[發(fā)明專利]基于脈沖激光直寫技術(shù)的高密度熱電厚膜器件及制法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110505375.3
• 申請(qǐng)日: 2021-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN113241399B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 祝薇;周杰;鄧元;于躍東;胡少雄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L35/34
• 分類號(hào): H01L35/34;H01L35/32
• 代理公司: 北京中慧創(chuàng)科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11721
• 代理人: 由元

1.一種基于脈沖激光直寫技術(shù)的高密度熱電厚膜器件的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)沉積底電極與阻擋層材料

在潔凈的襯底上依次大面積沉積底電極Cu層、阻擋層Ni層和Au層，得到金屬化的襯底材料；

(2)沉積高長(zhǎng)寬比矩形圖案熱電材料

在步驟(1)所得的金屬化襯底上依次沉積高長(zhǎng)寬比矩形的n型與p型熱電材料；

(3)脈沖激光直寫技術(shù)一體化加工熱電材料與底電極圖案結(jié)構(gòu)

將步驟(2)沉積熱電材料后的樣品置于超快脈沖激光加工平臺(tái)上，利用脈沖激光直寫技術(shù)將熱電材料加工為熱電堆陣列，再將底電極按照設(shè)計(jì)進(jìn)行高精度圖案化加工，構(gòu)建熱電堆陣列下表面的電學(xué)連接，實(shí)現(xiàn)不同圖案熱電堆與電極多層結(jié)構(gòu)原位一體化集成加工；

利用脈沖激光直寫技術(shù)對(duì)不同圖案熱電堆與電極多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行原位一體化加工，具體操作如下：

將步驟(2)沉積熱電材料后的樣品固定在脈沖激光加工平臺(tái)上，通過確定三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)將加工圖紙與待加工樣品進(jìn)行關(guān)聯(lián)，將熱電材料與底電極的加工圖形分別導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，目標(biāo)結(jié)構(gòu)主要以微槽為特征，采用中心波長(zhǎng)為343-1064nm、脈寬為200fs-500ps的超快脈沖激光，對(duì)熱電材料在單脈沖能量密度為150mJ cm^-2-1810-mJ cm^-2，光斑重疊率為10％-90％，線條填充間距為5μm-30μm的條件下進(jìn)行加工，其去除效率為100nm/次-3μm/次；對(duì)底電極在單脈沖能量密度為5000mJ cm^-2-20000mJ cm^-2，光斑重疊率為30％-90％，線條填充間距為5μm-30μm的條件下進(jìn)行加工，其去除效率為100nm/次-2μm/次，最終實(shí)現(xiàn)不同圖案熱電堆與電極多層結(jié)構(gòu)原位一體化加工；

(4)制備上電極支撐層

在步驟(3)所得樣品的表面涂覆一層紫外光敏樹脂，將帶有支撐圖案的光刻板與樣品對(duì)準(zhǔn)貼合，在紫外光照射下固化，即制得上電極支撐層，并實(shí)現(xiàn)熱電材料的絕緣封裝；

(5)沉積頂部阻擋層材料與上電極

在步驟(4)所得樣品表面根據(jù)預(yù)設(shè)上電極形狀，依次沉積頂部阻擋層Au層、頂部阻擋層Ni層和上電極Cu層，制備圖案化的上電極，得到所述高密度熱電厚膜器件。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脈沖激光直寫技術(shù)的高密度熱電厚膜器件的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，沉積所述底電極Cu層和阻擋層Ni層和Au層的方法為磁控濺射、熱蒸發(fā)、電子束蒸鍍或電化學(xué)中的任意一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于脈沖激光直寫技術(shù)的高密度熱電厚膜器件的制備方法，其特征在于，沉積所述底電極Cu層時(shí)，濺射氣壓為1Pa-5Pa，襯底溫度為100℃-400℃，濺射功率為20-200W，沉積時(shí)間為1-12h；

沉積所述阻擋層Ni層時(shí)，濺射氣壓為1Pa-5Pa，襯底溫度為100℃-400℃，濺射功率為10W-100W，沉積時(shí)間為0.5h-8h；

沉積所述Au層時(shí)，濺射氣壓為1Pa-5Pa，襯底溫度為100℃-400℃，濺射功率為10W-50W，沉積時(shí)間為10min-1h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脈沖激光直寫技術(shù)的高密度熱電厚膜器件的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述n型熱電材料為Bi₂Te₃、Bi₂Te_2.7Se_0.3任意一種，所述p型熱電材料為Sb₂Te₃、Bi_0.5Sb_1.5Te₃任意一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脈沖激光直寫技術(shù)的高密度熱電厚膜器件的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，沉積所述熱電材料的方法為磁控濺射、熱蒸發(fā)、電子束蒸鍍、電化學(xué)沉積或選擇性激光熔融方法中的任意一種。