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BiCuSeO薄膜光诱导横向热电效应研究

王莲  
【摘要】:光诱导横向热电效应(LITT效应)是由于材料塞贝克系数各向异性产生的一种特殊热电效应,通常只能在c轴倾斜生长的薄膜或多层结构中观测得到。该效应在高灵敏、快响应的新型光探测器领域具有重要应用前景。铋铜硒氧(BiCuSeO)是一种新型硫属氧化物热电材料,目前国际上对其研究主要集中在常规热电效应上,鲜有LITT效应的研究报道。本论文以BiCuSeO为研究对象,利用脉冲激光沉积技术(PLD)制备了c轴倾斜生长的BiCuSeO薄膜,研究了辐照激光波长、能量、入射方向以及铅掺杂和测试气氛等对该薄膜LITT效应影响规律和机制。主要实验结论如下:1、用脉冲激光、连续激光或纯热源(如电烙铁)对BiCuSeO薄膜表面进行辐照加热时,均可以在平行于膜面方向观测到明显的开路电压信号且a)电压幅值随辐照激光波长的增加而减小;b)电压幅值随辐照激光能量的增加线性增大;c)若薄膜厚度大于光穿透深度,当激光从基片背面辐照时,电压信号极性发生反转。分析认为该信号源于薄膜上下表面温差ΔTz所产生的热电压信号,即横向热电效应。2、研究了铅掺杂对Bi_(1-x)Pb_xCuSeO(0≤x≤0.12)薄膜LITT效应的影响,并得到了最佳掺杂条件x=0.08,制备得到高灵敏、快响应的光电探测器。实验发现,当用紫外脉冲激光(308 nm)辐照薄膜表面时,随着铅掺杂量的增加,薄膜LITT效应输出电压信号幅值先增大后减小,在x=0.08时达到最大值。一方面,随着铅掺杂量的增加,薄膜的电导率提高,使得薄膜上下表面温差ΔTz增大;另一方面,铅掺杂使晶粒的取向性变差,导致薄膜ab平面和c轴方向Seebeck系数的差值ΔS减小。二者共同的作用使得Bi_(1-x)Pb_xCuSeO(0≤x≤0.12)薄膜LITT效应输出电压信号幅值出现先增大后减小的趋势。3、研究了在不同温度及气氛下Bi_(0.92)Pb_(0.08)CuSeO薄膜光电探测器的应用情况。实验发现,当用可见连续激光(532 nm)辐照薄膜表面时,随着温度的降低,薄膜LITT效应输出电压信号幅值因ΔS减小而减小;在真空条件下,LITT信号幅值比空气气氛条件下增大,这是由于真空条件下热弛豫缓慢导致ΔTz较大所致。


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