Kristallbaufehler und Metall-Halbleitergrenzflächen von (Bi,Sb)2(Te,Se)3 Materialien für die Peltierkühlung (PDF)

Inhaltsangabe:Einleitung:
Diese Arbeit ist ein Beitrag zum mikroskopischen Verständnis von Bi2Te3 Materialien, die sich bei Raumtemperatur durch hohe thermoelektrische Gütefaktoren auszeichnen, und damit für zahlreiche technische Anwendungen, wie thermoelektrische Kühler und Generatoren, genutzt werden.
Die mikrostrukturelle Untersuchungen, die mittels REM, Elektronenstrahl-Mikrosonde und TEM durchgeführt wurden hatten das Ziel, die genauen chemische Zusammensetzungen der untersuchten Materialien, sowie darin auftretende ausgedehnte Kristallbaufehler zu untersuchen. Dazu wurden REM- und TEM-Proben aus Peltierelementen komerzieller Hersteller präpariert.
Die chemische Zusammensetzung der Proben wurde mittels ESMA bestimmt. Die chemische Zusammensetzung einer n-dotierten Probe wurde als Bi2(Te0.91Se0.09) bestimmt, die einer p-leitenden Probe als (Bi0.26Sb0.74)1.98(Te0.99Se0.01)3.02. Die genauere Auswertung der Atomzahlanteile von ca. 20 Messungen an einer Probe, ergab eine negative Korrelation der jeweils einander substituierenden chemischen Elemente, d.h. für p-dotiertes Material eine Sb-Bi Korrelation und für n-dotiertes Material eine Se-Te Korrelation. Es ergab sich weiterhin eine negative Bi-Te Korrelation in Messbereichen mit Oberflächenmorphologien.
In den TEM Proben wurden in p- sowie n-dotiertem Material Spannungsfelder abgebildet. Die Kristallstruktur kann als mittlere Struktur verstanden werden, der ein sinusförmiges Verschiebungsfeld überlagert ist. Man kann ein solches Spannungsfeld als Spannungsdomänenstruktur auffassen.
Sowohl im n-dotierten wie auch im p-dotierten Material wurden ausserdem Kleinwinkel-Kippkorngrenzen in einem Abstand von 200-800nm mittels TEM indentifiziert.
Die auf Bi2Te3 Substraten galvanisch abgeschiedenen Metallisierungsschichten wurden mittels REM-Querschnittsanalyse untersucht. Diese Schichten haben Rauhigkeiten von 10-50?m, und eignen sich daher nicht für TEM-Querschnittsanalyse oder SIMS. Um das Gefüge an der Metallisierungsgrenzfläche zu analysieren, das direkte Auswirkungen auf den Kontaktwiderstand hat, sind planare Proben für TEM-Querschnittsanalysen und SIMS-Analysen erforderlich. Zu diesem Zwecke wurden Metallisierungsschichten in Form dünner Filme auf Bi2Te3 Substrate abgeschieden. Dazu wurden Probentabletten poliert, speziell chemisch vorbehandelt und in einer Sputteranlage mit 20-50nm Chrom und 200nm Palladium beschichtet. Eine Untersuchung mittels REM, EFTEM und SIMS wurde [...]