BiTeSb tabanlı ince filmlerin yapısal, elektriksel ve termoelektrik özelliklerinin incelenmesi

Modern çağda önemini giderek artıran teknolojik ve dijital gelişmeler ile birlikte, birçok alanda oldukça hızlı gelişmeler yaşanmıştır. Yaşanan bu gelişmeler sürekli daha büyük bir enerji talebini doğurmakta ve insanoğlu bu talebi karşılamak için kullandığı klasik yöntemler sebebiyle gezegenimize zarar vermektedir. Bu sorunun önüne geçmek ve talep edilen enerjiyi karşılayabilmek için çalışan bilim insanları, gelişen teknolojinin olumlu etkilerini kullanmış ve bu doğrultuda yeni enerji teknolojileri ve enerji üretim sistemlerini araştırmışlardır. Bu amaç doğrultusunda ortaya çıkan, atık enerjiyi hasat etme yeteneğine sahip jeneratörler ve nanojeneratörler oldukça ilgi çekici başlıklar arasında yer almaktadır. Yenilenebilir, temiz, atık üretmeyen ve çok çeşitli formlarda üretilebilen bu enerji hasatçıları arasında oldukça dikkat çekici bir yöntem olan ve termoelektrik etkiyi kullanarak atık ısının hasat edilebilmesini sağlayan ince film termoelektrik nanojeneratörler son derece umut vaadetmektedir. Bu tez çalışmasında da atık ısıdan yararlanarak enerji üretme yeteneğine sahip BiTeSb tabanlı yarıiletken termoelektrik ince filmler üretilmiş ve özellikleri incelenmiştir. Çalışmamızda yarıiletken BiTeSb tabanlı termoelektrik ince filmler, manyetik alanda sıçratma yöntemi kullanılarak, silisyum (Si) alttaşlar üzerine biriktirildi. 3, 5, 7, 10, 12 ve 15 mTorr sıçratma basınçlarında ve 30, 50, 70 ve 100 W sıçratma güçlerinde büyütülen BiTeSb ince filmlerin yapısal, elektriksel ve termoelektrik özellikleri incelendi. Yapısal özelliklerin incelenebilmesi için taramalı elektron mikroskobu (SEM), Atomik kuvvet mikroskobu (AFM), Kelvin uç kuvveti mikroskobu (KPFM), X-ışını kırınımı (XRD) ve X-ışını yansıması (XRR) teknikleri kullanıldı. Optimum üretim parametreleri olarak 5, 7 ve 10 mTorr sıçratma basınçlarında ve 50W sıçratma gücünde üretilen ince filmler seçilmiş ve kullanılan bu karakterizasyon teknikleri ile yapısal ve yüzey morfolojik özellikleri belirlendi. Elektriksel ve termoelektrik çıktıları için ise direnç ölçüm sistemi ve Seebeck ölçüm sistemi kullanılmıştır. BiTeSb ince filmlerin kristal yapısının belirlenebilmesi için XRD desenleri 10° < 2θ < 110° aralığında ve Δ2θ = 0,02° derecelik adımlarla alınmıştır. XRD tekniği ile incelenen ince filmlerin, tüm sıçratma basınçlarında BiTeSb'e ait (015) ve (110) yansıma pikleri net bir şekilde gözlenmiş ve Rhombohedral kristal yapısına sahip olduğu belirlenmiştir. 5mTorr sıçratma basıncında ve 50W sıçratma gücünde üretilen ince film kalibrasyon örneği olarak seçilmiş ve XRR tekniği kullanılarak yapılan incelemelerde film kalınlığı ~20 nm; yüzey pürüzlülüğü ise 0.7 nm olarak ölçülmüştür. Üretilen diğer filmlerin kalınlıkları bu kalibrasyona göre hesap edilmiş ve ~100 nm olduğu görülmüştür. Üretilen ince filmlerin elektriksel ve termoelektrik ölçümleri sonucunda ise, üretilen filmler arasından en yüksek Seebeck katsayısı 236.02 μV⁄K değeri ile 10 mTorr sıçratma basıncında üretilen ince filmde; en yüksek elektriksel iletkenlik değeri ise 2,27×10^5 S⁄m ile, 5 mTorr basınçta üretilen filmde ölçülmüştür. Termoelektrik çıkış gücü incelendiğinde ise en yüksek değer, 4.52×10^(-3) W⁄(m.K^2 ) olarak 7 mTorr sıçratma basıncında üretilen ince filmde gözlenmiştir.