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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:張鈞斐
研究生(外文):Chang, Chun-fei
論文名稱:Sn與 (Bi2Te3)0.25(Sb2Te3)0.75熱電材料之界面反應及Sn-Sb-Te相平衡
論文名稱(外文):Sn/(Bi2Te3)0.25(Sb2Te3)0.75 interfacial reaction and phase equilibria of Sn-Sb-Te system
指導教授:陳信文陳信文引用關係
指導教授(外文):Chen, Sinn-wen
口試委員:黃振東廖建能
口試日期:2011-6-28
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:化學工程學系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:91
中文關鍵詞:熱電材料相平衡界面反應
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Bi2Te3是商業上經常使用的熱電材料,為了提高其效率,通常會摻雜Sb來製造P型半導體,添加Se來製作N型半導體。因此我們現在可在市面上購得的熱電致冷器,為以Bi2-xSbxTe3、Bi2Te3-ySey的三元化合物所製造而成,而其中(Bi2Te3)0.25(Sb2Te3)0.75是Bi2-xSbxTe3裡擁有最高效率之組成。在熱電材料中,通常使用銲料來連接銅基板與P-N型半導體,而熱電材料所使用的溫度範圍,通常也必須考慮到銲料的熔點,因此銲料對熱電材料的反應是非常重要的。固本研究將探討銲料中Sn與熱電材料中最重要之商用組成間(Bi2Te3)0.25(Sb2Te3)0.75之液/固與固/固界面反應,並對其反應生成相之生長型態,討論其生成反應機制。相平衡是材料研究的基礎,也對了解界面反應之生成相與路徑有相當大幫助,而在Sn-Sb-Te-Bi系統裡,三元相圖資料仍是相當缺乏,固本研究也選擇了Sn-Sb-Te三元系統相平衡來探討。
本研究共配製13個實驗點來得到Sn-Sb-Te三元系統在160℃下之相平衡數據,並在研究中確認了三元相SnSb2Te4的存在,且SnSb2Te4具有一定量之組成變化,而非固定之原子組成。此外由實驗也對該系統之平衡相皆含第三元溶解度有新的認知,如SnTe相含Sb溶解度可達到7.23%,Sb2Te3相含Sn溶解度可達到7.4%,Te相含Sb溶解度可達到3.7%,且含Sn溶解度可達到12.42%。
本研究對Sn與熱電材料中最重要之商用組成間(Bi2Te3)0.25(Sb2Te3)0.75之液/固與固/固界面反應進行探討。在160℃下固/ 固界面反應,可觀察到介金屬相SnTe之生成,但隨著反應時間拉長,介金屬相會破裂,使得基材與Sn中間生成裂縫,而終止Sn的擴散。
Sn與(Bi2Te3)0.25(Sb2Te3)0.75在250℃下液/ 固界面反應,首先生成SnTe相,而隨著反應時間增加,可以看到條紋狀的Sn3Sb2在SnTe中生成,形成生成相交錯排列的結構(alternating structure),而這也是在Sn- Sb -Te- Bi系統第一次發現此現象。在整個反應中,SnTe相與Sn3Sb2相皆不斷的生成且變厚,在本實驗中也試著在生成Sn3Sb2相與未生成Sn3Sb2相的時間中,用較短的時間間隔來進行探討,也觀察到了未完全反應的Sn3Sb2相與完全反應的Sn3Sb2相兩種不同的相與組成,並解釋其生成機制。

一、前言 1
二、文獻回顧 6
2-1 相平衡與界面反應 6
2-2 銲料與熱電材料系統之相平衡 8
2-2-1 Sn-Sb二元系統相平衡 8
2-2-2 Sn-Te二元系統相平衡 8
2-2-3 Sn-Bi二元系統相平衡 9
2-2-4 Bi-Sb二元系統相平衡 9
2-2-5 Bi-Te 二元系統相平衡 9
2-2-6 Sb-Te二元系統相平衡 9
2-2-7 Sn-Sb-Te三元系統相平衡 10
2-2-8 Sn-Bi-Te三元系統相平衡 10
2-2-8 Sn-Sb-Bi三元系統相平衡 11
2-2-10 Bi-Sb-Te 三元系統相平衡 11
2-3 銲料與熱電材料系統之界面反應 20
2-3-1 Sn-Te液/固界面反應 20
2-3-2 Sn-Te固/固界面反應 20
2-3-3 Sn-Bi/Te液/固界面反應 21
2-3-4 Sn/Bi2Te3界面反應 21
2-3-5 Sn/Sb2Te3界面反應 21
三、實驗方法 26
3-1 Sn/(Bi2Te3)0.25(Sb2Te3)0.75界面反應 26
3-2 Sn-Sb-Te三元系統相平衡 26
3-3 合金處理 26
3-4 合金分析 27
四、結果與討論 28
4-1 Sn-Sb-Te 三元系統相平衡 28
4-1-1 Sn+SnTe+ Sn3Sb2三相區 28
4-1-2 SnTe+ Sn3Sb2二相區 29
4-1-3 SnTe+ Sn3Sb2+β-SnSb三相區 29
4-1-4 SnTe+β-SnSb+Sb三相區 30
4-1-5 β-SnSb+Sb二相區 31
4-1-6 δ單相區 32
4-1-7 SnTe+Sb+δ三相區 32
4-1-8 δ+SnSb2Te4二相區 33
4-1-9 SnTe+ SnSb2Te4+δ三相區 34
4-1-10 SnTe+ SnSb2Te4+Te三相區 35
4-1-11 SnSb2Te4+Te二相區 36
4-1-12 Sb2Te3+ SnSb2Te4+Te三相區 38
4-2 Sn/(Bi2Te3)0.25(Sb2Te3)0.75固/固界面反應 66
4-3 Sn/(Bi2Te3)0.25(Sb2Te3)0.75液/固界面反應 69
五、結論 86
六、參考文獻 88

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