拓扑绝缘体纳米薄膜热电性能的调控

热电制冷技术在国防航天领域有着日趋重要的应用前景，热电制冷器由于没有机械震动，体积小且控温精度高，可以用来冷却导弹和预警卫星上的红外探测器，如何进一步提高材料的低温热电转换效率对拓展热电制冷技术在上述领域的应用有着重要的意义。最近的研究证明传统的热电材料如Bi2Se3和Bi2Te3都属于拓扑绝缘体，理论预测，通过控制Bi2Se3和Bi2Te3薄膜的厚度，使得其上下表面的表面态发生杂化，产生新的带隙，有望增强材料的低温热电性能。我们计划通过微加工方法，制作以Bi2Se3纳米薄膜（厚度为几纳米到十几纳米）为基础的微纳器件，通过改变薄膜厚度，施加栅压及在表面修饰半导体量子点等手段，在液氦温度至室温的温度范围里，获得相对于块材增强的热电功率因子，在这里，除拓扑绝缘体的表面态外，纳米尺度所带来的量子限制效应及表面效应也应有助于提高材料的热电性能。

热电制冷技术在国防航天领域有着日趋重要的应用前景，如何进一步提高材料的低温热电转换效率对拓展热电制冷技术在上述领域的应用有着重要的意义。理论预测指出薄层拓扑绝缘体材料有望得到增强的低温热电性能，本项目围绕这一预测进行了初步的探索, 主要是建立了一套综合性的测量系统，可以进行宏观薄膜和微尺度样品热电势、热导率和电导率的测量,其中热导率测量采用三倍频（3w）方法实现。在热电势测量方面，特别针对微尺度Bi2Se3样品, 建立了两种热电势测量方法（稳态法和交流法）, 两者给出了一致的测量结果；建立了CVD方法制备拓扑绝缘体样品的工艺, 可以制备大面积Bi2Se3纳米片样品; 以上工作为今后系统研究拓扑绝缘体材料的热电性质打下了基础。