[發(fā)明專利]一種用于銻化鈷基熱電元件的合金電極及元件制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710043389.8
• 申請日: 2007-07-03
• 公開（公告）號: CN101101955A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳立東;趙德剛;李小亞;趙雪盈;周燕飛;柏勝強(qiáng);夏緒貴
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H01L35/20
• 分類號: H01L35/20;H01L35/08;H01L35/34
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 潘振甦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于銻化鈷基熱電元件的合金電極及元件制備方法，更確切地說涉及銻化鈷基熱電元件的電極材料及電極與熱電材料的連接方法，屬于熱電元器件的制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

熱電材料是一種利用Seebeck效應(yīng)和Peltier效應(yīng)將熱能和電能相互轉(zhuǎn)化的功能材料，由熱電材料制備的熱電器件工作時(shí)不需要機(jī)械運(yùn)動(dòng)部位，也不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，具有壽命長，可靠性高，對環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)，隨著全球環(huán)境污染和能源危機(jī)的日益加重，熱電器件日益受到各國研究的重視。目前，關(guān)于低溫致冷的熱電材料元件技術(shù)例如碲化鉍等已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒觳⒈粡V泛的應(yīng)用于商業(yè)生產(chǎn)，中高溫的熱電材料如PbTe、SiGe等制備的元器件目前在美國等發(fā)達(dá)國家也開始應(yīng)用于空間領(lǐng)域。銻化鈷基熱電材料因其特殊的電子結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是最有前途的中溫發(fā)電材料，摻雜或填充的P型、N型的銻化鈷基熱電材料其熱電優(yōu)值(ZT)都已經(jīng)達(dá)到了1.0以上，但是其元器件制備技術(shù)還很不完善，特別是涉及電極與銻化鈷連接由于熱膨脹系數(shù)的差異而存在很大的困難。

對熱電材料元器件的電極選擇主要要求具有以下的特性：在使用溫度范圍內(nèi)和相應(yīng)的熱電材料無嚴(yán)重相互擴(kuò)散或者反應(yīng)，從而保證熱電材料自身性能不受影響；要有較高的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率以降低能量損耗；使用溫度范圍內(nèi)要具有一定的抗氧化性以保證器件的可靠性和使用壽命；最重要的一點(diǎn)是電極材料的熱膨脹系數(shù)和相應(yīng)熱電材料匹配以防止產(chǎn)生裂紋從而影響熱電傳輸性能以熱穩(wěn)定性。

低溫?zé)犭娖骷捎跍囟确秶缍炔淮螅话氵x用Al等作為電極，如專利文獻(xiàn)JP10012935中BiTe熱電材料選用了Al(A1200、A1100、A1050等)作為電極材料。但對于中高溫?zé)犭娫骷碚f，由于溫度范圍跨度較大，且熱電器件熱端長期工作在高溫條件下，電極材料與熱電材料由于熱膨脹系數(shù)(CTE)的差異而極易在界面處產(chǎn)生裂紋，因此對于中高溫?zé)犭娫骷碾姌O選擇和連接工藝有著更高的要求。在專利文獻(xiàn)JP11274580中，PbTe熱電材料采用了Cu電極，專利文獻(xiàn)JP2000100751中，SiC熱電材料也選用Cu電極。目前對于銻化鈷基熱電材料器件的研究正處于實(shí)驗(yàn)室階段，大多數(shù)銻化鈷基熱電器件電極也采用了Cu電極，如專利文獻(xiàn)JP2004063585，而事實(shí)上Cu與CoSb₃的CTE差異過大(100℃時(shí)分別為18×10^-6K^-1和10×10^-6K^-1)，很容易造成電極與熱電材料的開裂。國外只有美國噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室(JetPropulsion?Laboratory)曾在第20屆International?Conference?onThermoelectrics報(bào)道過單對銻化鈷基熱電發(fā)電時(shí)采用了金屬Ti作為電極，對于具體制備工藝未加闡述，處于保密階段。Ti作為電極的缺點(diǎn)是電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率相對較高，能耗較大，并且抗氧化性差。國內(nèi)中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所在銻化鈷基熱電材料的制備和器件制作上做了大量的工作，特別針對電極材料的選擇以及銻化鈷基熱電材料與電極材料的可靠性連接上做了針對性的研究，如在CN1585145和200710037778.X(申請?zhí)?中，采用金屬M(fèi)o或Mo-Cu合金作為電極材料，采用不同的方法制備出銻化鈷基熱電材料元器件，本發(fā)明擬在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化熱匹配，提出了熱匹配更為良好的Cu-W合金電極材料，利用SPS(放電等離子)燒結(jié)方法制備銻化鈷基熱電材料元器件，實(shí)現(xiàn)了電極材料與銻化鈷基熱電材料的良好連接。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種用于銻化鈷基熱電元件的合金電極及熱電元件的制備方法，即本發(fā)明提一種與銻化鈷基熱電材料熱匹配良好的Cu-W合金電極及電極和銻化鈷基熱電材料的連接工藝，從而制備出界面電性質(zhì)過渡良好，界面可靠性高且工藝簡便的銻化鈷基熱電元件。