[發明專利]一種摻雜鈦酸鍶氧化物熱電薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201611195895.4
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN106784279B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 陳吉堃;陳立東;史迅;姜勇;仇鵬飛;張天松;陳宏毅;郝峰;江彬彬;李宇龍
• 申請（專利權）人: 北京科技大學;中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H01L35/14
• 分類號: H01L35/14;H01L35/34
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種制備摻雜型鈦酸鍶鈣鈦礦氧化物熱電薄膜的方法，其特征在于，利用薄膜材料與襯底材料共格準外延生長條件下，由于晶格失配作用而導致的施加在摻雜型鈦酸鍶鈣鈦礦氧化物熱電薄膜材料中的應力場來觸發材料強關聯效應，并由此對薄膜材料晶體結構、電子結構、極化特性、以及薄膜與襯底間界面性質進行調節，從而實現對摻雜鈦酸鍶熱電薄膜材料電導率與賽貝克系數熱電性能參數的提高，晶格失配作用是指晶格參數小于5％的差異；

所述方法的步驟包括：

A)提供薄膜生長所需要的摻雜鈦酸鍶鈣鈦礦氧化物材料靶材，其材料體系主要包括具有鈣鈦礦結構的摻雜型A_ySr_1-yTi_1-xB_xO_3±δ，其中0≤x≤0.8；0≤y≤0.8；0≤δ≤1，上式中Sr,Ti,O分別代表鍶、鈦、氧元素；A代表正2價或正3價摻雜元素，取代Sr的晶格位置；B為正4價、正5價或正6價摻雜元素；所述取代能用一種元素取代或多種元素同時取代；

B)提供薄膜生長所需要的氧化物單晶或大晶粒多晶襯底材料，要求所述襯底材料具有鈣鈦礦結構，沿生長面內晶格參數介于至之間，且與薄膜材料晶格參數差異小于5％；

C)利用等離子體輔助真空沉積法,通過控制等離子體性質與襯底條件，實現摻雜型鈦酸鍶薄膜材料在與之晶格體結構相同且參數失配的氧化物單晶襯底表面的準外延共格生長，從而引起薄膜材料的晶格畸變，得到高性能摻雜型鈦酸鍶鈣鈦礦氧化物熱電薄膜；所生長的熱電薄膜材料是摻雜鈦酸鍶單層膜結構,或多種不同摻雜類型與摻雜濃度的摻雜鈦酸鍶多層結構；

所述方法是界面應力觸發材料本體的強關聯效應，此對薄膜材料晶體結構、電子結構、極化特性、以及薄膜與襯底界面特性進行調節；其中，薄膜材料在襯底表面的共格生長，且薄膜材料與襯底表面處于相反的界面應力場下；該方法可以實現對摻雜鈦酸鍶熱電薄膜材料電導率與賽貝克系數的同時提高，而該方法中材料生長是對沉積條件及沉積中所涉及的等離子體性質的嚴格控制；所述等離子體性質包括等離子體組分、離子電離程度、電子密度、電子溫度、等離子體傳輸模式。

2.如權利要求1所述制備摻雜型鈦酸鍶鈣鈦礦氧化物熱電薄膜的方法，其特征在于，所述具有鈣鈦礦結構的摻雜型A_ySr_1-yTi_1-xB_xO_3±δ，其中0≤x≤0.8；0≤y≤0.8；0≤δ≤1中正2價或正3價摻雜元素A為元素周期表中：Ba、Ca、Mg、Al、Ga、In、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Fe元素；正4價、正5價或正6價摻雜元素B為元素周期表中Ge、Sn、Pb、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W；所生長的熱電薄膜材料是摻雜鈦酸鍶單層膜結構,或多種不同摻雜類型與摻雜濃度的摻雜鈦酸鍶多層結構，所生長的每一層膜的厚度介于10納米至1厘米之間。