อิทธิพลของอุณหภูมิที่อบต่อสมบัติทางเทอร์โมอิเล็กทริกของฟิล์มบางบิสมัสเทลลูไรด์ แบบบิดงอได้เตรียมโดยวิธีอาร์เอฟแมกนีตรอนสปัตเตอริง

Effect of Annealing Temperature on Thermoelectric Properties of Flexible Bi2Te3 Thin Film Prepared by RF Magnetron Sputtering

Abstract

     งานวิจัยนี้ได้เตรียมฟิล์มบางบิสมัสเทลลูไรด์ (Bi₂Te₃) เคลือบลงบนวัตถุรองรับโพลีอิมมิด โดยใช้เทคนิคอาร์เอฟแมกนีตรอนสปัตเตอริง (RF magnetron sputtering) สมบัติเชิงโครงสร้างและสมบัติทางเทอร์โมอิเล็กทริกของฟิล์มถูกนำมาศึกษาภายใต้อุณหภูมิที่ใช้ในการอบ โดยนำฟิล์มบางบิสมัสเทลลูไรด์ที่ได้ไปอบที่อุณหภูมิแตกต่างกันตั้งแต่อุณหภูมิ 300, 350 และ 400 ºC ภายใต้ความดันบรรยากาศของก๊าซไนโตรเจนเป็นเวลา 1 ชั่วโมง โครงสร้างผลึกและโครงสร้างระดับจุลภาคของฟิล์มถูกนำมาวิเคราะห์ด้วยใช้เครื่องทดสอบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดความละเอียดสูง (FESEM) ตามลำดับ ค่าสัมประสิทธิ์ซีเบคและค่าสภาพนำไฟฟ้าของฟิล์มถูกวัดตั้งแต่อุณหภูมิห้องถึง 150 ºC ด้วยเครื่องวัดค่าสัมประสิทธิ์ซีเบคและ ค่าสภาพนำไฟฟ้า (ZEM3) ผลการศึกษาพบว่าค่าสัมประสิทธิ์ซีเบคและค่าสภาพนำไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิการอบเพิ่มขึ้น โดยการอบที่ 400 ºC จะมีค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์สูงสุดคือ 1.41 x 10^-3 W/m K² วัดที่อุณหภูมิ 150 ºC

     Bismuth telluride (Bi₂Te₃) thermoelectric thin films were deposited on polyimide substrate by RF magnetron sputtering technique. The structural and thermoelectric properties of the films were investigated under the annealing temperatures. As-deposited films were annealed in the vacuum chamber with the N₂ flow gases at three different temperatures of 300, 350, and 400 °C for 1 hour. The crystal structures and microscopy of the films were characterized by X-ray diffraction (XRD) and Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM), respectively. Seebeck coefficient and electrical conductivity of the films were simultaneously measured at room temperature and up to 150 °C by dc four-terminal method (ZEM3). It was found that the Seebeck coefficient and electrical conductivity increased with increasing temperature. The film annealed at 400 °C has a maximum PF value of 1.41 x 10^-3 W/m.K² at the applied temperature of 150 °C.