ZnO纳米薄膜的热磁电协同输运效应及机理研究

近年来发现ZnO陶瓷块材具有较强的热电效应，可望作为高温热电材料，但ZnO薄膜的热电效应及磁场下的热电效应尚鲜见报道。前期研究中，我们发现：磁场作用下，Ga掺杂n型ZnO薄膜的磁热电性能表现出与Al、In掺杂不同的变化规律，目前未见国内外有相关报道。为此，本项目拟针对这种异常现象，研究ZnO纳米薄膜在热磁电协同作用下的输运特性。实验上研究纳米多晶薄膜的微观结构、电学、热电、磁热电性能与掺杂种类、掺杂量、膜厚、晶粒大小、载流子浓度、温度、磁场等因素之间的关系；理论上研究掺杂原子、温度场、磁场、晶界、缺陷、表面散射对两种薄膜的载流子和声子输运过程的影响规律，讨论尺寸效应、量子限域效应、声子拖曳、磁场对热电性能和磁热电性能的作用, 以期获得薄膜热电、磁热电性能、微观结构、制备条件之间的内在联系，为制备高热电性能的ZnO纳米薄膜提供基础数据。

近年来发现ZnO陶瓷块材具有较强的热电性能，可望作为高温热电材料，但薄膜和纳米结构ZnO的热电性能及磁场下的热电性能研究较少，特别是我们的前期研究发现：磁场作用下，Ga掺杂n型ZnO薄膜的磁热电性能表现出与Al、In掺杂相反的变化规律，目前未见国内外有相关报道。为此，本项目拟针对这种异常现象，较系统地研究了ZnO纳米薄膜在热磁电协同作用下的输运特性。实验上，项目先后制备了Al、In、Ga、Mn掺杂的四种n型ZnO薄膜，及N掺杂、In-N、Mn-N共掺的三种p型ZnO薄膜，并研究了它们的微观结构、光电、热电、磁热电、稀磁等方面的性能与掺杂元素种类、掺杂量、膜厚、温度、磁场等因素之间的内在关系；理论上研究了温度场、磁场、晶界、表面散射对ZnO薄膜的载流子和声子输运过程的影响规律，找到了导致不同元素掺杂的ZnO薄膜在磁场作用下热电效应表现出不同变化规律的内在原因，圆满地解释了ZnO薄膜中磁热电中的异常现象，目前尚未见国内外有相似的理论分析结果。此外，项目还探索了ZnO薄膜的n-p转换机制及p型稳定性问题。本项目获得的结果对制备高热电性能的ZnO薄膜提供了基础数据，并对制备高稳定p型ZnO薄膜及利用磁场提高其它热电材料的性能有借鉴意义。. 3 年来，项目组共撰写学术论文26篇，其中正式发表的期刊论文24篇，会议论文1篇，已录用1篇。已发表论文中，SCI收录19篇，EI收录1篇，CSCD收录3篇，其它2篇。培养研究生7名。圆满完成了项目的任务。