[發明專利]一種銻化鋅基熱電薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201310568668.1
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103572243A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 范平;鄭壯豪;梁廣興;張東平;羅景庭
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: C23C14/46
• 分類號: C23C14/46;C23C14/58;C23C14/14
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

技術領域

本發明涉及熱電功能材料領域，尤其涉及一種低成本、高性能的銻化鋅基熱電薄膜及其制備方法。

背景技術

隨著科技的發展和人們生活水平的提高，能源消耗也快速增長，伴隨傳統能源使用帶來的環境污染問題日益嚴峻，利用可再生能源和回收工業廢熱、余熱對節能和環保具有極其重要的現實意義，綠色新能源技術的開發已受到世界各國的廣泛關注和重視。

熱電材料作為一種新能源材料，它可以將熱能和電能直接相互轉化，不用機械部件運轉和介質參與，不需要發生化學反應，和太陽能、水能、風能等二次能源一樣，對環境無污染，因而基于該材料制備的溫差器件在應用中有許多優點，比如結構簡單、無摩擦損耗、無介質泄漏、無噪聲、使用壽命長、性能穩定等，因此在軍事探測、微電子溫控、醫療制冷等領域得到了廣泛的應用。目前，熱電材料已成為材料科學的研究重點領域之一，研究和應用熱電材料對未來能源工程、綠色環保和制冷技術工程方面有著重要意義。

熱電材料的性能主要由無量綱常量ZT表征，ZT=?S²×σ×T÷k，其中S為塞貝克系數，σ為電導率，T為絕對溫度（即材料所處的溫度，不同溫度條件下S,?σ,?K值都不相同），k為熱導率。銻化鋅基材料是中溫區熱電材料，工作溫度范圍為300~670K，其具有高的塞貝克系數、高的電導率和低的熱導率，其在中溫區性能優良，是人們研究用來回收利用工業廢氣和汽車廢熱的發電材料之一，因此備受關注。

雖然目前對于銻化鋅基熱電薄膜的研究有了一定的進展，但銻化鋅基熱電薄膜的性能卻沒有得到很大的提高，主要的原因在于各種制備技術中存在的不足，例如在制備銻化鋅基薄膜時，由于需要進行中高溫的熱處理技術，容易造成材料中活潑金屬Zn的大量缺失，難以制備高性能的高價態銻化鋅基熱電薄膜；同時現有的制作技術成本較高，難以推廣應用。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種銻化鋅基熱電薄膜及其制備方法，旨在解決現有的銻化鋅基熱電薄膜制備方法成本高、難以獲得高性能的銻化鋅基熱電薄膜的問題。

本發明的技術方案如下：

一種銻化鋅基熱電薄膜的制備方法，其中，包括步驟：

采用離子束濺射沉積法首先在絕緣襯底上鍍制上一層Sb薄膜層，然后在Sb薄膜層上鍍制一層Zn薄膜層，再在Zn薄膜層上鍍制一層Sb薄膜層，鍍制完成后，在具有惰性氣體的氣氛條件下，進行高溫原位熱處理制備得到銻化鋅基熱電薄膜。

所述的銻化鋅基熱電薄膜的制備方法，其中，在鍍制之前還包括步驟：

預先對絕緣襯底進行超聲波清洗，并采用離子源對絕緣襯底以及濺射靶材進行表面預處理。

所述的銻化鋅基熱電薄膜的制備方法，其中，在鍍制之前還包括步驟：將Sb單質靶和Zn單質靶作為濺射靶材，分別固定在多工位離子束濺射系統的其中兩個轉靶架上待濺射。

所述的銻化鋅基熱電薄膜的制備方法，其中，對絕緣襯底進行表面預處理時采用的離子源的等離子體能量低于0.8KeV，對濺射靶材進行表面預處理時采用的離子源的等離子體能量低于1KeV。

所述的銻化鋅基熱電薄膜的制備方法，其中，采用離子束濺射沉積法進行鍍制時的參數為等離子體能量為0.7?KeV~1KeV，加速極電壓為200V~300V，束流為1mA~50mA。

一種銻化鋅基熱電薄膜，其中，采用如上所述的制備方法制成。

有益效果：本發明采用離子束濺射沉積法生成具有“Sb-Zn-Sb”結構的疊層合金薄膜，再通過在一定氣氛下進行原位熱處理技術獲取銻化鋅化合物薄膜。該技術可控性強，有利于薄膜結構的生成，薄膜具有良好的附著性和重復性，并且本發明可以避免Zn在中高溫退火過程中的流失，可大幅度的提高薄膜材料中Zn的含量，保證所制備的薄膜具有理想化學計量比，同時可通過調整不同薄膜層的濺射時間，制備出各種類型的銻化鋅基熱電薄膜。

附圖說明

圖1為本發明的銻化鋅基熱電薄膜制備方法較佳實施例的流程圖。

圖2為本發明實施例所制備的銻化鋅基熱電薄膜的能譜圖。

圖3為本發明實施例所制備的銻化鋅基熱電薄膜的塞貝克系數隨溫度變化示意圖。

圖4為本發明實施例所制備的銻化鋅基熱電薄膜的電阻率隨溫度變化示意圖。

圖5為本發明實施例所制備的銻化鋅基熱電薄膜的功率因子隨溫度變化示意圖。

具體實施方式