[發明專利]在存在勢壘的情況下具有高交叉平面電導率的熱電材料

在審

• 申請號: 201380015322.7
• 申請日: 2013-03-20
• 公開（公告）號: CN104350622A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: P.麥肯
• 申請（專利權）人: 俄克拉何馬大學董事會
• 主分類號: H01L35/16
• 分類號: H01L35/16;H01L35/26
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄭冀之;陳嵐

1.一種熱電材料，包括：

第一基體材料層；

位于所述第一基體材料層上的屏障層，所述屏障層具有包括多個超晶格層的短周期超晶格結構，其中所述多個超晶格層的每個超晶格層具有從由下述構成的群組中選擇的至少一個特征：在所述多個超晶格層中與相鄰超晶格層的低能量子帶共振的高能量子帶和在所述多個超晶格層中與相鄰超晶格層的高能量子帶共振的低能量子帶；以及

位于所述屏障層上的第二基體材料層。

2.根據權利要求1所述的熱電材料，其中，所述多個超晶格層包括：

對于所述屏障層具有最大帶隙的超晶格層；

緊挨對于所述屏障層具有最大帶隙的超晶格層其前的第一組接連的超晶格層，其中，對于所述第一組接連的超晶格層中的每個超晶格層而言，對于所述超晶格層的所述高能量子帶與對于緊隨其后的超晶格層的低能量子帶共振；以及

緊隨對于所述屏障層具有最大帶隙的超晶格層其后的第二組接連的超晶格層，其中，對于所述第二組接連的超晶格層中的每個超晶格層而言，對于所述超晶格層的所述高能量子帶與對于緊挨其前的超晶格層的低能量子帶共振。

3.根據權利要求1所述的熱電材料，其中，在組IV-VI材料系統中形成所述熱電材料。

4.根據權利要求3所述的熱電材料，其中，所述多個超晶格層的所述高能量子帶是斜谷子帶，并且所述多個超晶格層的所述低能量子帶是法向谷子帶。

5.根據權利要求4所述的熱電材料，其中，所述多個超晶格層的每個超晶格層是由硒化鉛和硒化鉛鍶的交替層形成的周期性結構。

6.根據權利要求4所述的熱電材料，其中，所述多個超晶格層的每個超晶格層是由硒化鉛和硒化鉛錫的交替層形成的周期性結構。

7.根據權利要求1所述的熱電材料，還包括：

位于所述第二基體材料層上的第二屏障層，所述第二屏障層具有包括第二多個超晶格層的短周期超晶格結構，其中所述第二多個超晶格層的每個超晶格層具有從由下述構成的群組中選擇的至少一個特征：在所述第二多個超晶格層中與相鄰超晶格層的低能量子帶共振的高能量子帶和在所述第二多個超晶格層中與相鄰超晶格層的高能量子帶共振的低能量子帶；以及

位于所述第二屏障層上的第三基體材料。

8.根據權利要求7所述的熱電材料，其中，所述第二屏障層的屏障高度不同于所述屏障層的屏障高度。

9.根據權利要求1所述的熱電材料，其中，所述多個超晶格層的每個超晶格層的厚度大約等于在設計所述熱電材料的溫度梯度中對于相應溫度的散射過程之間載流子的平均自由程距離。

10.根據權利要求1所述的熱電材料，其中，所述多個超晶格層進一步構造為反射多個聲子波長，所述多個超晶格層針對所述多個聲子波長的每個聲子波長包括各自具有大約等于四分之一聲子波長的厚度的一種材料成分的多個層和各自具有大約等于四分之一聲子波長的厚度的另一種材料成分的多個層。

11.一種制造熱電材料的方法，包括：

提供第一基體材料層；

提供位于所述第一基體材料層上的屏障層，所述屏障層具有包括多個超晶格層的短周期超晶格結構，其中所述多個超晶格層的每個超晶格層具有從由下述構成的群組中選擇的至少一個特征：在所述多個超晶格層中與相鄰超晶格層的低能量子帶共振的高能量子帶和在所述多個超晶格層中與相鄰超晶格層的高能量子帶共振的低能量子帶；以及

提供位于所述屏障層上的第二基體材料層。

12.根據權利要求11所述的方法，其中，所述多個超晶格層包括對于所述屏障層具有最大帶隙的超晶格層，并且提供所述多個超晶格層的步驟包括：

提供緊挨對于所述屏障層具有最大帶隙的超晶格層其前的第一組接連的超晶格層，其中，對于所述第一組接連的超晶格層中的每個超晶格層而言，對于所述超晶格層的所述高能量子帶與對于緊隨其后的超晶格層的低能量子帶共振；

在所述第一組接連的超晶格層上提供對于所述屏障層具有最大帶隙的超晶格層；以及

提供緊隨對于所述屏障層具有最大帶隙的超晶格層其后的第二組接連的超晶格層，其中，對于所述第二組接連的超晶格層中的每個超晶格層而言，對于所述超晶格層的所述高能量子帶與對于緊挨其前的超晶格層的低能量子帶共振。