Low-Temperature ALD of SbOx/Sb2Te3 Multilayers with Boosted Thermoelectric Performance

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Jun Yang - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Technische Universität Dresden (Autor:in)
  • Samik Mukherjee - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Jio Institute (Autor:in)
  • Sebastian Lehmann - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Fabian Krahl - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Xiaoyu Wang - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Hainan University (Autor:in)
  • Pavel Potapov - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Axel Lubk - , CEOS-Stiftungsprofessur für Elektronenoptik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Tobias Ritschel - , Professur für Physik der Quantenmaterialien (Autor:in)
  • Jochen Geck - , Professur für Physik der Quantenmaterialien (Autor:in)
  • Kornelius Nielsch - , Professur für Metallische Werkstoffe und Metallphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)

Abstract

Nanoscale superlattice (SL) structures have proven to be effective in enhancing the thermoelectric (TE) properties of thin films. Herein, the main phase of antimony telluride (Sb2Te3) thin film with sub-nanometer layers of antimony oxide (SbOx) is synthesized via atomic layer deposition (ALD) at a low temperature of 80 °C. The SL structure is tailored by varying the cycle numbers of Sb2Te3 and SbOx. A remarkable power factor of 520.8 µW m−1 K−2 is attained at room temperature when the cycle ratio of SbOx and Sb2Te3 is set at 1:1000 (i.e., SO:ST = 1:1000), corresponding to the highest electrical conductivity of 339.8 S cm−1. The results indicate that at the largest thickness, corresponding to ten ALD cycles, the SbOx layers act as a potential barrier that filters out the low-energy charge carriers from contributing to the overall electrical conductivity. In addition to enhancing the scattering of the mid-to-long-wavelength at the SbOx/Sb2Te3 interface, the presence of the SbOx sub-layer induces the confinement effect and strain forces in the Sb2Te3 thin film, thereby effectively enhancing the Seebeck coefficient and reducing the thermal conductivity. These findings provide a new perspective on the design of SL-structured TE materials and devices.

Details

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer2306350
FachzeitschriftSmall
Jahrgang20
Ausgabenummer10
PublikationsstatusVeröffentlicht - 8 März 2024
Peer-Review-StatusJa

Externe IDs

PubMed 37880880
ORCID /0000-0002-2438-0672/work/158767748

Schlagworte

Schlagwörter

  • atomic layer deposition, interface engineering, nanothermoelectricity, SbO/SbTe, transport property