在用於熱電應用的 SiC、Si3N4 和 Si3N4:Si基底上生長的多晶 Si0.7Ge0.3 的成核和晶體生長行為

Abstract

矽鍺合金一直以來在高溫應用中被視為最佳的熱電材料。熱電材料是藉溫度梯度產生電能(賽貝克效應)並以優越指數 (ZT值)做為評價特徵。優越指數與觀察之配件兩端電壓直接成正比，與熱導率間接成正比。在多晶系統中，聲子沿著晶界散射會降低整體熱導率，進而改善整體優越指數 。 該研究提出一種直接在碳化矽、氮化矽和氮化矽/矽粉觀察其晶體生長與成核行為的方法：均分別以 5 K/min、20 K/min和 100 K/min的冷卻速率生長成核。其中SiC 和 Si3N4:Si 過冷與溫度並無明顯相關性，平均值分別為 0.6 K 和 1.9 K；氮化矽在三組溫度條件下產生平均過冷溫度分別為3.0K、5.1K 和 7.0K。此外，長晶機制取決於冷卻速率、過冷度和基底材料。三種類型樹枝狀長晶可以透過 Péclet 數進行分類，其近乎和過冷成正比。在所有狀況中，橫向長晶以擴散運輸為主；而樹枝長晶則以對流運輸為主。吾人並發現碳化矽可以產生最多的晶粒且最少部分的偏析熔體；然而，氮化矽卻相反。因此吾人初步藉由 SEM、EDX 和 EBSD 來分析確認矽鍺合金生長行為。