Нанокомпозиционные тонкопленочные термоэлектрические материалы на основе оксидов цинка и марганца : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / научный руководитель А. К. Федотов

Abstract

Объект исследования – массивные керамики и тонкие пленки оксида цинка. Цель работы – установить структуру и электрофизические свойства (электропроводность, термоэдс) массивных керамик и тонких пленок оксида цинка. Методы исследования – сканирующая электронная микроскопия; рентгеноспектральный анализ; рентгенофазовый анализ; спектроскопия комбинационного рассеяния света, изучение температурных и магнитополевых зависимостей электропроводности, эффектов Зеебека и Холла, магнитосопротивления. В результате проведенных исследований установлены особенности структуры легированных алюминием и галлием керамик ZnO в зависимости от условий синтеза. Показана возможность формирования нежелательных фаз алюминита и галлата цинка, что препятствует эффективному легированию керамик. Однофазные керамики ZnO, обладающие наилучшими электрофизическими характеристиками, были получены с использованием в качестве источника легирующей примеси наноструктурированных порошков оксида алюминия, полученного горением в изопропиловом спирте. Удельное сопротивление и коэффициент Зеебека таких керамик равны 3,3∙10-4 Ом∙м и минус 0,26 мВ/К, что соответствует фактору мощности 2,1∙10-4 Вт/(м∙К2). Определены закономерности влияния способа синтеза пленок ZnO (термическое испарение или ионно-плазменное распыление мишени) на их структуру и электрофизические свойства (электропроводность, эффект Холла, магнитосопротивление, термоэдс) в интервале температур 2 – 300 К. Обнаружено, что при использовании термического испарения оказывается возможным дополнительно увеличивать электропроводность пленок примерно на один порядок величины, добавляя алюминий к массивному ZnO. Вместе с тем, повышение электропроводности пленок сопровождается уменьшением абсолютного значения коэффициента Зеебека, в результате чего термоэлектрический фактор мощности для разных исследованных составов не превышает 2,2∙10-4 Вт/(м∙К2).