20世纪末,环境污染、能源危机在世界各地出现。因为人们随心所欲地开采有限的矿产,大量地使用各种能源,导致地球上亿万年来积累的矿物能源快速消耗,人类能够容易开采的能源面临着枯竭。科学家们致力于开发新的能源材料,同时研究如何提高能源的利用效率。热电材料开始逐渐引起人们的关注,因为这些材料可以将工业生产中废弃的热能通过塞贝克效应转化成高品质的电能。另外热电材料不仅可以用来发电,还可以使用塞贝克的逆效应—帕尔贴效应—进行热电制冷。在这两个过程中,它都不会产生环境污染,是绿色清洁能源材料。热电材料还具有体积小、耐高温、寿命长的特点。热电材料弥补了传统发电技术的短板,在交通运输,航空航天,医疗器械,以及日常生活中都有广泛的应用。具有实际应用价值的热电材料多为合金材料,如Bi₂Te₃和SiGe已经在发电机和电制冷等领域得到应用。实际应用中要求热电优值ZT≥1,迄今为止只有少数合金化合物,例如Bi₂Te₃和AgPb₁₈SbTe₂₀,满足这个要求。但由于这两种材料中存在含有对人体有害的重金属等问题,限制了其大规模应用。氧化物材料具有高温性能稳定、制备过程简单、无毒害、成本低廉等优点而受到人们的关注,近年来NaCoO在内的p型氧化物热电材料表现出较好的热电性能。相比于传统的热电材料,氧化物热电材料具有较大的载流子有效质量。研究发现,在对某些材料进行掺杂后,材料的热电性能提升很多。但是,现有的掺杂工艺步骤较多,过程复杂,特别是对热电薄膜材料,不太适合工厂进行批量生产。使用离子注入技术可以较好地优化掺杂热电薄膜材料的生产问题。本文主要进行了如下研究工作:1.使用脉冲激光沉积（PLD）在LaAlO₃（001）单晶基片上制备了高质量的Ruddlesden-Popper（RP）同源相Sr_n+1Ti_nO_3n+1（n=1,2,3,￥）系列薄膜,通过在高温还原气氛中对薄膜进行退火处理,得到了还原的系列RP相Sr_n+1Ti_nO_3n+1薄膜样品。原子力显微镜（AFM）图像表明,退火温度会影响薄膜表面形貌。使用物理性能测试系统（PPMS）测量了这些外延薄膜的电导率和塞贝克系数。Sr TiO₃（STO）和Sr₄Ti₃O₁₀（STO4310）表现出金属绝缘体转变,在0—100 K间是载流子的冷冻效应起主要作用,随着温度的上升电导率升高,在100—200 K间是声子冷冻效应起主要作用,随着温度的上升电导率降低。Sr₃Ti₂O₇（STO327）表现为半导体导电行为。三者产生差异的主要原因是RP相Sr_n+1Ti_nO_3n+1中n值发生了变化,导致样品的晶体结构,和电子态密度发生了改变。在低温下,样品电导率的测试结果显示出电导率是由电子—电子相互作用决定的。室温下,电导率和塞贝克系数的结果表明,载流子的传输机制符合小极化子模型。在300 K下,STO,STO4310和STO327的功率因子分别是0.016,0.017和0.006 m W/m×K²。还原RP相Sr_n+1Ti_nO_3n+1外延薄膜的功率因子都较小。2.使用离子注入对SrTiO₃进行了Nb元素的掺杂,由于离子注入过程中,会造成晶格损伤,产生大量的晶格缺陷。为了修复晶格损伤,同时激活掺杂的元素,在离子注入时进行了动态退火温度的研究。首先在不同的动态退火温度473 K,523 K,573 K下,注入了剂量为100×10¹⁴/cm²,200×10¹⁴/cm²,300×10¹⁴/cm²,400×10¹⁴/cm²的Nb离子,然后在室温下,测试了样品的功率因子,发现在在动态退火温度为573 K时,样品性能最好。选择该温度做为系列样品的退火温度。3.通过离子注入方式制备了不同Nb含量的SrTi_1-xNb_xO₃（x=0.05,0.10,0.15,0.20）薄膜,动态退火温度为573 K,然后在高温还原气氛中对这些薄膜样品进行了退火处理。XRD图谱表明,所有这些Nb离子注入的SrTiO₃薄膜都是高质量的外延薄膜。在100 K到380 K的温度范围,测试了该系列样品的热电性能。注入剂量为300×10^14/cm²的样品具有最高的功率因子,为2.5 m W/m×K²,相比于之前本组在380 K时离子注入剂量为100×10¹⁴/cm²薄膜样品的功率因子0.44 m W/m·K²,提高了五倍。