CN111446358B - 基于脉冲激光烧蚀的高精度快速薄膜热电器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于脉冲激光烧蚀的高精度快速薄膜热电器件的制备方法。在基底上沉积电极层后，先在电极层表面沉积热电材料，再利用激光烧蚀实现热电材料图案化，接着沉积绝缘层、喷涂上电极后制得薄膜热电器件，此技术可有效降低加工成本、减少加工环节。通过引入激光烧蚀法实现热电对高密度图案化的同时，薄膜热电材料可进行高温沉积，有利于实现高性能核心功能材料的引入。此外，通过将单个热电对的结构设计为“之”字型，实现同类型热电材料相邻排列，有效提高单位面积内热电对的集成数量，从而薄膜热电器件功率密度输出获得大大提升。

Description

基于脉冲激光烧蚀的高精度快速薄膜热电器件及其制备方法

技术领域

本发明属于薄膜热电器件技术领域，具体涉及一种基于脉冲激光烧蚀的高精度快速薄膜热电器件及其制备方法。

背景技术

热能是环境中广泛存在的一种能量形式，基于环境温差发电的微型热电能源转换技术可实现热能与电能的相互转换，使其有望为低功耗电子元器件提供稳定持久的电能。因此，薄膜热电器件作为一种新型可持续微供电系统，具有迫切的应用需求和广阔的市场前景。

薄膜热电器件的基本构成单元为由上下电极与p/n型热电材料构成的热电臂。然而，单对热电臂的输出有限，为了实现器件的高功率密度，需要在单位面积内集成尽可能多的热电臂，即实现热电臂的高密度阵列化集成。这一过程要求热电材料图案化技术的精度尽可能高，然而，现有热电材料图案化技术存在加工成本高、工艺复杂以及与热电器件制备兼容性差的问题。

目前，薄膜热电器件主要基于传统硅基MEMS微加工技术，具体步骤为：(一)采用常温热蒸发法、磁控溅射法或电化学沉积法在氮化铝基底表面沉积经过光刻剥离工艺制备的图案化下电极；(二)在下电极图案上继续通过光刻剥离工艺分别沉积n型与p型热电材料；(三)采用紫外光敏材料构筑绝缘层；(四)采用光刻剥离工艺，在热电材料上表面图案化沉积上电极。其中，光刻剥离工艺的具体步骤为：(1)在基底上旋涂光刻胶，并加热使光刻胶固化；(2)将基底与光刻掩模板对准，进行紫外曝光；(3)通过显影液将特定区域的光刻胶洗掉(对于光刻胶正胶，曝光部分可以洗掉，对于负胶，未曝光部分可以洗掉)，实现光刻胶图案化；(4)在基底的光刻胶图案表面沉积材料层，由于此时材料层在光刻胶表面，且光刻胶无法耐高温，因此材料的沉积温度为常温；(5)将基底放入去胶液中，光刻胶会被去胶液溶解，同时将其表面的材料层一并带下，实现材料层的图案化。

由上述步骤可以发现，光刻剥离技术虽然具备极高的加工精度，但也具有繁复、良品率低和成本高昂的缺陷。为实现热电材料的图案化，在光刻剥离技术中，需要完成旋涂、曝光、显影、去胶等多个环节，且光刻胶本身成本高昂，造成了最终成品器件的成本提高和成品率低。不仅如此，由于光刻胶无法耐受高温，在光刻剥离技术中，需要将热电材料的沉积温度限制在常温下，从而造成无法通过高温沉积提高热电材料性能的缺点，导致核心功能材料的性能低下，因而影响器件的性能。另一方面，光刻剥离技术之外的图案化技术，如金属掩模法制备薄膜热电材料时，虽然工艺简单、成本低廉，但难以达到微米级的精度，无法实现高密度集成，大大限制了器件的发电性能。因此，亟需发展一种在精度上可满足高密度阵列集成，在工艺中兼容高温材料沉积，且制备工艺简单、易于操作、成本低廉的新型热电薄膜发电器件制备手段。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于脉冲激光烧蚀的高精度快速薄膜热电器件及其制备方法。本发明通过将脉冲激光烧蚀技术引入薄膜热电材料图案化，将激光烧蚀操作简便、成本低廉的特点引入了薄膜热电器件制备，所制备的器件可在1cm²范围内集成200到400对热电臂。相较于传统光刻剥离技术，降低了操作成本、简化了操作步骤。同时，通过激光烧蚀技术图案化，有效解除了对热电材料沉积温度的限制，本发明采用高温磁控溅射技术制备热电薄膜，相比常温沉积，大大提高了薄膜的功率因子，有效提高了器件的输出性能，数据显示，本发明所制备器件中集成的Bi₂Te₃薄膜在常温下功率因子可达8.9μW cm^-1K^-2，Sb₂Te₃薄膜在常温下功率因子可达10.1μW cm^-1K^-2，而整个器件的输出功率可实现毫瓦级的输出。本发明采用“之”字型热电对结构设计，降低了热电材料沉积时的精度需求，有效提高单位面积内热电对密度。之后，采用阻焊绿油作为绝缘层，给器件绝缘层提供了优秀的耐温性能和电绝缘特性，而后通过银浆喷漆方式制备上电极，方法简便、电连接性能优越。

本发明所采用的技术方案为：

一种基于脉冲激光烧蚀的高精度快速薄膜热电器件的制备方法，包括如下步骤：

(1)沉积电极层

将预处理后的衬底上依次沉积Cu膜、Ni膜和Au膜，获得电极层，即为下电极；

(2)在电极层表面沉积热电材料

在步骤(1)获得电极层的表面上先沉积n型热电材料，再沉积p型热电材料，完成热电材料的沉积；

(3)激光烧蚀实现热电材料图案化

将沉积热电材料后的样品置于短脉冲激光条件下进行激光烧蚀，实现热电材料图案化；

(4)沉积绝缘层

在所述图案化样品的表面沉积绝缘层，之后在所述绝缘层上刻蚀出相应图案；

(5)喷涂上电极

在步骤(4)得到的沉积绝缘层的样品上喷涂上电极，即得所述薄膜热电器件。

步骤(3)中，所述激光为红外激光。

所述红外激光的波长为808-1064nm。

所述激光烧蚀的具体操作为：脉宽为600ps到4ns，设置激光密度在1.31mJ cm^-2到4.11mJ cm^-2之间，对样品进行5-10次线间距5-10μm、速度为200-400mm s^-1的面扫。

进行所述激光烧蚀时，先将样品与印有相应图案的光学掩模板固定并对准，再置于短脉冲激光器下进行激光烧蚀，所述样品与所述光学掩模板之间的空隙为200-400μm。

步骤(1)中，采用磁控溅射工艺进行所述Cu膜、Ni膜和Au膜的沉积，沉积不同薄膜的磁控溅射条件如下：

沉积Cu膜、Ni膜和Au膜后，所述下电极的方阻阻值为6-10mΩ/□。

步骤(2)中，所述n型热电材料为Bi₂Te₃、Bi₂Te_2.7Se_0.5中的任意一种，所述p型热电材料为Sb₂Te₃、Bi_0.5Sb_1.5Te₃中的任意一种；所述热电材料的沉积温度在200℃到400℃之间，沉积功率在15W到25W之间，且根据热电材料不同进行不同功率的Te靶共溅射。

步骤(3)中，采用磁控溅射工艺进行所述n型热电材料和p型热电材料的沉积，沉积不同热电材料的磁控溅射条件分别为：

步骤(4)中，采用旋涂工艺沉积所述绝缘层，采用光刻法在所述绝缘层上刻蚀出相应图案，具体操作为：

在暗室中，将器件置于匀胶机上，将阻焊绿油均匀涂布于器件表面，设置转速为2500转/分钟，旋涂3分钟，之后，用150℃加热板加热5min，放置3min冷却，之后将器件与光刻掩膜板对准，用360nm波长紫外灯对阻焊绿油进行1min曝光，之后将器件放入丙酮中超声震荡5min，洗掉未曝光的绿油，即可获得图案。所述绝缘层为阻焊绿油，所述绝缘层的厚度为25-30μm。

步骤(5)中，进行所述上电极喷涂时，具体操作为：将样品与刻有相应图案的金属掩模版固定在一起，采用喷漆工艺将银浆电极喷涂在样品表面并用150℃热风枪进行1min加热固化，之后将金属掩模版与样品分开，即完成上电级的喷涂；

所述银浆电极为采用丝网印刷用银浆与丙酮按照质量比3:4-3:6进行充分混合后制得。

所述薄膜热电器件中，由上电极、P/N型两种热电材料以及下电极构成的单个热电对呈“之”字型分布，由上电极、P/N型两种热电材料以及下电极构成的单个热电对呈“之”字型分布，所述热电对集成密度为200到400对每cm²。

本发明的有益效果为：

(1)本发明所述的基于脉冲激光烧蚀的高精度快速薄膜热电器件的制备方法，沉积电极层后，先在电极层表面沉积热电材料，再利用激光烧蚀实现热电材料图案化，接着沉积绝缘层、喷涂上电极后制得薄膜热电器件；本发明所述方法通过采用超短脉冲激光烧蚀实现核心功能材料的图案化，相较于传统工艺，有效解除了光刻剥离技术对热电材料的沉积温度的限制，相较于金属掩模法，大大提高了图案加工精度，能够实现高密度阵列化，且具有快速加工、成本低廉、加工精度高的特点。

(2)本发明所述的薄膜热电器件，首次提出将单个热电对的结构设计为“之”字型的思想，这种设计可以实现热电材料的相邻排列，大大降低器件加工的精度要求，提高了成品率，降低了生产成本，克服现有薄膜热电器件中，两种热电材料需要交叉沉积而导致器件精度要求提高、工艺复杂化的问题。

(3)本发明所采用的磁控溅射法沉积热电材料工艺能够制备薄膜厚度在10μm至20μm可调的高性能P/N型热电材料，且热电材料具有柱状生长结构，该结构有利于电流在热电材料内的传输，且功率因子相较于常温沉积技术大大提高。

(4)本发明通过采用阻焊绿油作为绝缘层，相比传统的光刻胶构筑的绝缘层具有高耐温性能与低廉的价格，有效降低生产成本。

(5)本发明采用银浆喷漆法制备的上电极，不仅工艺简单、成品率高，且具有优秀的电连接性能和微米级的高图案化精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述“之”字型薄膜热电器件的内部结构示意图；

图2为本发明所述薄膜热电器件的制备过程示意图；

图3为本发明实施例1所述薄膜热电器件的电极实物图；

图4为实施例1所述薄膜热电器件的热电材料微观形貌图；

图5为传统热电器件“π”型薄膜热电器件的结构示意图；

图6为实施例1制备的薄膜热电器件实物图；

图7为实施例1中器件经过步骤(3)激光烧蚀后获得的器件实物SEM图；

图8为实施例1所述器件的发电性能测试结果图；

图9为实施例4、实施例5所述器件内热电材料的微观形貌图；

图10为实施例6所述器件内热电材料的微观形貌图；

图11为实施例1与实施例7、实施例8中采用不同激光烧蚀参数后热电材料实物图；

图12为实施例11所述在1cm²内集成364对热电臂的薄膜器件实物图。

图13为对比例2所述薄膜热电器件实物图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种薄膜热电器件，其中，由上电极、P/N型两种热电材料以及下电极构成的单个热电对呈“之”字型分布。具体为将下电极设计为45°倾斜，上电极设计为水平，从而将同种热电材料沉积为相邻排布状态，如图1所示。

进一步，本实施例提供了一种基于脉冲激光烧蚀的高精度快速薄膜热电器件的制备方法，如图2所示为所述薄膜热电器件的制备过程示意图，具体包括如下步骤：

(1)沉积电极层

将衬底氮化铝依次浸泡于洗洁精水(洗洁精与水按照质量体积比1g:50mL配制而成)、去离子水、乙醇、丙酮中进行超声清洗后烘干，得到预处理后的衬底；

将金属掩模板与预处理后衬底夹紧后置入磁控腔体内，通过直流溅射技术，在预处理后的衬底上依次沉积Cu膜、Ni膜和Au膜，获得方阻阻值为6-10mΩ/□的电极层(下电极)，如图3所示；

沉积不同薄膜的磁控溅射条件如表1所示；

表1-沉积不同薄膜的磁控溅射条件

(2)在电极层表面沉积热电材料

将刻有长条形碲化铋相应图案的金属掩模版与步骤(1)得到样品夹紧后置入磁控溅射腔体内，采用直流溅射n型热电材料Bi₂Te₃，之后将样品取出，更换为刻有长条形碲化锑相应图案的掩模板，采用直流溅射p型热电材料Sb₂Te₃，完成溅射后，待温度降低至75℃以下时从磁控腔体中取出样品，所得样品具有柱状生长的纳米结构，如图4所示，其中图4a、4b分别为Bi₂Te₃、Sb₂Te₃两种热电材料的XRD图，显示了两种材料的生长取向。图4c1和4c2为Bi₂Te₃的SEM照片，显示了Bi₂Te₃为接近垂直于基底方向的柱状生长趋势。图4d1和4d2为Sb₂Te₃的SEM照片，同样显示了Sb₂Te₃为接近垂直于基底方向的柱状生长趋势。

在步骤(1)获得电极层的表面上先沉积n型热电材料，再沉积p型热电材料，完成热电材料的沉积；沉积不同热电材料的磁控溅射条件如表2所示；

表2-沉积不同热电材料的磁控溅射条件

(3)激光烧蚀实现热电材料图案化

将沉积热电材料后的样品先与印有相应图案的光学掩模板固定并对准，所述样品与光学掩模板之间空隙为300μm，之后将样品与光学掩模板一起置于短脉冲激光器之下进行激光烧蚀，实现热电材料图案化；

所述激光烧蚀的具体操作为：波长为1064nm，脉宽为4ns，设置激光密度为2.5mJcm^-2，对样品进行5次线间距5μm、速度为200mm s^-1的面扫，所获得的；

(4)沉积绝缘层

在暗室中，在样品表面旋涂沉积厚度为25-30μm的阻焊绿油作为绝缘层，再采用光刻法将阻焊绿油刻蚀出绝缘层的相应图案，具体为：在暗室中，将器件置于匀胶机上，将阻焊绿油均匀涂布于器件表面，设置转速为2500转/分钟，旋涂3分钟，之后，用150℃加热板加热5min，放置3min冷却，之后将器件与光刻掩膜板对准，用360nm波长紫外灯对阻焊绿油进行1min曝光，之后将器件放入丙酮中超声震荡5min，洗掉未曝光的绿油，即可获得图案；

(5)喷涂上电极

将丝网印刷用银浆与丙酮按照质量比为3:5进行充分混合，制得银浆电极；之后将步骤(4)得到的样品与刻有相应图案的金属掩模版固定在一起，采用喷漆工艺将电极银浆料喷涂在样品表面，并通过150℃热风枪加热1min固化后，将金属掩模版与样品分开，即喷涂获得上电级，最终完成所述薄膜热电器件的制备。

实施例2

实施例2与实施例1的区别仅在于电极层沉积条件不同：步骤(1)中，在所述器件电极沉积所用的功率不同，其中，Cu膜、Ni膜与Au膜采用的功率分别为：Cu膜120W，Ni膜60W，Au膜15W，所述的电极层具有更短的沉积时间。

实施例3

实施例3与实施例1的区别仅在于电极层沉积条件不同：步骤(1)中，在所述器件电极沉积所用的功率不同，其中，Cu膜、Ni膜与Au膜采用的功率分别为：Cu膜180W，Ni膜100W，Au膜25W，所述的电极层具有更长的沉积时间。

实施例4

实施例4与实施例1的区别仅在于：步骤(2)中，在所述热电材料沉积中，沉积n型热电材料Bi₂Te₃与p型热电材料Sb₂Te₃所用的功率不同，其中，Bi₂Te₃沉积功率为：15W，补Te功率15W，Sb₂Te₃沉积功率为：15W，补Te功率25W。

实施例5

实施例5与实施例1的区别仅在于：步骤(2)中，在所述热电材料沉积中，沉积n型热电材料Bi₂Te₃与p型热电材料Sb₂Te₃所用的功率不同，其中，Bi₂Te₃沉积功率为：25W，补Te功率25W，Sb₂Te₃沉积功率为：25W，补Te功率35W。

实施例6

实施例6与实施例1的区别仅在于：步骤(2)中，在所述热电材料沉积中，沉积n型热电材料为Bi₂Te_2.7Se_0.3，p型热电材料为Bi_0.5Sb_1.5Te₃；所用的沉积功率为：Bi₂Te_2.7Se_0.3沉积功率为：20W，补Te功率20W，Bi_0.5Sb_1.5Te₃沉积功率为：20W，补Te功率30W。

实施例7

实施例7与实施例1的区别仅在于：步骤(3)中，所述激光器的设置激光脉宽为600ps，激光密度为1.31mJ cm^-2，对样品进行10次线间距5μm、速度为200mm s^-1的面扫。

实施例8

实施例8与实施例1的区别仅在于：步骤(3)中，所述激光器的设置激光密度为4.11mJ cm^-2，对样品进行5次线间距5微米、速度为400mm s^-1的面扫。

实施例9

实施例9与实施例1的区别仅在于：步骤(5)中，银浆与丙酮的质量比为3:4进行充分混合，制得银浆电极，之后采用喷漆工艺将电极银浆料喷涂在样品表面并固化后。

实施例10

实施例10与实施例1的区别仅在于：步骤(5)中，银浆与丙酮的质量比为3:6进行充分混合，制得银浆电极，之后采用喷漆工艺将电极银浆料喷涂在样品表面并固化后。

实施例11

实施例11与实施例1的区别仅在于：器件的集成对数为1cm²内集成364对热电臂。

对比例1

本对比例与实施例1的区别仅在于：步骤(2)中，在电极层表面沉积热电材料时，采用光刻图案化工艺。具体工艺步骤为：

(S1)在仅沉积有电极的器件表面旋涂光刻胶AZ-P4620；(S2)在80℃热板加热4min后，冷却5min；(S3)在曝光台上与光刻掩膜版进行对准，之后采用波长350nm的紫外光曝光230s；(S4)在80℃热板进行第二次加热4min后，冷却5min；(S5)将涂有光刻胶的器件电极置于磁控溅射腔体之中进行热电材料Bi₂Te₃的沉积，具体条件为：基底温度设置为常温，氩气气压2Pa，Bi₂Te₃功率为20W，补Te功率为20；(S6)将器件置于AZ-P4620显影液中，浸泡4min，然后用去离子水冲洗；(S7)在80℃热板进行第三次加热4min后，冷却5min；(S8)将器件置于丙酮有机溶剂中常温浸泡5min，至光刻胶完全溶解。之后，重复上述工艺步骤(S1)到(S8)，以进行热电材料Sb₂Te₃的沉积，其中，Sb₂Te₃的沉积功率为20W，补Te功率为30W，其他条件均与前述(S1)到(S8)相同。

对比例2

本对比例与实施例1的区别仅在于：器件设计为传统“π”型结构，结构示意图如图5所示。在沉积热电材料时，Bi₂Te₃与Sb₂Te₃两种材料交叉排布、一次成型，无步骤(3)的激光烧蚀图案化过程。

实验例

以下对实施例1-10所述方法以及对比例1、2所述方法制得薄膜热电器件的性能进行检测。

如图6所示为实施例1所制备器件的实物图，从图6中可以看出，所制得的器件面积在1cm²内具有200对热电臂，且热电臂图案清晰。

如图7所示为实施例1经激光烧蚀前后的对比图。从图7中可以看出，激光烧蚀有效祛除了沉积在器件基底表面的热电材料，且这种祛除具有可控性，可以高精度的保留需要的热电材料而去掉不需要的部分。

测试实施例1所述热电器件的输出电压及输出功率与不同温差的关系，将加热片放置于所述热电器件热端进行加热，使热电器件热端和冷端建立不同温差，测试热电器件的输出电压，如图8所示为实施例1所述热电器件输出电压及输出功率与不同温差的关系示意图。从图8可以看出，在温差范围为0-88K，热电器件的输出电压和温差成线性关系V＝5.52T[mV]，当热电器件的温差为88K时，热电器件的输出电压为500mV，输出功率为1.04mWcm^-2。

实施例1-3主要区别在于制备器件下电极层的工艺不同，对三个实施例制备的下电极进行方阻测试结果为：4mΩ/□(实施例1)，6mΩ/□(实施例2)，2mΩ/□(实施例3)。之后，对制备完毕的整体器件进行电阻测试结果为：45.2Ω(实施例1)，48.0Ω(实施例2)42.4Ω(实施例3)。对实施例2、3进行器件性能测试，当热电器件的温差为88K时，热电器件的输出电压与实施例1相同，为500mV(±2mV)，输出功率为0.98mW cm^-2和1.11mW cm^-2。

实施例1与实施例4-6的主要区别在于沉积热电材料时使用的参数与材料不同。其中，实施例4与实施例5所沉积热电材料Bi₂Te₃与Sb₂Te₃的SEM照片如图9所示。从图9中可以看出，与实施例1相比，四种材料的微观形貌不完全相同，但如图9a)-图9d)所示，四种材料的表面形貌可以观察到片状生长的结构，而图9e)-图9h)所示的断面图显示，四种材料均为柱状生产，因此可以证明四种材料的生长过程为以片层状堆叠形成柱状结构，与实施例1中热电材料的结构生长机理相同。图10所示为实施例6中所使用的三元热电材料Bi₂Te_2.7Se_0.3与Bi_0.5Sb_1.5Te₃两种材料的SEM照片。从图10a)-图10b)的断面图中可以观察到两种材料的柱状生长形貌，而图10c)-图10d)的表面图可以观察到两种材料的片层状结构。因此，图10表明两种三元热电材料的生长机理同样为以片层状堆叠形成柱状结构。

实施例1与实施例7、8的主要区别在于激光烧结的参数不同。如图11所示，对三个实施例中的热电材料采用不同的激光烧蚀工艺，均可以有效祛除全部热电材料，将基底裸露出来，而未造成基底层的损伤。因此，三种工艺条件均可实现有效的激光烧蚀过程。

实施例1与实施例9、10的主要区别在于电极银浆料的配比不同，采用实施例1中所述银浆料进行喷涂获得的上电极的方阻为10mΩ/□，采用实施例9所述银浆料进行喷涂获得的电极的方阻为16mΩ/□。

实施例11所述器件实物图如图12所示，通过激光烧蚀工艺，该器件在1cm^-2面积内集成364对热电臂。

实施例1与对比例1相比可以看出，对比例1的热电材料图案化过程采用光刻剥离工艺时，工艺过程非常复杂，工艺步骤极多，且光刻胶、显影液等耗材的使用也增加了制备过程的成本投入。同时，复杂的工艺也会降低良品率，变相增加工艺成本。另外，对比例1中，进行热电材料沉积时，基底温度为常温，所制备出的Bi₂Te₃薄膜功率因子为4.5μW cm^-1K^-2，而实施例1中Bi₂Te₃薄膜功率因子为8.9μW cm^-1K^-2。对比例1中所制备的Sb₂Te₃薄膜功率因子为2.0μW cm^-1K^-2，而实施例1中Bi₂Te₃薄膜功率因子为10.1μW cm^-1K^-2。可以发现，对比例1采用光刻技术制备的热电材料受到温度限制获得的性能远低于实施例1。

对比例2尝试采用金属掩膜板直接制备热电器件，器件结构与图5示意图相似，但由于热电材料在溅射时为交叉排布，制备精度要求更高，所制备器件如图13所示，在于实施例1相同的面积内(1cm²)仅能集成49对热电臂，相比实施例1的1cm²内200对热电臂，器件集成度大大降低。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于脉冲激光烧蚀的高精度快速薄膜热电器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)沉积电极层

将预处理后的衬底上依次沉积Cu膜、Ni膜和Au膜，获得图案化电极层，即为下电极；

(2)在电极层表面沉积热电材料

在步骤(1)获得电极层的表面上依次沉积长条型n型与p型热电材料；

(3)激光烧蚀实现热电材料图案化

将沉积热电材料后的样品置于短脉冲激光条件下进行激光烧蚀，实现热电材料图案化，形成热电臂结构；

所述激光为红外激光，所述红外激光的波长为808-1064nm；

(4)沉积绝缘层

在所述图案化样品的表面旋涂绝缘涂料，之后通过紫外曝光实现绝缘层图案化；

(5)喷涂上电极

在步骤(4)得到的样品上喷涂图案化电极，即得所述薄膜热电器件。

2.根据权利要求1所述的薄膜热电器件的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述激光烧蚀的具体操作为：脉宽为600ps到4ns，设置激光密度在1.31mJ cm^-2到4.11mJ cm^-2之间，对样品进行5-10次线间距5-10μm、速度为200-400mm s^-1的面扫。

3.根据权利要求1所述的薄膜热电器件的制备方法，其特征在于，进行所述激光烧蚀时，先将样品与印有相应图案的光学掩模板固定并对准，再置于短脉冲激光器下进行激光烧蚀，所述样品与所述光学掩模板之间的空隙为200-400μm。

4.根据权利要求1所述的薄膜热电器件的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，采用磁控溅射工艺进行所述Cu膜、Ni膜和Au膜的沉积；沉积所述Cu膜、Ni膜和Au膜后，所述下电极的方阻阻值为6-10mΩ/□。

5.根据权利要求1所述的薄膜热电器件的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，采用磁控溅射工艺进行所述n型热电材料和p型热电材料的沉积，所述n型热电材料为Bi₂Te₃、Bi₂Te_2.7Se_0.5中的任意一种；所述p型热电材料为Sb₂Te₃、Bi_0.5Sb_1.5Te₃中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的薄膜热电器件的制备方法，其特征在于，所述n型热电材料和p型热电材料的沉积温度均在200℃到400℃之间，沉积功率在15W到25W之间，且根据热电材料不同进行不同功率的Te靶共溅射。

7.根据权利要求1所述的薄膜热电器件的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述绝缘层为阻焊绿油，所述绝缘层的厚度为25到30μm。

8.根据权利要求1-7任一项所述方法制得的薄膜热电器件，其特征在于，所述薄膜热电器件中，由上电极、P/N型两种热电材料以及下电极构成的单个热电对呈“之”字型分布，所述热电对集成密度为200到400对每cm²。

Images