Zn-induced layer exchange of p- and n-type nanocrystalline SiGe layers for flexible thermoelectrics

纳米晶材料 材料科学 兴奋剂 微晶 杂质 图层(电子) 热电材料 热电效应 光电子学 纳米技术 热导率 冶金 复合材料 化学 热力学 物理 有机化学
作者
M. Tsuji,K. Kusano,Takashi Suemasu,Kaoru Toko
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:116 (18) 被引量:14
标识
DOI:10.1063/5.0006958
摘要

Fermi-level control in a polycrystalline SiGe layer is challenging, especially under a low thermal budget owing to the low activation rate of impurities and defect-induced acceptors. Here, we demonstrate the low-temperature (120–350 °C) synthesis of nanocrystalline p- and n-type Si1−xGex (x: 0–1) layers using the layer exchange technique with a Zn catalyst. Pure Zn formed p-type SiGe layers (hole concentration: 1020 cm−3 for x ≥ 0.8) due to the shallow acceptor level of Zn in Ge. Conversely, As-doped Zn allowed us to synthesize n-type SiGe layers (electron concentration: 1019 cm−3 for x ≤ 0.3) at the lowest ever temperature of 350 °C, owing to the self-organized As doping to SiGe during layer exchange. The resulting p-type Si0.2Ge0.8 and n-type Si0.85Ge0.15 layers exhibited the largest ever power factors (280 μW/mK2 for the p-type and 15 μW/mK2 for the n-type), for SiGe fabricated on a flexible plastic sheet. The low-temperature synthesis technology, for both p- and n-type SiGe layers, opens up the possibility of developing human-friendly, highly reliable, flexible devices including thermoelectric sheets.
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