低维纳米材料热电性能测试方法研究*

魏江涛 杨亮亮 秦源浩 宋培帅 张明亮 杨富华 王晓东3)4)†

1) (中国科学院半导体研究所半导体集成技术工程研究中心, 北京 100083)

2) (中国科学院大学微电子学院及材料与光电研究中心, 北京 100049)

3) (北京量子信息科学研究院, 北京 100193)

4) (北京市半导体微纳集成工程技术研究中心, 北京 100083)

通过近几十年的研究, 人们对于块体及薄膜材料的热电性能已经有了较全面的认识, 热电优值ZT 的提高取得了飞速的进展, 比如碲化铋相关材料、硒化亚铜相关材料、硒化锡相关材料的最大ZT 值都突破了2.但是, 这些体材料的热电优值距离大规模实用仍然有较大的差距.通过理论计算得知, 当块体热电材料被制作成低维纳米结构材料时, 比如二维纳米薄膜、一维纳米线, 热电性能会得到显著的改善, 具有微纳米结构材料的热电性能研究引起了科研人员的极大兴趣.当块体硅被制作成硅纳米线时, 热电优值改善了将近100 倍.然而, 微纳米材料的热电参数测量极具挑战, 因为块体材料的热电参数测量方法和测试平台已经不再适用于低维材料, 需要开发出新的测量方法和测试平台用来研究低维材料的热导率、电导率和塞贝克系数.本文综述了几种用于精确测量微纳米材料热电参数的微机电结构, 包括双悬空岛、单悬空岛、悬空四探针结构, 详细介绍了每一种微机电结构的制备方法、测量原理以及对微纳米材料热电性能测试表征的实例.

1 引 言

人们在享受化石能源……