拓撲絕緣化摻雜Bi2Se3的電熱輸運特性及其單晶生長工藝研究.pdf

1、Bi2Se3作為一種有潛力的拓撲絕緣體材料，受到越來越多的關(guān)注。本文采用真空熔融結(jié)合放電等離子燒結(jié)制備了一系列Bi2Se3基塊體材料。系統(tǒng)研究了名義組成為Bi2Se3+x(x=0，0.06，0.12，0.18，0.24)的Se過量Bi2Se3和Bi2-xYbxSe3(x=0，0.02，0.04，0.06，0.08，0.10)的Bi位Yb摻雜Bi2Se3基塊體材料的物相組成、顯微結(jié)構(gòu)和電熱輸運性能的影響及其規(guī)律。并選取名義組成Bi2-xY

2、bxSe3(0～0.04，△x=0.02)的樣品，研究了Yb摻雜Bi2Se3的單晶生長工藝。
　　 名義組成為Bi2Se3+x(x=0，0.06，0.12，0.18，0.24)的Se過量Bi2Se3基塊體材料由單相Bi2Se3組成，霍爾系數(shù)和Seebeck系數(shù)為負數(shù)，表明材料為n型傳導，多數(shù)載流子為電子。隨著Se過量值x增大，電導率逐漸降低，Seebeck系數(shù)絕對值呈下降趨勢，熱導率變化較小，材料ZT值呈規(guī)律性下降。x=0的Bi

3、2Se3樣品425 K時ZT值最大，達到0.58；x=0.24的Bi2Se3.24樣品320 K時ZT值最小，僅為0.29。結(jié)果表明，調(diào)節(jié)Se的化學計量比并不是Bi2Se3化合物降低載流子濃度、實現(xiàn)拓撲絕緣化的有效途徑。
　　 名義組成為Bi2-xYbxSe3(x=0，0.02，0.04，0.06，0.08，0.10)的Bi位Yb摻雜Bi2Se3基塊體材料由單相Bi2Se3組成。隨Yb摻量x增大，電導率逐漸降低，Seebeck系

4、數(shù)絕對值總體呈下降的趨勢，熱導率大幅提高，材料ZT值呈規(guī)律性下降，x=0.08和0.10的兩個樣品的ZT值在320K時均非常接近于0，分別為0.0005和0.004。x=0.10的材料在350 K附近發(fā)生n型向p型傳導轉(zhuǎn)變，表明Yb摻雜能夠大幅度調(diào)節(jié)載流子濃度，實現(xiàn)Bi2Se3由n型向p型的拓撲絕緣化轉(zhuǎn)變。
　　 采用Bridgman單晶生長工藝首次生長出名義組成為Bi2-xYbxSe3(x=0，0.02，0.04)的厘米級Bi