Тонкие эпитаксиальные слои MnxSi1 -x как перспективный материал для термоэлектрических преобразователей энергии / Дорохин М.В., Кузнецов Ю.М., Демина П.Б., Ерофеева И.В., Здоровейщев А.В., Лесников В.П., Боряков А.В.

В настоящее время всё большую актуальность приобретает задача формированиятонкоплёночных термоэлектрических материалов. Такие материалы характеризуются высокойкомпактностью и потому могут быть легко интегрированы даже в предметы повседневного быта(например, в одежду) [1]. Другим преимуществом тонких плёнок, помимо компактности, являетсянизкая эффективность теплопередачи от горячего конца термоэлектрика к холодному из-за малойплощади сечения тонкой плёнки. В настоящей работе исследованы возможности метода импульсноголазерного осаждения для получения термоэлектрических плёнок на основе силицида марганца.Образцы сформированы методом импульсного лазерного осаждения на подложках сапфира притемпературе Т = 300 °С [2]. Были сформированы и исследованы плёнки двух видов. Плёнки первоговида сформированы поочерёдным распылением мишеней Si и Mn, состав задавался соотношениемвремён распыления. Плёнки второго вида сформированы распылением объёмной твердотельноймишени с составом, соответствующим высшему силициду марганца MnSi1,73. Составсформированных плёнок в этом случае соответствовал составу мишени.В работе исследовались термоэлектрические параметры тонких плёнок: коэффициент Зеебекаα, удельное сопротивление ρ, коэффициент теплопроводности λ в диапазоне температур Т=300-720 К.По полученным данным рассчитывался коэффициент термоэлектрической добротности ZT=α2·Т/ρ λ.Получено, что величина коэффициента Зеебека для плёночных материалов во всём диапазонетемператур не превышает 100 мкВ/К, что ниже значений, характерных для объёмного силицидамарганца [3]. Низкие значения коэффициента Зеебека несколько снижают величину ZT, с другойстороны следует отметить, что низкая толщина плёнок обеспечит повышение ZT за счёт снижениякоэффициента теплопроводности.Для плёнок, сформированных поочерёдным распылением мишеней, характерно образованиекапель, состав которых близок к 100 % Mn, или 100 % Si. Наличие капель показано исследованиямина сканирующем электронном микроскопе, их состав измерялся методом рентгеновскойэнергодисперсионной спектроскопии. Формирование капель на поверхности приводит к снижениюкоэффициента Зеебека, вероятно, за счёт негативного влияния капель на процессы токопереноса. Вплёнках второго вида, сформированных распылением мишени MnSi1,73, образующиеся наповерхности подложки капли имеют тот же состав, что и у мишени, и, поэтому, оказывают меньшеевлияние на термоэлектрические свойства. Для таких плёнок были получены наибольшие значениякоэффициента ZT, равные 0,1 при температуре 720 К. Данное значение превышает таковое,полученное для исходной мишени, что связано со снижением коэффициента теплопроводности принаноструктурировании.