الخواص التركيبية والكهربائية لاغشية Bi2 (Te1 - x Sex) 3 الرقيقة == Structural and electrical properties of Bi2 (Te 1 - x Se x) 3 thin films
Author name:
هديل فاضل حسين عمران
Supervisor name:
اخلاص هميم شلال
General topic:
Physics
Specific topic:
Thin Films
Degree:
Master
University:
Mustansiriyah University - College Of Education For Pure Sciences
Language:
English
University location:
Baghdad
First pages:
26T1783 - p.pdf
Abstract:
تم تحضير عينات لسبائك Bi2(Te1 - xSex)3بنسب مختلفة من محتوى (x=0,0.1,0.3,0.5,0.7,0.9,and 1.0) Se ,وحضرت الاغشية الرقيقة باستخدام منظومة التبخير الحراري على قواعد من مادة الزجاج وعند ضغط واطئ ( (10 - 5 تور وبمعدل ترسيب (12) نانومتر بالدقيقة عند درجة حرارة الغرفة وبسمك ثابت مقداره (450±30) نانومتر. تم التحقق من تراكيز كل من العناصر المكونة للسبائك البزموث والتيلريوم والسلينيوم من خلال الفحص بجهاز فلورة الاشعة السينية حيث تعتمد هذه التقنية على القيم القياسية لهذه العناصر .وذلك للتاكد من ان السبائك Bi2(Te1 - xSex)3 هي ذات نقاوة جيدة. اظهرت قياسات حيود الاشعة السينية لسبائك واغشيةBi2(Te1 - xSex)3 بانها تمتلك تركيب متعدد التبلور بالمنشور السداسي المنتظم، بمجموعة الفضاء R3m، مع التوجيه القوي للسطح (015). لوحظ ان هناك قمم حيود اضافية، تتوافق مع الانعكاسات عن السطوح البلورية ، (006) و(0015)، نلاحظ ان هناك العديد من الانعكاسات عن السطوح البلورية( 015) (006)، (1010) وانعكاس قوي وحاد عن السطح (015) ، وهذا يعني ان جميع الاغشية ذات تركيب جيد على طول المستوى (015) بشدات مختلفة لكل غشاء رقيق وكما اظهرت قياسات بجهاز AFM او مورفولوجية السطح للاغشية Bi2(Te1 - xSex)3 ان هناك زيادة في حجم الحبيبة ومتوسط خشونة السطح مع زيادة نسبة (x). اظهرت قياسات التوصيلية الكهربائية المستمرة وجود طاقتي للتنشيط، وبالتالي ظهور اليتين للنقل للحاملات في الاغشيةBi2(Te1 - xSex)3الرقيقة ولجميع مديات درجات الحرارة , حيث ان الطاقة التنشيط الاولى (Ea1) تحدث في درجة الحرارة المنخفضة للمدى (323 - 383) K في حين ان طاقة التنشيط الثانية (Ea2) تحدث في درجة الحرارة المرتفعة للمدى (383 - 433). تشير نتائج قياسات تاثير هول ان جميع الاغشية الرقيقة ولجميع قيم x تمتلك توصيلية كهربائية من النوع p والتي تتطابق مع توصيلية المركبات الاصلية Bi2Te3 وBi2Se3 مما يعني عدم وجود انحراف في نسبة السلينيوم Se / او التليريوم Te في السبائك المصنعة، حيث ان هذا الانحراف يؤدي الى تغيير نوع التوصيلية في الاغشية الرقيقة لBi2(Te1 - xSex)3. تقل تراكيز حاملات الشحنة مع ارتفاع نسبة Se للاغشية الرقيقة Bi2(Te1 - xSex)3، من القيمة 2.32*1019cm - 3)) عند x=0 الى القيمة) ( 9.40*1017cm - 3 عند x=1 , في حين اظهرت حركية هول μH سلوكا مغايرا حيث تزداد مع زيادة نسبة السلينيوم Se في الاغشية الرقيقة Bi2(Te1 - xSex)3 من 3.51*10 - 1 cm2/V.s) ) الى القيمة 7.54 cm2/V.s) ) عند تغير قيم x من (0) الى (1) على التوالي. تم قياس الخصائص الكهروحرارية للاغشية الرقيقة Bi2(Te1 - xSex)3 للمدى الحراري من K ( 383 - 433) , حيث ان قيم معامل سيباك ، تنخفض مع زيادة نسبة Se لجميع العينات للاغشية الرقيقة Bi2(Te1 - xSex)3، بينما انخفض معامل القدرة مع زيادة نسبة السلينيوم Se في الاغشية الرقيقة Bi2(Te1 - xSex)3. التوصلية الحرارية Kel للاغشية الرقيقة Bi2(Te1 - xSex)3 كما تم ترسيبها , تنخفض بشكل ملحوظ مع زيادة نسبة Se, من القيمة (1.031*10 - 5 ( w/cm.k)) الى القيمة 8.96*10 - 6 ) (w/cm.k))) اخيرا وجدنا ان هذا العامل (ZT) يقل مع زيادة نسبة (Se) في الاغشية الرقيقة Bi2(Te1 - xSex)3, من (0.704) الى القيمة(0.129) عند عند تغير قيم x من (0) الى (1) على التوالي. | The Bi2(Te1 - x Sex)3 alloys with different values of the percentage of Se (x=0,0.1,0.3,0.5,0.7,0.9 and 1)have been prepared, Thinfilms of these alloys were prepared using thermal evaporation technique under vacuum of (10 - 5 ) Torr on glass substrates, at room temperature with deposition rate (12nm/min) with constant thickness (450±30 nm). The concentrations of Bi, Se and Te in the Bi2(Te1 - x Sex)3 alloys were identified by X - ray Fluorescence (XRF) technique , to be ensure that they are in good stoichiometric percentage in the Bi2(Te1 - x Sex)3 alloys. The X - ray diffraction measurements for bulk and thin films of Bi2(Te1 - xSex)3 indicate the polycrystalline structure with rohmbohedral structure, with space group R3m, and with a strong (015) preferred orientation. and it can be noticed that there are additional peaks, (0015) and (006 ) reflections planes, which is meaning that all films present a very good texture along the (015) plane axis, different intensities for each thin film. AFM measurements or The surface morphology for the thin films of Bi2(Te1 - x Sex)3,show that the average crystallite size and the average surface roughness increasing with increasing of the percentage Se(x). The D.C measurements showed two stages of activation energy and hence two transport mechanisms for thin films under study, in the temperature range, (Ea1) occurs within range (323 - 383)K , while (Ea2) within range (383 - 433) K. The values of Ea1 increase from (0.0066627at x=0 - 0.0073361 at x=1) eV The values of Ea2 increase from (0.011 - 0.013) eV The results Hall Effect measurements show that all thin films have p - type conductivity and that coincide with the original compounds Bi2Te3 and Bi2Se3, indicating there is no deviation in the percentage of Se and/or Te in our fabricated alloys, then this will be changing the type of thin films conductivity. The carrier concentrations of charge carriers nH decrease with increasing of Se percentage, from (2.32*1019cm - 3 ) at x=0 to(9.40*1017cm - 3 ) at x=1, while the mobility μH showed opposite manner which increases with increasing of Se percentage from (3.51*10 - 1 cm2/V.s) when x=0 to (7.54cm2/V.s) at x=1. Thermoelectric properties of Bi 2 (Te 1 - X Se X) 3 thinfilm were measured from (383 K to 433 K) The values of Seebeck coefficient, decreases as increasing of Se percentage in all samples of Bi 2 (Te 1 - X Se X) 3 thinfilm, while the power factor was decrease when we increase the (Se) percentage in Bi 2 (Te 1 - X Se X) 3 thinfilm. Thermal conductivity Kel for the as deposited Bi2(Te1 - x Se x)3 thinfilm, decreases sharply by increasing Se percentage from (1.03*10 - 5 w/cm.k).to (8.95*10 - 6 w/cm.k) .Finally we found that the figure of Merit (ZT) decreases by increasing (Se) percentage for all investigated Bi2(Te1 - xSex)3 thin films, from (0.704) at x= 0 to (0.129) at x=1.
