Вплив середовища відпалу на формування нанорозмірних плівок Co–Sb — функціональних термоелектричних елементів

Ю. М. Макогон, С. І. Сидоренко, Р. А. Шкарбань

Національний технічний університет України «КПІ», пр. Перемоги, 37, 03056 Київ, Україна

Отримано: 28.04.2017. Завантажити: PDF

Вивчено вплив температури підкладинки та середовища відпалу (вакуум або атмосфера азоту) на формування фазового складу та структури нанорозмірних плівок CoSb$_{х}$ (30 нм) (1,8 $\leq х \leq$ 4,2) з концентрацією Sb від 65 ат.% до 81 ат.%. Визначено, що при осадженні на підкладинки за кімнатної температури формується рентґеноаморфний стан. При подальшому нагріві після кристалізації область існування фази CoSb$_3$ розширюється (75–80 ат.% Sb) у порівнянні з масивним станом (75 ат.% Sb). При збільшенні температури підкладинки до 200°C утворюються плівки Co–Sb у кристалічному стані, і закономірності формування фазового складу в них характеризуються послідовністю перетворень, яка відповідає діяграмі фазової рівноваги для масивного стану системи Co–Sb. Встановлено, що плівки на основі CoSb$_3$ є термічно стабільними до $\cong$ 300°C. Відпал плівок Co–Sb як у вакуумі, так і в атмосфері азоту при температурах вище 300°C приводить до сублімації як надлишкового Стибію, так і Стибію з кристалічної фази CoSb$_3$. Показано, що вплив середовища відпалу для плівок Co–Sb проявляється в більш інтенсивній cублімації Стибію при відпалі у вакуумі. Встановлено, що більш інтенсивний процес cублімації Sb при відпалі рентґеноаморфних плівок як у вакуумі, так і в атмосфері азоту, пов’язаний із меншою енергією активації cублімації Sb у порівнянні з плівками у кристалічному стані.

Ключові слова: нанорозмірна плівка, термічне оброблення, скутерудит CoSb$_{3}$, антимонід, коефіцієнт термоелектричної ефективности.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v39/i05/0677.html

PACS: 68.37.Ps, 68.55.Nq, 68.60.Dv, 73.50.Lw, 82.80.Yc, 84.60.Rb, 85.80.Fi


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. А. Ф. Иоффе, Энергетические основы термоэлектрических батарей из полупроводников (Москва–Ленинград: Изд-во АН СССР: 1950).
  2. А. О. Епремян, В. М. Арутюнян, А. И. Ваганян, Международный научный журнал альтернативная энергетика и экология, № 5: 7 (2005).
  3. А. В. Шевельков, Успехи химии, 77, № 1: 3 (2008).
  4. M. Carle, P. Pierrat, C. Lahalle-Gravier, S. Scherrer, and H. Scherrer, J. Phys. Chem. Solids, 56, No. 2: 201 (1995). Crossref
  5. G. A. Slack, CRC Handbook of Thermoelectrics (Ed. D. M. Rowe) (Boca Raton: CRC Press: 1995), p. 407.
  6. Д. М. Фреїк, М. О. Галущак, О. С. Криницький, О. М. Матківський, Фізика і хімія твердого тіла, 14, № 2: 300 (2013).
  7. X. J. Zheng, L. Zhu, Y.-H. Zhou, and Q. Zhang, Appl. Phys. Lett., 87: 242101 (2005). Crossref
  8. J. Sommerlatte, K. Nielsch, and H. Böttner, Physik Journal, 6, No. 5: 35 (2007).
  9. D. Zhao, Ch. Tian, Y. Liu, Ch. Zhan, and L. Chen, J. Alloys Compd., 509: 3166 (2011). Crossref
  10. Ю. Н. Макогон, Е. П. Павлова, С. И. Сидоренко, Д. Беке, А. Чик, Р. А. Шкарбань, Металлофиз. новейшие технол., 36, № 12: 1621 (2014). Crossref
  11. Ю. М. Макогон, С. І. Сидоренко, Р. А. Шкарбань, Металловедение и термическая обработка металлов, 77, № 1: 22 (2016).
  12. M. V. Daniel, C. Brombacher, G. Beddies, N. Jöhrmann, M. Hietschold, D. C. Johnson, Z. Aabdin, N. Peranio, O. Eibl, and M. Albrecht, J. Alloys Compd., 624: 216 (2015). Crossref
  13. J. C. Caylor, A. M. Stacy, and B. Bloom, 18th International Conference on Thermoelectrics (Aug. 29–Sept. 2, 1999, Baltimore), p. 657.
  14. N. R. Dilley, E. D. Bauer, M. B. Maple, S. Dordevic, D. N. Basov, F. Freibert, T. W. Darling, A. Migliori, B. C. Chakoumakos, and B. C. Sales, Phys. Rev. B, 61, No. 7: 4608 (2000). Crossref
  15. G. A. Lamberton Jr., S. Bhattacharya, R. T. Littleton IV, M. A. Kaeser, R. H. Tedstrom, T. M. Tritt, J. Yang, and G. S. Nolas, Appl. Phys. Lett., 80, No. 4: 598 (2002). Crossref
  16. J. Y. Peng, P. N. Alboni, J. He, B. Zhang, Z. Su, T. Holgate, N. Gothard, and T. M. Tritt, J. Appl. Phys., 104: 053710 (2008). Crossref
  17. A. Harnwunggmounga, K. Kurosakia, Y. Ohishia, H. Muta, and Sh. Yamanaka, J. Alloys Compd., 509: 1084 (2011). Crossref