[發明專利]準一維納米結構熱電材料、器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201010264529.6
• 申請日: 2010-08-26
• 公開（公告）號: CN101969095A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 任山;李立強;葉志超;李義兵;洪瀾
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01L35/02
• 分類號: H01L35/02;H01L35/34
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳燕嫻

1.一種準一維納米結構熱電材料，其特征在于：該熱電材料包括絕緣襯底、至少兩層熱電材料層和至少兩層聲子散射層；所述絕緣襯底的表面布滿平行的周期排列的納米溝槽，溝槽橫切面呈現矩形起伏狀結構；熱電材料層覆蓋在襯底的表面，橫切面呈現矩形起伏狀周期結構；聲子散射層覆蓋在熱電材料層的表面，橫切面呈現矩形起伏狀周期結構；熱電材料層和絕緣層以矩形起伏狀周期結構交替覆蓋；所述納米溝槽的寬度和深度為5nm～200nm；所述單層熱電材料層的厚度為5nm～200nm；所述單層聲子散射層的厚度為1nm～100nm；溝槽深度≥單層熱電材料層的厚度。

2.根據權利要求1所述的一種準一維納米結構熱電材料，其特征在于：所述熱電材料層的層數為2～5000層；所述聲子散射層的層數為2～5000層；所述絕緣襯底為二氧化硅、三氧化二鋁、氮化鋁、氧化鎂、云母、聚酰胺、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰胺6、聚芳香酰胺MXD6、聚苯硫醚或共聚多酰胺6-X，其中X＝6～12之間的自然數；所述熱電材料層為單質熱電材料或化合物熱電材料；所述聲子散射層為納米顆粒層或者連續絕緣材料層。

3.根據權利要求2所述的一種準一維納米結構熱電材料，其特征在于：所述單質熱電材料為Bi、Si；所述化合物熱電材料為Bi₂Te₃系合金、CoSb₃系合金、SiGe系合金、BiSb系合金、PbTe系合金、Zn₄Sb₃系合金或MgSi系合金；所述納米顆粒聲子散射層為納米金屬顆粒層或納米絕緣顆粒層，其中納米金屬顆粒層中金屬顆粒之間相互不接觸。

4.根據權利要求3所述的一種準一維納米結構熱電材料，其特征在于：所述納米金屬顆粒層為高熔點金屬、過渡金屬、半金屬或類金屬；所述納米絕緣顆粒層為二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鈦、氮化鈦、氮化鋁或氧化鎂；所述納米金屬顆粒和納米絕緣顆粒的粒度為1nm～100nm；所述連續絕緣材料層為二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鈦、氮化鈦、氮化鋁、氧化鎂。

5.根據權利要求4所述的一種準一維納米結構熱電材料，其特征在于：所述高熔點金屬為鎢、鉬、金、鈦、鈮或它們的合金；所述過渡金屬為鎳、鐵、鈷、鉻或它們的合金；所述半金屬為鉍、銻或它們的合金；所述類金屬為硅、鍺或它們的合金。

6.根據權利要求1所述的一種準一維納米結構熱電材料，其特征在于：所述熱電材料層是p型熱電材料，聲子散射層是摻雜p型熱電材料層，得到p型準一維納米結構熱電材料；所述熱電材料層是n型熱電材料，聲子散射層是摻雜n型熱電材料層，得到n型準一維納米結構熱電材料。

7.根據權利要求1所述的一種準一維納米結構熱電材料的制備方法，其特征在于包括以下操作步驟：

(1)清洗襯底；

(2)帶有矩形鋸齒狀納米溝槽的襯底的制備：采用傳統光刻技術、納米壓印技術或通過高分子膜內部發生斷裂時自形成周期性條狀結構的方法，將清洗過的襯底制備成帶有矩形鋸齒狀納米溝槽的襯底；所述矩形鋸齒狀納米溝槽的寬度和深度為5nm～200nm；

(3)在帶有矩形鋸齒狀納米溝槽的襯底上，利用物理氣相沉積方法或化學氣相沉積方法沉積一層熱電材料層；所述熱電材料層的厚度為5nm～200nm；熱電材料層的厚度≤溝槽深度；

(4)在熱電材料層的上面濺射一層聲子散射層，聲子散射層的厚度≤熱電材料層的深度；所述聲子散射層為納米顆粒層或連續絕緣材料層；所述聲子散射層的厚度為1nm～100nm；聲子散射層的厚度≤溝槽深度；

(5)重復操作步驟(3)和(4)，得到準一維納米結構熱電材料。