Влияние среды отжига на формирование наноразмерных плёнок Co–Sb — функциональных термоэлектрических элементов

Ю. Н. Макогон, С. И. Сидоренко, Р. А. Шкарбань

Национальный технический университет Украины «КПИ», пр. Победы, 37, 03056 Киев, Украина

Получена: 28.04.2017. Скачать: PDF

Изучено влияние температуры подложки и среды отжига (вакуум или атмосфера азота) на формирования фазового состава и структуры наноразмерных плёнок CoSb$_{х}$ (30 нм) (1,8 $\leq х \leq$ 4,2) с концентрацией Sb от 65 ат.% до 81 ат.%. Определено, что при осаждении на подложки при комнатной температуре формируется рентгеноаморфное состояние. При дальнейшем нагреве после кристаллизации область существования фазы CoSb$_3$ расширяется (75–80 ат.% Sb) по сравнению с массивным состоянием (75 ат.% Sb). При увеличении температуры подложки до 200°C образуются плёнки Co–Sb в кристаллическом состоянии, и закономерности формирования фазового состава в них характеризуются последовательностью превращений, которая соответствует диаграмме фазового равновесия для массивного состояния системы Co–Sb. Установлено, что плёнки на основе CoSb$_3$ термически стабильны до $\cong$ 300°C. Отжиг плёнок Co–Sb как в вакууме, так и в атмосфере азота при температурах выше 300°C приводит к сублимации как избыточной сурьмы, так и сурьмы из кристаллической фазы CoSb$_3$. Показано, что влияние среды отжига для плёнок Co–Sb проявляется в более интенсивной сублимации сурьмы при отжиге в вакууме. Установлено, что более интенсивный процесс сублимации Sb при отжиге рентгеноаморфных плёнок как в вакууме, так и в атмосфере азота, связан с меньшей энергией активации сублимации Sb по сравнению с плёнками в кристаллическом состоянии.

Ключевые слова: наноразмерная плёнка, термическая обработка, скуттерудит CoSb$_{3}$, антимонид, коэффициент термоэлектрической эффективности.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/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


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  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