Summary
Il manoscritto descrive un protocollo per lo sputtering magnetron a radiofrequenza di film sottili termoelettrici Bi2Te3 e Sb2Te3 su substrati di vetro, che rappresenta un metodo di deposizione affidabile che fornisce una vasta gamma di applicazioni con il potenziale per un ulteriore sviluppo.
Abstract
Attraverso vari studi sui materiali termoelettrici (TE), la configurazione a film sottile offre vantaggi superiori rispetto ai TE sfusi convenzionali, inclusa l'adattabilità a substrati curvi e flessibili. Sono stati esplorati diversi metodi di deposizione di film sottili, ma lo sputtering del magnetron è ancora favorevole grazie alla sua elevata efficienza di deposizione e scalabilità. Pertanto, questo studio mira a fabbricare un film sottile di tellururo di bismuto (Bi2Te3) e tellururo di antimonio (Sb2Te3) tramite il metodo di sputtering del magnetron a radiofrequenza (RF). I film sottili sono stati depositati su substrati di vetro sodico-calcico a temperatura ambiente. I substrati sono stati prima lavati con acqua e sapone, puliti ad ultrasuoni con metanolo, acetone, etanolo e acqua deionizzata per 10 minuti, asciugati con azoto gassoso e piastra riscaldante e infine trattati con ozono UV per 10 minuti per rimuovere i residui prima del processo di rivestimento. È stato utilizzato un bersaglio sputter di Bi2Te3 e Sb2Te3 con gas Argon ed è stato eseguito il pre-sputtering per pulire la superficie del bersaglio. Quindi, alcuni substrati puliti sono stati caricati nella camera di sputtering e la camera è stata aspirata fino a quando la pressione non ha raggiunto 2 x 10-5 Torr. I film sottili sono stati depositati per 60 minuti con flusso di Argon di 4 sccm e potenza RF a 75 W e 30 W rispettivamente per Bi2Te3 e Sb2Te3. Questo metodo ha portato a film sottili Bi2Te3 di tipo n altamente uniformi e Sb2Te3 di tipo p altamente uniformi.
Introduction
I materiali termoelettrici (TE) hanno suscitato un notevole interesse da parte della ricerca per quanto riguarda la loro capacità di convertire l'energia termica in elettricità attraverso l'effetto Seebeck1 e la refrigerazione tramite il raffreddamento di Peltier2. L'efficienza di conversione del materiale TE è determinata dalla differenza di temperatura tra l'estremità calda della gamba TE e l'estremità fredda. Generalmente, maggiore è la differenza di temperatura, maggiore è la cifra di merito TE e maggiore è la sua efficienza3. TE funziona senza la necessità di parti meccaniche aggiuntive che coinvolgano gas o liquidi nel suo processo, non producendo rifiuti o inquinamento, rendendolo sicuro per l'ambiente e considerato un sistema di raccolta di energia verde.
Il tellururo di bismuto, Bi2Te3 e le sue leghe rimangono la classe più importante di materiale TE. Anche nella produzione di energia termoelettrica, come il recupero del calore di scarto, le leghe Bi2Te3 sono più comunemente utilizzate grazie alla loro efficienza superiore fino a 200 °C4 e rimangono un eccellente materiale TE a temperatura ambiente nonostante il valore zT superiore a 2 in vari materiali TE5. Diversi articoli pubblicati hanno studiato le proprietà TE di questo materiale, il che dimostra che la stechiometrica Bi2Te3 ha un coefficiente di Seebeck negativo 6,7,8, indicando proprietà di tipo n. Tuttavia, questo composto può essere adattato al tipo p e n legandosi rispettivamente con tellururo di antimonio (Sb2Te3) e seleniuro di bismuto (Bi2Se3), che possono aumentare la loro banda proibita e ridurre gli effetti bipolari9.
Il tellururo di antimonio, Sb2Te3 è un altro materiale TE ben consolidato con un'alta figura di merito a bassa temperatura. Mentre la stechiometrica Bi2Te3 è un'ottima TE con proprietà di tipo n, Sb2Te3 ha proprietà di tipo p. In alcuni casi, le proprietà dei materiali TE spesso dipendono dalla composizione atomica del materiale, come il tipo n Bi2Te3 ricco di Te, ma un Bi2Te3 di tipo p a causa di difetti dell'accettore dell'antisito BiTe 4. Tuttavia, Sb2Te3 è sempre di tipo p a causa dell'energia di formazione relativamente bassa dei difetti dell'antisito SbTe, anche in Sb2Te34 ricchi di Te. Pertanto, questi due materiali diventano candidati adatti per fabbricare il modulo p-n del generatore termoelettrico per varie applicazioni.
Gli attuali TEG convenzionali sono costituiti da lingotti a cubetti di semiconduttori di tipo n e di tipo p collegati verticalmente nella serie10. Sono stati utilizzati solo in campi di nicchia a causa della loro bassa efficienza e della loro natura ingombrante e rigida. Nel corso del tempo, i ricercatori hanno iniziato a esplorare le strutture a film sottile per migliorare le prestazioni e l'applicazione. È stato riferito che il TE a film sottile presenta vantaggi rispetto alla loro controparte ingombrante, come una maggiore zT a causa della loro bassa conduttività termica11,12, una minore quantità di materiale e una più facile integrazione con il circuito integrato12. Di conseguenza, la ricerca di nicchia TE sui dispositivi termoelettrici a film sottile è in aumento, beneficiando dei vantaggi della struttura dei nanomateriali 13,14.
La microfabbricazione di film sottili è importante per ottenere materiali TE ad alte prestazioni. A questo scopo sono stati studiati e sviluppati vari approcci di deposizione, tra cui la deposizione chimicada vapore 15, la deposizione di strati atomici16,17, la deposizione laser pulsata 18,19,20, la serigrafia 8,21 e l'epitassia a fascio molecolare22. Tuttavia, la maggior parte di queste tecniche soffre di costi operativi elevati, processi di crescita complessi o preparazione complicata del materiale. Al contrario, lo sputtering magnetron è un approccio conveniente per la produzione di film sottili di alta qualità che sono più densi, presentano una granulometria più piccola, hanno una migliore adesione e un'elevata uniformità 23,24,25.
Lo sputtering magnetron è uno dei processi di deposizione fisica da vapore (PVD) basati sul plasma, ampiamente utilizzati in varie applicazioni industriali. Il processo di sputtering funziona quando viene applicata una tensione sufficiente a un bersaglio (catodo), gli ioni del plasma a scarica incandescente bombardano il bersaglio e rilasciano non solo elettroni secondari, ma anche atomi dei materiali catodici che alla fine impattano sulla superficie del substrato e si condensano come un film sottile. Il processo di sputtering è stato commercializzato per la prima volta negli anni '30 e migliorato negli anni '60, guadagnando un notevole interesse grazie alla sua capacità di depositare un'ampia gamma di materiali utilizzando la corrente continua (DC) e lo sputtering RF26,27. Lo sputtering del magnetron supera il basso tasso di deposizione e l'elevato impatto del riscaldamento del substrato utilizzando il campo magnetico. Il potente magnete confina gli elettroni nel plasma in corrispondenza o vicino alla superficie del bersaglio e previene danni al film sottile formato. Questa configurazione preserva la stechiometria e l'uniformità di spessore del film sottile depositato28.
Anche la preparazione di film sottili termoelettrici Bi2Te3 e Sb2Te3 utilizzando il metodo dello sputtering magnetron è stata ampiamente studiata, incorporando tecniche come il drogaggio 4,29,30 e la ricottura 31 nelle procedure, portando a prestazioni e qualità diverse. Lo studio di Zheng et al.32 utilizza il metodo della diffusione indotta termicamente per diffondere gli strati Bi e Te drogati con Ag che sono stati polverizzati separatamente. Questo metodo consente un controllo preciso sulla composizione dei film sottili e la diffusione del Te mediante induzione termica protegge il Te dalla volatilizzazione. Le proprietà dei film sottili possono anche essere migliorate dal processo di pre-rivestimento33 prima dello sputtering, che si traduce in una migliore conduttività elettrica grazie all'elevata mobilità del vettore, aumentando di conseguenza il fattore di potenza. Oltre a questo, lo studio di Chen et al.34 ha migliorato le prestazioni termoelettriche di Bi2Te3 polverizzato drogando Se tramite il metodo della reazione di diffusione post-selenizzazione. Durante il processo, Se vaporizza e si diffonde nei film sottili Bi-Te per formare film Bi-Te-Se, il che si traduce in un fattore di potenza 8 volte superiore rispetto al Bi2Te3 non drogato.
Questo articolo descrive la nostra configurazione sperimentale e la procedura per la tecnica di sputtering del magnetron RF per depositare film sottili Bi2Te3 e Sb2Te3 su substrati di vetro. Lo sputtering è stato eseguito in una configurazione top-down come mostrato nel diagramma schematico in Figura 1, il catodo è stato montato ad angolo rispetto al substrato normale, portando a un plasma più concentrato e convergente al substrato. I film sono stati sistematicamente caratterizzati utilizzando FESEM, EDX, effetto Hall e misurazione del coefficiente di Seebeck per studiarne la morfologia superficiale, lo spessore, la composizione e le proprietà termoelettriche.
Figura 1: Schema dello sputtering della configurazione top-down. Il diagramma è stato progettato in base, ma non in scala, all'effettiva configurazione di sputtering disponibile per questo studio, inclusa la disposizione dei substrati di vetro da farfugliare visti dall'alto. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Protocol
1. Preparazione del substrato
- Pulire i substrati di vetro con un panno privo di lanugine per rimuovere lo sporco o i detriti. Lavare i substrati di vetro con acqua e sapone, utilizzare una spazzola per strofinare lo sporco sul vetro.
- Preparare tutti i solventi elencati di seguito in becher, immergere i substrati di vetro nel solvente e sonicare di conseguenza a 37 kHz. Preparare il metanolo a 80 °C per 10 min; acetone a 80 °C per 10 min, etanolo a 80 °C per 10 min, acqua distillata (DI) a 80 °C per 20 min.
ATTENZIONE: Maneggiare sostanze chimiche altamente volatili in una cappa aspirante. - Estrarre i substrati dal becher uno per uno usando una pinzetta, mettere su una superficie piana pulita, tenere premuto il substrato con una pinzetta e soffiare con azoto gassoso fino a quando non si asciuga.
- Mettere i substrati su una piastra calda a 120 °C per 5-10 minuti per vaporizzare eventuali residui. Mettere i substrati in un detergente UV-ozono per 10 minuti.
2. Metodo di sputtering
- Preparazione della camera
- Rimuovere lo scudo di alluminio dalla pistola e posizionare il materiale target al centro del coperchio. Avvitare saldamente il coperchio sul supporto del magnetron e riposizionare la schermatura in alluminio. Coprire il corpo della camera, le pistole e il portacampioni con un foglio di alluminio.
- Eseguire l'ispezione di cortocircuito toccando le sonde di un multimetro tra i corpi della camera (corto), seguito dal corpo della camera e dalla pistola (corto) e infine dal corpo della camera e dal bersaglio (aperto). Questo test è necessario per garantire che non vi siano dispersioni di corrente tra il corpo (anodo) e il bersaglio (catodo), che possono ostacolare la formazione di plasma.
- Pre-sputtering
- Chiudere lo sportello e aspirare la camera per 15 - 30 min. Premere insieme la porta e il corpo all'inizio dell'aspirazione per assicurarsi che la porta sia ben chiusa. Assicurarsi che la lettura del manometro stia diminuendo.
- Accendere il sistema di raffreddamento e impostare a 15 °C. Accendere la pompa e il pulsante di refrigerazione e aprire la valvola collegata allo strumento di sputtering.
NOTA: Lo sputtering RF non funziona senza un sistema di raffreddamento. La formazione di plasma non avverrà. - Impostare il flusso di argon su 4 sccm e accendere l'interruttore a levetta del gas. Attendere che il flusso raggiunga il valore impostato.
- Impostare la rotazione a 10 giri/min e accendere l'interruttore a levetta di rotazione. Premere il pulsante di accensione per accendere il controller di rete a corrispondenza automatica e l'alimentatore a radiofrequenza.
- Sul controller di rete a corrispondenza automatica, impostare il carico e la sintonizzazione su 50 W ciascuno premendo il pulsante Min/Max e premere il pulsante da Manuale ad Auto.
- Sull'alimentatore a radiofrequenza, impostare la potenza RF su 50 W e premere il pulsante Start . Impostare il timer su 15 min.
- Spegnere l'alimentazione RF e la rotazione. Impostare il flusso di argon su 0 e spegnere l'interruttore a levetta. Spegnere l'aspirapolvere.
NOTA: Attendere che il flusso di argon raggiunga 0.1 sccm prima di spegnere l'aspirapolvere. - Sfiatare per aprire la camera. Assicurarsi che la pompa turbomolecolare (TMP) sia spenta prima di sfiatare. Lo sfiato mentre il TMP è in funzione danneggerà il sistema.
- Aprire la camera e caricare i substrati. Posizionare i substrati nell'angolo esterno del portacampioni rotante per una migliore deposizione, come mostrato nella Figura 1.
ATTENZIONE: Indossare maschera e guanti quando si maneggia l'interno della camera per evitare di inalare piccole particelle di materiali. - Chiudere lo sportello come mostrato nella Figura 2 e aspirare per almeno 6 ore. Una pressione di base più bassa offre una migliore deposizione. La pressione di base ottimale per un sistema ad alto vuoto come il processo di sputtering è 1 x 10-5 Torr.
- Sputtering
- Accendere il sistema di raffreddamento e impostare a 15 °C. Accendere la pompa e il pulsante di refrigerazione e aprire la valvola collegata allo strumento di sputtering.
- Impostare la rotazione a 10 giri/min e accendere l'interruttore a levetta di rotazione. Impostare il flusso di argon su 4 sccm e accendere l'interruttore a levetta del gas. Attendere che il flusso raggiunga il valore impostato.
- Premere il pulsante di accensione per accendere il controller di rete a corrispondenza automatica e l'alimentatore a radiofrequenza.
- Sul controller di rete a corrispondenza automatica, impostare il carico e la sintonizzazione su 50 W ciascuno premendo il pulsante Min/Max e premere il pulsante da Manuale ad Auto.
- Sull'alimentatore a radiofrequenza, impostare la potenza RF su 50 W e premere il pulsante Start .
NOTA: Attendere che il flusso di argon raggiunga il valore impostato e diventi stabile prima di accendere l'alimentazione RF. - Verificare la presenza di plasma nella camera. La formazione di plasma è indicata da una luce viola incandescente nella camera. Se il plasma non è presente una volta attivata l'alimentazione RF, spegnere Argon per 10 s e riaccenderlo. Ripetere l'operazione fino a quando non si forma il plasma nella camera.
- Aumentare gradualmente la potenza RF di 5 W ogni intervallo di 10 s fino a raggiungere i 75 W. Impostare il timer su 60 min.
- Post-sputtering
- Spegnere l'alimentazione RF e la rotazione. Spegnere il controller di rete con corrispondenza automatica e l'alimentatore a radiofrequenza.
- Impostare il flusso di argon su 0 e spegnere l'interruttore a levetta del gas. Spegnere l'aspirapolvere.
NOTA: Attendere che il flusso di Argon raggiunga 0.1 sccm prima di spegnere l'aspirapolvere. - Sfiatare per aprire la camera. Assicurarsi che il TMP sia spento prima di sfiatare. Lo sfiato mentre il TMP è in funzione danneggerà il sistema.
- Prelevare tutti i campioni con una pinzetta e metterli in una capsula di Petri pulita.
ATTENZIONE: Indossare maschera e guanti quando si maneggia l'interno della camera per evitare di inalare piccole particelle di materiali. - Pulire la camera e aspirare per 10 - 15 minuti per mantenere la camera in condizioni di vuoto (priva di impurità).
Figura 2: Configurazione sperimentale. Fotografia della macchina per sputtering utilizzata in questo studio. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
3. Caratterizzazione
- Eseguire la scansione topografica e trasversale utilizzando il microscopio elettronico a scansione a emissione di campo (FESEM, con una tensione di esercizio di 3,0 kV) per ottenere i dettagli microstrutturali superficiali e lo spessore dei film polverizzati.
- Eseguire il calcolo sulla composizione dei film utilizzando i dati degli spettri di raggi X a dispersione di energia (EDX), allegati al FESEM. Misurare la tensione di Hall in un campo magnetico permanente di 0.57 T e le correnti di sonda di 0.8 mA e 10 mA per Sb2Te3 e Bi2Te3, rispettivamente per ottenere la concentrazione di portatori e la conducibilità dei film35.
- Eseguire la misura in piano del coefficiente di Seebeck utilizzando uno strumento simile utilizzato da Isotta et al.5. Montare i campioni con una geometria rettangolare di circa 2 cm x 1,25 cm sulla configurazione. Misurare il coefficiente di Seebeck assoluto in configurazione a 2 contatti rispetto a uno standard Pt, con un gradiente di temperatura di ≈25 °C.
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Representative Results
Le micrografie in sezione trasversale dei film sottili Bi2Te3 e Sb2Te3 depositati sono state registrate utilizzando FESEM, come mostrato rispettivamente nella Figura 3A e nella Figura 3B. La superficie complessiva del film appare uniforme e liscia. È evidente che i grani cristallini del film sottile Bi2Te3 erano esagonali, conformando la struttura cristallina di Bi2Te3 mentre i grani cristallini del film sottile Sb2Te3 erano composti da grani circolari fini, simili a quanto riportato da Amirghasemi et al36. Le immagini in sezione trasversale di entrambi i campioni rivelano particelle densamente impacchettate che crescono sopra il substrato. I film avevano uno spessore uniforme di circa 1,429 ± 0,01 μm e 0,424 ± 0,01 μm rispettivamente per i film sottili Bi2Te3 e Sb2Te3 . La composizione dei film è stata calcolata dagli spettri EDX nel File Supplementare 1 e nel File Supplementare 2, e i valori sono riportati nella Tabella 1. I valori stimati mostrano che entrambi i film sottili hanno rapporti stechiometrici.
La concentrazione del vettore e la conducibilità dei film sottili depositati sono stati determinati a temperatura ambiente, mentre il coefficiente di Seebeck assoluto è stato misurato a una temperatura di circa 50 °C. Questi risultati sono presentati nella Tabella 2. Il film sottile Bi2Te3 mostra valori assoluti negativi del coefficiente di Seebeck e della concentrazione del portante che confermano che il film era di tipo n e il film Sb2Te3 mostra valori positivi sia per il coefficiente di Seebeck assoluto che per la concentrazione del portatore, confermando la sua conducibilità di tipo p.
Figura 3: Immagini in sezione trasversale FESEM. (A) Immagine in sezione trasversale di Bi2Te3 con lo spessore del film. (B) Immagine in sezione trasversale di Sb2Te3 con lo spessore del film. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Bersaglio | Potenza RF, (W) | Coefficiente di Seebeck assoluto, S (μV/K) | Concentrazione del vettore, Nb (cm-3) | Conducibilità, σ (Ω/cm) |
| Bi2Te3 | 75 | -72.84 | -5,71 x 1020 | 108.96 |
| Sb2Te3 | 30 | 238.83 | 1.44 x 1021 | 6.05 |
Tabella 1: Analisi della composizione EDX. La tabella è costituita dalla percentuale di peso acquisita dagli spettri EDX, dalla percentuale atomica calcolata di ciascun elemento, dal rapporto di composizione, dallo spessore e dalla velocità di deposizione di entrambi i campioni Bi2Te3 e Sb2Te3 .
| Campione | Percentuale di peso (%) | Percentuale atomica (± 0,5%) | Rapporto atomico | Spessore (± 0,01 μm) | Tasso di deposizione (nm/min) | ||
| Bi2Te3 | (Bi) 51,0 | (Te) 42,8 | (Bi) 41,9 | (Te) 58.1 | [Bi]:[Te] 2:3 | 1.429 | 23.8 |
| Sb2Te3 | (Sb) 39,6 | (Te) 59,7 | (Sb) 40,0 | (Te) 60.0 | [Sb]:[Te] 2:3 | 0.424 | 7.0 |
Tabella 2: Proprietà termoelettriche dei film sottili microfabbricati. La tabella è costituita dai materiali target, dalle potenze RF utilizzate, dai coefficienti assoluti di Seebeck, dai coefficienti di Hall e dai valori di conducibilità dei campioni Bi2Te3 e Sb2Te3 .
Fascicolo supplementare 1: Spettro FESEM e EDX planare di Bi2Te3 con percentuale di peso di ciascun elemento. Fare clic qui per scaricare il file.
Fascicolo supplementare 2: Spettro FESEM e EDX planare di Sb2Te3 con percentuale di peso di ciascun elemento. Fare clic qui per scaricare il file.
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Discussion
La tecnica presentata in questo documento non presenta difficoltà significative nell'impostazione e nell'implementazione dell'apparecchiatura. Tuttavia, è necessario evidenziare diversi passaggi critici. Come accennato nella fase 2.2.10 del protocollo, una condizione di vuoto ottimale è fondamentale per produrre film sottili di alta qualità con una minore contaminazione, poiché il vuoto rimuove l'ossigeno residuo nella camera37. La presenza di ossigeno può causare crepe nei film chiamate stress cracking, indicando l'importanza del sistema ad alto vuoto nel processo di sputtering38. Ciò riduce anche le collisioni con la molecola di gas residuo nel movimento degli atomi39 dal bersaglio al substrato, producendo film sottili altamente uniformi. Oltre a questo, il passaggio 2.2.2 del protocollo è importante per garantire lo sputtering continuo dissipando il calore attraverso il trasferimento di calore con l'acqua dal sistema di raffreddamento. Questo metodo impiega alta tensione e corrente elettrica che alla fine si manifesta come riscaldamento del bersaglio. Una scarsa dissipazione del calore può portare a un surriscaldamento oltre la temperatura di Curie, con conseguente fallimento dell'intero processo di sputtering40. Inoltre, si consiglia di aumentare gradualmente la potenza RF durante lo sputtering di 5 W a intervalli di 10 s fino a raggiungere la potenza desiderata prima di avviare il timer. Questo passaggio è importante per evitare crepe sul bersaglio dovute a shock termici quando viene fornita troppa potenza in un periodo di tempo molto breve41.
Lo sputtering è influenzato principalmente dai suoi parametri, tra cui la potenza di sputtering, il tempo di deposizione, la pressione di esercizio, la temperatura del substrato e la distanza tra il bersaglio e il substrato 42,43,44,45. Il potere di sputtering influenza la velocità di deposizione e lo spessore del film. L'aumento della tensione provoca una maggiore velocità di deposizione, di conseguenza aumenta lo spessore del film44. Lo studio di Sahu et al.46 mostra una variazione della velocità di deposizione risultante dal processo di co-sputtering di Ni e Zr, con una diversa potenza CC applicata al bersaglio Zr. I risultati indicano che la velocità di deposizione dei film Ni-Zr aumenta all'aumentare dell'alimentazione CC per Zr. Il loro studio successivo47 ha studiato l'effetto della tensione di polarizzazione negativa del substrato sulla velocità di deposizione. Il risultato mostra che la velocità di deposizione diminuisce gradualmente con l'aumento della tensione di polarizzazione del substrato. Questo fenomeno può essere visto anche nei risultati di questo studio in cui Bi2Te3 sputtered con 75 W produce film più spessi di Sb2Te3, che è stato sputtered con una potenza RF molto più bassa allo stesso tempo di deposizione. Tuttavia, entrambe le pellicole sono state depositate con successo, indicando che la potenza RF supera la tensione di soglia di ciascun target e possono essere utilizzate in altri studi a seconda dello spessore desiderato.
Secondo il protocollo, questo metodo non richiede la fusione e l'evaporazione del materiale target. Ciò fa sì che quasi tutti i materiali possano essere depositati indipendentemente dalla loro temperatura di fusione, rendendolo superiore ad altre tecnologie PVD. Lo sputtering RF utilizzato in questo studio è anche più vantaggioso dello sputtering DC in termini di stabilità. Lo studio di Yaqub et al.48 mostra che l'accumulo di carica sulla superficie del bersaglio provoca instabilità del plasma che ostacolano il processo di sputtering DC. Al contrario, il plasma di sputtering RF tende a disinnescare in tutta la camera piuttosto che concentrarsi intorno al materiale bersaglio, creando una migliore stabilità durante la deposizione. Oltre a ciò, lo sputtering RF previene l'accumulo di carica che riduce l'arco elettrico sulla superficie del bersaglio, risultando di conseguenza in film migliori rispetto allo sputtering DC49.
Nonostante abbia vari vantaggi interessanti, lo sputtering RF richiede una tensione significativamente più elevata rispetto allo sputtering CC con tassi di deposizione inferiori48. È inoltre esposto al rischio di surriscaldamento dovuto all'alta tensione, che richiede circuiti avanzati e un sistema di raffreddamento aggiuntivo, come indicato al punto 2.2.2 del protocollo. A parte questo, lo sputtering RF ha sostenuto il plasma a una pressione molto più bassa a causa della corrente alternata, ma la mancanza di un bersaglio secondario causa una velocità di deposizione più lenta. Questo problema può essere mitigato aggiungendo una scarica secondaria tra il bersaglio e il substrato al fine di aumentare la frazione di ionizzazione delle specie polverizzate24. Tuttavia, tutti questi fattori contribuiscono a un costo più elevato che porta allo sputtering RF utilizzato solo su scala e substrati più piccoli.
Lo sputtering magnetron è il fulcro dell'industria dei semiconduttori, dove la creazione di film di ossido altamente isolanti (strato barriera), strato conduttivo e griglia metallica è significativa per la fabbricazione di circuiti integrati. Sono stati fatti vari sviluppi destinati ad applicazioni legate all'energia come la conversione dell'energia50, ampliando l'implementazione della tecnica presentata, non solo per i materiali termoelettrici, ma anche per i sensori a film sottile e i film sottili fotovoltaici. Recentemente, Lenis et al.51 hanno studiato le potenzialità di questa tecnica in campo biomedico depositando il rivestimento biocompatibile e antibatterico di HA-Ag/TiN-Ti che trova largo impiego nelle protesi chirurgiche. Lo studio di Wang et al.52 mostra anche l'implementazione di questa tecnica nel deposito di film sottili di triossido di tungsteno a nanostruttura che ha un'importante potenziale applicazione nel campo delle finestre intelligenti. In conclusione, questo metodo rappresenta una solida piattaforma per la deposizione di film sottili e un'ampia gamma di applicazioni con il potenziale di ulteriore sviluppo.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Acknowledgments
Gli autori desiderano riconoscere il sostegno finanziario della sovvenzione di ricerca dell'Universiti Kebangsaan Malaysia: UKM-GGPM-2022-069 per svolgere questa ricerca.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acetone | Chemiz (M) Sdn. Bhd. | 1910151 | Liquid, Flammable |
| Antimony Telluride, Sb2Te3 | China Rare Metal Material Co.,Ltd | C120222-0304 | Diameter 50.8 mm, Thickness 6.35 mm, 99.999% purity |
| Bismuth Telluride, Bi2Te3 | China Rare Metal Material Co.,Ltd | CB151208-0501 | Diameter 50.8 mm, Thickness 4.25 mm, 99.999% purity |
| Ethanol | Chemiz (M) Sdn. Bhd. | 2007081 | Liquid, Flammable |
| Field Emission Scanning Electron Microscope | Zeiss | MERLIN | Equipped with EDX |
| Hall effect measurement system | Aseptec Sdn. Bhd. | HMS ECOPIA 3000 | - |
| Handheld digital multimeter | Prokits Industries Sdn. Bhd. | 303-150NCS | - |
| HMS-3000 | Aseptec Sdn Bhd. | HMS ECOPIA 3000 | Hall effect measurement software |
| Linseis_TA | Linseis Messgeräte GmbH | LSR-3 | Linseis thermal analysis software |
| Methanol | Chemiz (M) Sdn. Bhd. | 2104071 | Liquid, Flammable |
| RF-DC magnetron sputtering | Kurt J. Lesker Company | - | Customized hybrid system |
| Seebeck coefficient measurement system | Linseis Messgeräte GmbH | LSR-3 | - |
| SmartTiff | Carl Zeiss Microscopy Ltd | - | SEM image thickness measurement software |
| Ultrasonic bath | Fisherbrand | FB15055 | - |
| UV ozone cleaner | Ossila Ltd | L2002A3-UK | - |
References
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