Kurzfassung
Die
kontrollierte Implementierung von nm-skaligen Defekten, Kristalliten,
Zwischenlagen oder zusätzlichen Oberflächen hat sich
als entscheidender Faktor für das Kreieren von hoch
effizientem thermoelektrischem Material herausgestellt.
Atomlagenabscheidung (ALD) bieten die Möglichkeit
Oberflächen von beliebig geformten Strukturen mit hohen
Oberflächen zu Volumen Verhältnis zu
funktionalisieren. In dieser Arbeit werden zum ersten Mal die
elektronischen thermoelektrischen und galvanomagnetischen Eigenschaften
von ALD hergestelltem Sb2Te3
charakterisiert. Die niedrige Wachstumstemperatur von 80° C
wurde genutzt, um photolithographisch eine Plattform zu strukturieren,
die das Messen des Seebeck Koeffizienten S, der elektrischen Leitfähigkeit σ und des Hall Koeffizienten RH an einer Schicht
erlaubt. Ein Modell wurde eingeführt, das sowohl die
Einflüsse eines 2D Transportkanals als auch die der
Oberflächenstreuung gemäß der Fuchs-Sondheimer
Gleichung vereint. Um die Effizienzsteigerung durch
Oberflächenmodifikation von thermoelektrischem Material
mittels ALD zu überprüfen, ist ein neuartiger
Durchfluss/Infiltrations-Rotationsreaktor entwickelt worden. Mit
diesem sind Bi2Te3 Partikel mit unterschiedlich dicken Al2O3 Schichten bedeckt worden. Der Einfluss der Dicke der Al2O3 Hülle auf die thermoelektrischen
Eigenschaften (und ZT) wurde systematisch untersucht.
The controlled implementation of nm-size inclusions, grains,
interlayers or surfaces has become one of the key factor to design
highly efficient thermoelectric materials. Atomic Layer Deposition
(ALD) offers the possibility to functionalise the surface of 3D
structures with a high surface to volume ratio. For the first time we
present a systematic study of the electronic thermoelectric and
galvanomagnetic properties of ALD grown Sb2Te3. The low
deposition temperature of 80° C was used to
photolithographically pattern a device to measure the Seebeck
coefficient S, the electrical conductivity σ as well as the
Hall coefficient RH on the same film. A model has been
developed to describe the thickness dependence of the transport
properties due to the additional 2D conduction channel as well as
surface scattering according to the Fuchs-Sondheimer model. To proof
the concept of surface modifications of thermoelectric materials by
ALD, a rotation flow-through/exposure mode particle reactor was build.
The surface of Bi2Te3 particles has been covered with Al2O3 shells of varying thickness. The influence of the
shell thickness on the thermoelectric properties (and ZT) have been
systematically studied.