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热电材料可以通过热电效应将电能和热能相互转换,由于其在热电转换的过程中并没有机械运动,这就能够使它在一定的温度下具有较长的使用寿命和稳定性。同时对于那些热源分散、能量密度低的废热来说,通过热电材料的热电转换可以对它们进行很好的回收和利用。半导体和金属组成的周期性纳米多层体系被认为是一种具有极佳热电转换效率的结构。本文以典型的高温热电材料Si和室温热电材料Sb2Te3为研究对象,设计了不同类型的半导体/金属（Au、Cu和Ag）周期性纳米多层薄膜结构,系统分析了其结构特性、热传导性能和电输运机理,并重点研究了不同Au层周期性纳米多层薄膜热传导机制和热退火条件下周期性纳米多层薄膜结构的演变规律,具体归纳以下五个方面:1、设计了具有Au插层的Si/Si0.75Ge0.25/Au周期性纳米多层膜结构,并深入研究了Au插层数及Si/Si0.75Ge0.25组元比例对周期性纳米多层薄膜热传导性能的影响规律。热传导研究结果表明:多层组元为非晶半导体材料时,热导率与调制周期无关,只由多层结构的组元比例决定;而随着Au层加入,热导率依然没有太大的变化;周期性纳米多层薄膜（5个Au插层）的热导率（0.96 W/m?K）为经典公式所推理论值的37%,这表明金属/半导体界面对多层薄膜性能影响很大。2、构建Si/Au周期性纳米多层薄膜结构,并通过调控Au纳米层厚度来探究超薄周期性纳米多层薄膜的热传导机制。研究结果发现:当Au层厚度大于8 nm的时候,周期性纳米多层薄膜的金属层主要以电子作为热传导介质,声子和电子的耦合对热传导产生较大的影响;而当Au层厚度低于8 nm的时候,声子传导是金属层热传导的主要方式,电子隧穿也会对热传导产生一定影响;当金层厚度为1 nm的时候,Si/Au周期性纳米多层薄膜具有超低的热导率（0.6 W/m?K）,只为纯Si薄膜的42%。上述结果有利于更清晰的理解金属/半导体多层结构热传导过程,为制备超低热导率半导体/金属多层薄膜热电材料提供了指导。3、系统研究了Au纳米层厚度对Sb2Te3/Au周期性纳米多层薄膜热传导性能的影响规律。研究结果发现:Sb2Te3/Au多层薄膜结构热导率随着Au层厚度增加先减小后增大,这可能是因为热传导受到了半导体/金属层之间原子扩散区的影响。当金层厚度为7 nm的时候,Sb2Te3/Au周期性纳米多层薄膜具有超低的热导率（0.68 W/m?K）,此时的热导率只有纯Sb2Te3的69%。4、提出了一种新颖的“结晶-粗化-断裂-溶解”机制来解释退火温度对具有超低热导率的Sb2Te3/Au周期性纳米多层薄膜结构的影响规律。研究结果表明:当退火温度低于某一温度时（423 K）,周期性多层薄膜的结构和电学性能可以保持一定的稳定性;而当温度提高到473 K时,层状结构完全消失,Au层较薄的多层薄膜电学性能也发生极大的变化。上述结果对Sb2Te3/Au周期性纳米多层薄膜的实际应用具有重大指导意义。5、首次利用分子束外延法构筑了Sb2Te3/Cu和Sb2Te3/Ag周期性纳米薄膜结构,并分析了金属的加入对薄膜热电性能的影响机制。研究结果表明:当Cu层很薄时Cu不会形成层状,而是以不连续纳米颗粒存在,因为载流子过滤效应,Cu颗粒可以有效提高薄膜电学性能;经过423 K温度退火以后,功率因子可达到480μW/（m?K2）。Ag的厚度为4 nm时,Sb2Te3/Ag周期性纳米薄膜的功率因子高达500μW/（m?K2）,是纯Sb2Te3的3.84倍。这一研究成果为制备高性能、低成本的热电转换材料提供了一种新思路。