低晶格热导率中熵合金(Gex-(Bi,Sb,In)yTez)薄膜的高性能热电特性研究

本文创新性地采用多元素合金化策略制备了(Bi,Sb,In)yTez中熵薄膜，通过Ge掺杂将室温晶格热导率降至0.2 W m?1 K?1，最终获得ZT值达0.51（393 K）的高性能热电材料。该研究为碲化铋基高熵材料开发提供了新思路，对微型化热电器件（如物联网传感器、芯片集成散热）具有重要应用价值。

　　

亮点

通过多靶磁控溅射技术制备的(Bi,Sb,In)_yTe_z中熵薄膜展现出独特的层状晶粒结构，这种结构能有效散射载流子和声子。随着Ge含量增加（样品编号G-0至G-25），晶粒形态逐渐转变为立方体状，导致晶格热导率轻微上升但电输运性能显著提升。

材料制备

薄膜沉积采用定制Bi_0.67Sb_0.67In_0.66Te₃靶材（纯度4N）与商用Sb₂Te₃、Te、GeTe靶材，在SiO₂/Si基底上完成。沉积前对基底进行酒精-丙酮-去离子水超声清洗，溅射系统本底真空度低于5×10^?5 Pa。

成分与结构分析

XRD图谱显示所有样品均与Bi_0.5Sb_1.5Te₃标准卡片匹配，未出现杂相。碲化物（Bi₂Te₃/Sb₂Te₃/In₂Te₃）的晶格结构相似性保障了高固溶度，同时通过成分波动引发强烈的质量涨落效应。

结论

该中熵薄膜体系通过多元素合金化策略实现1.16R的构型熵值，Ge掺杂优化使材料兼具低晶格热导率（~0.2 W m^?1 K^?1）与优异热电性能，为后续开发碲化铋基高熵材料奠定了实验基础。