[發明專利]二維材料異質結熱電器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202210158039.0
• 申請日: 2022-02-21
• 公開（公告）號: CN114530546A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 易典;王榮福
• 申請（專利權）人: 深圳市漢嵙新材料技術有限公司
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34;H01L35/14
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 歐陽柏樂

本發明公開了一種二維材料異質結熱電器件的制備方法及二維材料異質結熱電器件。該二維材料異質結熱電器件的制備方法包括如下步驟：在基材上形成二維材料異質結，二維材料異質結由包括兩種不同的二維層狀材料的原料經層疊形成；在基材上形成遮蔽二維材料異質結的光刻膠，光刻膠為電子束敏感的光刻膠；采用電子束照射光刻膠的預設區域，形成暴露部分二維材料異質結的蝕刻開口；通過蝕刻開口對二維材料異質結進行刻蝕；過蝕刻開口制備金屬電極；及去除光刻膠。上述制備方法能夠實現在尺寸較小的二維材料異質結之間形成金屬電極，該金屬電極可以用作觸點并進一步通過引線電連接于外部的測試電路。

技術領域

本發明涉及熱電器件技術領域，特別是涉及一種二維材料異質結熱電器件及其制備方法。

背景技術

以石墨烯為代表的二維層狀材料因為具有許多特殊的性質而受到了極大的關注。二維層狀材料的結構為單層不具有懸掛鍵的晶格，因此相鄰的二維層狀材料之間通常可以通過范德華力弱鍵結合，不同的二維層狀材料堆垛能夠形成具有原子級平整界面的人工異質結構，這種異質結構通常被稱為二維材料范德華異質結。

近來較多的對于二維層狀材料的研究都集中在以石墨烯、黑磷和雙硫族化合物等為代表的材料的熱電性能上。對于實際應用，石墨烯主要有兩個缺點，一個是石墨烯的導熱系數太高，室溫下記錄的導熱系數在4840-5300W/mK的范圍內；另一個是石墨烯的塞貝克系數由于其無間隙帶結構而太小，其最大的塞貝克系數值約為80mV/K。為了克服這些障礙，將不同的二維層狀材料堆垛在一起構成范德華異質結是一種可行的方法。然而由石墨烯等二維層狀材料形成的范德華異質結的熱電性能難以得到有效表征，這限制了二維材料范德華異質結作為熱電器件的進一步應用。

發明內容

基于此，為了便于二維材料范德華異質結的熱電性能的表征，有必要提供一種二維材料范德華異質結熱電器件的制備方法。

根絕本發明的一個實施例，一種二維材料異質結熱電器件的制備方法，其包括如下步驟：

在基材上形成二維材料異質結，所述二維材料異質結由包括兩種不同的二維層狀材料的原料經層疊形成；

在所述基材上形成遮蔽所述二維材料異質結的光刻膠，所述光刻膠為電子束敏感的光刻膠；

采用電子束照射所述光刻膠的預設區域，形成暴露部分所述二維材料異質結的蝕刻開口；

通過所述蝕刻開口對所述二維材料異質結進行刻蝕；

通過所述蝕刻開口制備金屬電極；及

去除所述光刻膠。

在其中一個實施例中，在形成所述光刻膠的步驟中包括：先在所述基材上涂覆第一光刻材料，形成第一光刻層，再于所述第一光刻層上涂覆第二光刻材料，形成第二光刻層，所述第一光刻材料與所述第二光刻材料均為高分子材料，所述第二光刻材料的分子量高于所述第一光刻材料。

在其中一個實施例中，所述第一光刻材料和所述第二光刻材料均選自聚甲基丙烯酸甲酯。

在其中一個實施例中，在形成所述光刻膠的步驟中，控制形成的光刻膠的厚度≤300nm。

在其中一個實施例中，在所述二維材料異質結中，兩種二維層狀材料的總層數有三層以上，且兩種二維層狀材料交替層疊。

在其中一個實施例中，形成所述二維材料異質結的原料包括石墨烯和六方氮化硼。

在其中一個實施例中，在所述二維材料異質結中，位于最頂層和最底層的二維層狀材料均為六方氮化硼。

在其中一個實施例中，在對所述二維材料異質結進行刻蝕的步驟中，采用離子束銑削的方式刻蝕所述六方氮化硼，及，采用反應離子腐蝕的方式刻蝕所述石墨烯。