应变增强Nb掺杂SrTiO3薄膜热电性能

作者：马云鹏; 庄华鹭; 李敬锋; 李千^*

来源：Acta Physica Sinica, 2023, 72(09): 128-134.

• 脉冲激光沉积
• 热电
• 钛酸锶
• 薄膜

高性能热电材料的发展有望帮助解决未来能源危机,且随着可穿戴器件的发展与应用,热电材料和器件除了要具备更高的热-电转化性能以外,还必须具有良好的柔性.将热电材料制成薄膜既可以为微型器件供电,也有潜力应用于柔性器件.本文使用脉冲激光沉积方法,在商用SrTiO3 (STO)和La0.3Sr0.7Al0.65Ta0.35O3 (LSAT)衬底上制备得到了不同厚度的高质量铌掺杂钛酸锶薄膜(Nb:STO),并对薄膜的表面形貌、结构以及热电性能进行表征与测试.结果显示,使用LSAT作为衬底可以对薄膜施加面内压应变,随着薄膜厚度的增大,应变逐渐释放并接近于块体Nb:STO.随着厚度的增大,薄膜的热电性能逐渐提升,在STO衬底上生长的208 nm厚样品的室温功率因子相比于52 nm样品提升了187%.此外, 144 nm厚度的Nb:STO/LSAT薄膜室温塞贝克系数达到了265.95 μV/K,这是由于衬底应变导致薄膜样品的能带变化.本工作表明通过应变工程调控铌掺杂钛酸锶薄膜热电性能的可行性,为后续提高此类薄膜材料的热电性能提供了一种新思路.

• 单位
  清华大学; 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室; 材料学院