[發明專利]一種柔性銻化鎂薄膜及其制備方法和應用、柔性熱電器件

在審

• 申請號: 202210959754.4
• 申請日: 2022-08-11
• 公開（公告）號: CN115386835A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 鄒琪;丁發柱;古宏偉;商紅靜;黃大興;謝波瑋;張琳;董浩;王鍇
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/35;H01L35/18;H01L35/34
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王苗苗

本發明提供了一種柔性銻化鎂薄膜及其制備方法和應用、柔性熱電器件的制備方法，涉及熱電功能薄膜技術領域。本發明提供的柔性銻化鎂薄膜的制備方法，包括以下步驟：以Mg₃Sb₂合金靶作為磁控濺射靶，在柔性襯底表面進行磁控濺射，得到柔性銻化鎂薄膜。本發明采用磁控濺射法在柔性襯底上實現了柔性銻化鎂薄膜的制備，使得柔性銻化鎂薄膜的界面散射效應和量子尺寸效應得到更好的發揮，從而獲得較高的功率因子，制備的柔性銻化鎂薄膜的性能大幅提高。

技術領域

本發明涉及熱電功能薄膜技術領域，具體涉及一種柔性銻化鎂薄膜及其制備方法和應用、柔性熱電器件的制備方法。

背景技術

目前，可穿戴設備最為常見的兩大應用領域為運動健身戶外領域和醫療保健領域?？纱┐髟O備有很多的上游要求，供電是可穿戴設備重要的一環，可穿戴設備最大的要求就是便攜，才能很好的應用于人體。所以對供電設備和材料的要求也是最大程度實現便攜和可穿戴。熱電材料是一種利用材料自身載流子的運動實現一個熱電相互轉換的功能材料。薄膜熱電材料可以利用Seebeck系數實現熱電轉換，同時具備很好的柔性，這些條件符合可穿戴設備供電材料的要求。如果將熱電材料應用于可穿戴設備，利用人體體溫和外界環境的溫差實現發電，對擴大可穿戴設備的應用領域有著現實意義。

Zintl相六方層狀化合物Mg₃Sb₂是窄帶隙半導體，屬于P-3m1晶體結構。共價鍵和離子鍵復雜的相連結構，令其符合電子晶體-聲子玻璃的理想模型。Mg原子由于在晶格中位置的不同，分為Mg1和Mg2兩種原子。Mg1形成陽離子層，Mg2與Sb以共價鍵相連，形成[Mg₂Sb₂]^2-陰離子層。Mg1原子展示為低的電負性，為[Mg₂Sb₂]^2-陰離子層提供兩個電子相連。因為Mg空位的存在，本征是P型的材料。但目前對于Mg₃Sb₂系熱電材料的研究以塊體材料為主，限制了其在可穿戴設備中的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種柔性銻化鎂薄膜及其制備方法和應用、柔性熱電器件的制備方法，本發明制備的柔性銻化鎂薄膜的界面散射效應和量子尺寸效應得到更好的發揮，從而獲得較高的功率因子，制備的柔性銻化鎂薄膜的性能大幅提高。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種柔性銻化鎂薄膜的制備方法，包括以下步驟：

以Mg₃Sb₂合金靶作為磁控濺射靶，在柔性襯底表面進行磁控濺射，得到柔性銻化鎂薄膜。

優選地，所述Mg₃Sb₂合金靶的制備方法包括：

將金屬Mg和金屬Sb按照3.05～3.2：2的摩爾比混合，進行球磨，得到金屬混合料；

將所述金屬混合料進行熱壓，得到Mg₃Sb₂合金靶。

優選地，所述熱壓的壓力為40～60MPa，所述熱壓的溫度為700～900℃，保溫保壓時間為10～30min。

優選地，所述柔性襯底為柔性聚酰亞胺襯底。

優選地，所述磁控濺射時柔性襯底的溫度為400～600℃。

優選地，所述Mg₃Sb₂合金靶位于所述柔性襯底的斜下方；所述Mg₃Sb₂合金靶的中心與柔性襯底的中心的直線距離為160～200mm。

優選地，所述磁控濺射的真空度為0.3～1Pa，磁控濺射的功率為20～30W，濺射時間為60～90min。