalcogenide thin films were compared to single Bi2Se3 or Bi2Te3 thin films. It was found out that thermoelectric properties such as power factor and Seebeck coefficient of consecutively synthesized bismuth chalcogenide thin films were better than those of single Bi2Se3 or Bi2Te3 films. This may lead to potential improvement of figure of merit of bismuth chalcogenide thin films, ultimately boosting the thermoelectric properties of these materials.