CN112030124B - 基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的制备方法 - Google Patents

基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112030124B
CN112030124B CN202010862797.1A CN202010862797A CN112030124B CN 112030124 B CN112030124 B CN 112030124B CN 202010862797 A CN202010862797 A CN 202010862797A CN 112030124 B CN112030124 B CN 112030124B
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
substrate
comnsbv
thermoelectric
thermoelectric conversion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010862797.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112030124A (zh
Inventor
蓝碧健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taicang Biqi New Material Research Development Co Ltd
Original Assignee
Taicang Biqi New Material Research Development Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taicang Biqi New Material Research Development Co Ltd filed Critical Taicang Biqi New Material Research Development Co Ltd
Priority to CN202010862797.1A priority Critical patent/CN112030124B/zh
Publication of CN112030124A publication Critical patent/CN112030124A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112030124B publication Critical patent/CN112030124B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C23C14/352—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using more than one target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C23C14/165—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/18—Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates
    • C23C14/185—Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates by cathodic sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5806—Thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/854—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising only metals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明属于电子材料技术领域，具体为一种基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的制备方法。本发明提出的方法是以玻璃、云母、单晶硅、氟化钙晶体、氯化钠晶体、溴化钾晶体、氟化镁晶体为基底，在磁控溅射镀膜机中，通过控制真空度，气体流量，靶基距离，沉积顺序及循环次数，退火温度等，制备CoMnSbV薄膜。CoMnSbV薄膜的热电优值具有基底选择性，最大热电优值可达2，适用于中等规模使用，如汽车废热发电。

Description

基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的制备方法。
背景技术
随着全球经济对清洁能源的需求不断增长，寻求新的绿色能源成为当务之急，热电材料作为一种能有效实现热能与电能相互转换的新型功能材料，对环境绿色无污染而倍受青睐。材料的热电性能取决于热电优值ZT，ZT=α2σT/κ(其中，α为Seebeck系数，σ为电导率，T为温度，κ为热导率)，ZT值越大，则材料的热电转换效率越高。采用霍尔效应测试仪测试薄膜室温下的电输运性能，通过热电系数测量仪等测量薄膜的Seebeck系数和变温电导率。
锡和硒是优良的热电材料，但由于它们像叠纸一样以多晶的形式存在，所以很难控制其晶体结构，这就导致热电效率难以实现。在材料上施加高温和高压是昂贵的，而且很难在理想的方向上叠加晶体。韩国标准与科学研究所（KRISS）开发了一种向特定方向生长硒化锡的方法，制备了tin-di-selenide薄膜，然后对其进行退火，使硒原子蒸发，生成硒化锡薄膜。晶体结构也被对齐，使得电子性能比以前提高了10倍以上（NatureCommunications, 2019, 10: 864）。
浙江师范大学采用液相化学还原法制备了高纵横比、高导电性的镍纳米线。采用溶液混合浇铸和压铸相结合的方法制备了聚偏二氟乙烯(PVDF)/Ni NW复合膜。研究了不同掺量的Ni NW对聚偏氟乙烯/Ni NW纳米复合材料形貌、晶体结构和热电性能的影响。通过将优化制备的、具有高长径比和优异导电性的镍纳米线(Ni NWs) 与聚偏氟乙烯(PVDF)聚合物进行混合和模压成形，得到了具有优良热电转换性能的柔性聚合物复合材料。 研究表明，镍纳米线均匀分布在PVDF基体中。随着Ni NW含量的增加，复合材料的电导率显著提高，在75% wt% Ni NW的情况下， 该复合聚合物的电导率呈现大幅度增加，其功率因数提升至24.31μWm-1 K-2，是PVDF基体功率因数的69倍。 虽然复合材料的抗拉强度和延伸率逐渐降低，但这种柔性热电膜仍显示出巨大的应用潜力。 难能可贵的是，该聚合物材料展现出优良的柔韧性和机械性能，有望在可穿戴式和植入性电子设备中得到应用（Materials &Design，2020，188：108496）。
金属及合金是一类性能优异的热电材料，有晶格取向的热电薄膜的热电性能要优于常规二维或三维热电材料。
热电薄膜的基底通常有玻璃、硅、氮化镓，以及柔性的塑料基底，热电薄膜的制备方法有湿法（溶液法）或干法（真空沉积、球磨压片）等。
绝大部分热电薄膜对基底没有选择性，即在塑料、玻璃以及硅片上用同种方法制备的热电薄膜热电性能一致。
即使有部分报道显示，在硅上制备的热电薄膜，其热电性能较块体或粉末有较大幅度的提升，但未与其他基底制备的薄膜进行比较。
如何获得晶格取向的热电薄膜是本领域的技术难题。本领域的经验常识是晶格匹配度高，制备的热电薄膜的晶格取向就好，则热电薄膜的性能就高。
但上述经验不具有普适性，在塑料、玻璃、单晶硅、云母片上制备的Ag 掺杂ZnSb基热电薄膜，其热电性能与文献报道一致（中国有色金属学报，2019，29： 312）。塑料、玻璃、是无定形材料，单晶硅、云母片的晶格常数分别为0.54nm、0.53nm。一种新材料在制备之前，无法知晓其晶格常数，即使通过现有理论估算其晶格常数，往往也不准确。
因此，在如何选择合适的热电薄膜的基底，以提高热电薄膜的热电性能上，本领域缺乏理论指导。
本发明要解决的技术问题是，在晶格常数匹配理论不能指导高性能热电薄膜开发的情况下，如何利用基底选择性，提升热电薄膜性能。
本发明的核心在于：（1）开发出一种新型CoMnSbV热电转换薄膜；（2）发现CoMnSbV薄膜的热电性能具有基底选择性，在晶格常数均为0.54nm的氟化钙晶体、单晶硅基底上分别制备CoMnSbV薄膜，前者的热电优值是后者的3倍以上，更是玻璃为基底的CoMnSbV薄膜的10倍以上。（3）发现以晶格常数为0.65nm、0.46nm的溴化钾晶体、氟化镁晶体为基底，制备的CoMnSbV薄膜的热电性能与氟化钙晶体晶体为基底相当。
以晶格常数相同的基底，如氟化钙晶体、氯化钠晶体、单晶硅，制备的CoMnSbV薄膜的热电性能可以不同；以晶格常数不同的基底，如氟化钙晶体、氯化钠晶体、溴化钾晶体、氟化镁晶体，制备的CoMnSbV薄膜的热电性能也可以相近，说明晶格常数匹配不能决定CoMnSbV薄膜的热电性能。
一般认为，当ZT值大于1时，热电材料具有实用价值；当ZT值大于2时，可适用于中等规模使用，如汽车废热发电；当ZT值大于3时，可以应用于大规模和大功率热电发电或制冷，如火电厂废热发电或者与太阳能联产发电。
玻璃基底、云母基底及单晶硅基底上制备的CoMnSbV薄膜的热电优值ZT均小于1，不具有实用价值，而经过基底选择，在氟化钙晶体、氯化钠晶体、溴化钾晶体、氟化镁晶体基底上制备的CoMnSbV薄膜的热电优值ZT均达到2，可适用于中等规模使用。因此，本发明的技术效果突破传统经验的限制，技术效果显著且不可预测，因此具有创造性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的制备方法。
本发明提出的基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的制备方法，具体步骤如下：
将无机基底置于磁控溅射镀膜机中，磁控溅射真空室的真空度为3.0×10-4 Pa，工作气体为氩气，气体流量为30~40 ml/min，工作气压维持在0.5~0.7 Pa，靶材与基底距离为65~70mm，Mn-Sb 二元复合靶采用射频溅射，溅射功率为50 ~70W；Co、V 靶采用直流溅射，溅射功率为30~60 W；先沉积MnSb 层4 ~6分钟，再沉积Co 层20 ~30秒，然后沉积V层20~30秒，如此反复循环20~25 次，最后在磁控溅射真空室内，于300~350 ℃退火1~2 h，得基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜；
其中，无机基底为玻璃、云母、单晶硅、氟化钙晶体、氯化钠晶体、溴化钾晶体、氟化镁晶体中的任意一种。
采用椭偏仪测量基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的厚度为80~120nm。
采用霍尔效应测试仪测试薄膜室温下的电输运性能，通过热电系数测量仪等测量薄膜的Seebeck系数和变温电导率，通过公式ZT=α2σT/κ计算得到，以玻璃为无机基底的基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的热电优值为0.18~0.19；以云母为无机基底的基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的热电优值为0.23~0.25；以单晶硅为无机基底的基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的热电优值为0.55~0.61；以氟化钙晶体为无机基底的基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的热电优值为1.83~2.05；以氯化钠晶体为无机基底的基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的热电优值为1.86~2.01；以溴化钾晶体为无机基底的基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的热电优值为1.91~2.16；以氟化镁晶体为无机基底的基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的热电优值为1.88~2.13。
由此可见，CoMnSbV薄膜的热电优值具有基底选择性，以氟化钙晶体、氯化钠晶体、溴化钾晶体、氟化镁晶体为基底，制备的CoMnSbV薄膜的热电优值可以达到2，而玻璃、云母、单晶硅为基底，制备的CoMnSbV薄膜热电优值小于1，这种基底选择性是本领域技术人员所难以预料的，本发明的技术效果也是难以预期的。
本发明的有益效果在于：
（1）通过设计CoMnSbV热电转换薄膜的结构，使得CoMnSbV薄膜的热电性能具有基底选择性。
（2）通过选择独特的靶材及磁控溅射工艺参数，使得CoMnSbV热电转换薄膜的基底选择性效果显著。
（3）以氟化钙晶体、氯化钠晶体、溴化钾晶体、氟化镁晶体为基底，制备的CoMnSbV薄膜的热电优值可以达到2，适用于中等规模使用，如汽车废热发电。
（4）将玻璃、云母、单晶硅上不具有实用价值的CoMnSbV热电转换薄膜，通过基底选择，极大提升了其应用价值。
附图说明
图1为基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
实施例1
将长4cm、宽2cm、厚0.5mm的玻璃基底置于磁控溅射镀膜机中，磁控溅射真空室的真空度为3.0×10-4 Pa，工作气体为氩气，气体流量为30 ml/min，工作气压维持在0.5Pa，靶材与基底距离为65mm，Mn-Sb 二元复合靶采用射频溅射，溅射功率为50 W；Co、V 靶采用直流溅射，溅射功率为30 W；先沉积MnSb 层4分钟，再沉积Co 层20秒，然后沉积V层20秒，如此反复循环25次，最后在磁控溅射真空室内，于300 ℃退火1 h，得基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜；采用椭偏仪测量薄膜厚度为80nm，采用霍尔效应测试仪测试薄膜室温下的电输运性能，通过热电系数测量仪等测量薄膜的Seebeck系数和变温电导率，计算得到CoMnSbV薄膜的热电优值为0.18。
实施例2
将长4cm、宽2cm、厚0.5mm的玻璃基底置于磁控溅射镀膜机中，磁控溅射真空室的真空度为3.0×10-4 Pa，工作气体为氩气，气体流量为40 ml/min，工作气压维持在0.7 Pa，靶材与基底距离为70mm，Mn-Sb 二元复合靶采用射频溅射，溅射功率为70W；Co、V 靶采用直流溅射，溅射功率为60 W；先沉积MnSb 层6分钟，再沉积Co 层30秒，然后沉积V层30 秒，如此反复循环20 次，最后在磁控溅射真空室内，于350 ℃退火2 h，得基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜；采用椭偏仪测量薄膜厚度为120nm，采用霍尔效应测试仪测试薄膜室温下的电输运性能，通过热电系数测量仪等测量薄膜的Seebeck系数和变温电导率，计算得到CoMnSbV薄膜的热电优值为0.19。
实施例3
将长4cm、宽2cm、厚0.5mm的云母基底置于磁控溅射镀膜机中，磁控溅射真空室的真空度为3.0×10-4 Pa，工作气体为氩气，气体流量为35 ml/min，工作气压维持在0.6Pa，靶材与基底距离为67mm，Mn-Sb 二元复合靶采用射频溅射，溅射功率为60 W；Co、V 靶采用直流溅射，溅射功率为40 W；先沉积MnSb 层5分钟，再沉积Co 层25秒，然后沉积V层25秒，如此反复循环21次，最后在磁控溅射真空室内，于330 ℃退火1 h，得基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜；采用椭偏仪测量薄膜厚度为95nm，采用霍尔效应测试仪测试薄膜室温下的电输运性能，通过热电系数测量仪等测量薄膜的Seebeck系数和变温电导率，计算得到CoMnSbV薄膜的热电优值为0.23。
实施例4
将长4cm、宽2cm、厚0.5mm的云母基底置于磁控溅射镀膜机中，磁控溅射真空室的真空度为3.0×10-4 Pa，工作气体为氩气，气体流量为40 ml/min，工作气压维持在0.5 Pa，靶材与基底距离为68mm，Mn-Sb 二元复合靶采用射频溅射，溅射功率为67W；Co、V 靶采用直流溅射，溅射功率为65 W；先沉积MnSb 层4.5分钟，再沉积Co 层28秒，然后沉积V层26 秒，如此反复循环24 次，最后在磁控溅射真空室内，于330 ℃退火1.5 h，得基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜；采用椭偏仪测量薄膜厚度为111nm，采用霍尔效应测试仪测试薄膜室温下的电输运性能，通过热电系数测量仪等测量薄膜的Seebeck系数和变温电导率，计算得到CoMnSbV薄膜的热电优值为0.25。
实施例5
将长4cm、宽2cm、厚0.5mm的单晶硅基底置于磁控溅射镀膜机中，磁控溅射真空室的真空度为3.0×10-4 Pa，工作气体为氩气，气体流量为33 ml/min，工作气压维持在0.55Pa，靶材与基底距离为66mm，Mn-Sb 二元复合靶采用射频溅射，溅射功率为55 W；Co、V靶采用直流溅射，溅射功率为35 W；先沉积MnSb 层5分钟，再沉积Co 层25秒，然后沉积V层25秒，如此反复循环23次，最后在磁控溅射真空室内，于310 ℃退火1.5 h，得基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜；采用椭偏仪测量薄膜厚度为92nm，采用霍尔效应测试仪测试薄膜室温下的电输运性能，通过热电系数测量仪等测量薄膜的Seebeck系数和变温电导率，计算得到CoMnSbV薄膜的热电优值为0.55。
实施例6
将长4cm、宽2cm、厚0.5mm的单晶硅基底置于磁控溅射镀膜机中，磁控溅射真空室的真空度为3.0×10-4 Pa，工作气体为氩气，气体流量为39 ml/min，工作气压维持在0.69Pa，靶材与基底距离为68mm，Mn-Sb 二元复合靶采用射频溅射，溅射功率为67W；Co、V 靶采用直流溅射，溅射功率为58 W；先沉积MnSb 层5分钟，再沉积Co 层30秒，然后沉积V层20秒，如此反复循环22 次，最后在磁控溅射真空室内，于330 ℃退火1 h，得基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜；采用椭偏仪测量薄膜厚度为116nm，采用霍尔效应测试仪测试薄膜室温下的电输运性能，通过热电系数测量仪等测量薄膜的Seebeck系数和变温电导率，计算得到CoMnSbV薄膜的热电优值为0.61。
实施例7
将长4cm、宽2cm、厚0.5mm的氟化钙晶体基底置于磁控溅射镀膜机中，磁控溅射真空室的真空度为3.0×10-4 Pa，工作气体为氩气，气体流量为37 ml/min，工作气压维持在0.6Pa，靶材与基底距离为67mm，Mn-Sb 二元复合靶采用射频溅射，溅射功率为59 W；Co、V靶采用直流溅射，溅射功率为38 W；先沉积MnSb 层4.2分钟，再沉积Co 层22秒，然后沉积V层23秒，如此反复循环24次，最后在磁控溅射真空室内，于310 ℃退火1 h，得基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜；采用椭偏仪测量薄膜厚度为96nm，采用霍尔效应测试仪测试薄膜室温下的电输运性能，通过热电系数测量仪等测量薄膜的Seebeck系数和变温电导率，计算得到CoMnSbV薄膜的热电优值为1.83。
实施例8
将长4cm、宽2cm、厚0.5mm的氟化钙晶体基底置于磁控溅射镀膜机中，磁控溅射真空室的真空度为3.0×10-4 Pa，工作气体为氩气，气体流量为37 ml/min，工作气压维持在0.6 Pa，靶材与基底距离为70mm，Mn-Sb 二元复合靶采用射频溅射，溅射功率为65W；Co、V靶采用直流溅射，溅射功率为55 W；先沉积MnSb 层5分钟，再沉积Co 层30秒，然后沉积V层20 秒，如此反复循环21 次，最后在磁控溅射真空室内，于340 ℃退火2 h，得基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜；采用椭偏仪测量薄膜厚度为114nm，采用霍尔效应测试仪测试薄膜室温下的电输运性能，通过热电系数测量仪等测量薄膜的Seebeck系数和变温电导率，计算得到CoMnSbV薄膜的热电优值为2.05。
实施例9
将长4cm、宽2cm、厚0.5mm的氯化钠晶体基底置于磁控溅射镀膜机中，磁控溅射真空室的真空度为3.0×10-4 Pa，工作气体为氩气，气体流量为32 ml/min，工作气压维持在0.52Pa，靶材与基底距离为66mm，Mn-Sb 二元复合靶采用射频溅射，溅射功率为52 W；Co、V靶采用直流溅射，溅射功率为32 W；先沉积MnSb 层5分钟，再沉积Co 层25秒，然后沉积V层23秒，如此反复循环23次，最后在磁控溅射真空室内，于310 ℃退火1 h，得基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜；采用椭偏仪测量薄膜厚度为97nm，采用霍尔效应测试仪测试薄膜室温下的电输运性能，通过热电系数测量仪等测量薄膜的Seebeck系数和变温电导率，计算得到CoMnSbV薄膜的热电优值为1.86。
实施例10
将长4cm、宽2cm、厚0.5mm的氯化钠晶体基底置于磁控溅射镀膜机中，磁控溅射真空室的真空度为3.0×10-4 Pa，工作气体为氩气，气体流量为37 ml/min，工作气压维持在0.7 Pa，靶材与基底距离为67mm，Mn-Sb 二元复合靶采用射频溅射，溅射功率为67W；Co、V靶采用直流溅射，溅射功率为58 W；先沉积MnSb 层5分钟，再沉积Co 层28秒，然后沉积V层27 秒，如此反复循环21 次，最后在磁控溅射真空室内，于320 ℃退火2 h，得基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜；采用椭偏仪测量薄膜厚度为108nm，采用霍尔效应测试仪测试薄膜室温下的电输运性能，通过热电系数测量仪等测量薄膜的Seebeck系数和变温电导率，计算得到CoMnSbV薄膜的热电优值为2.01。
实施例11
将长4cm、宽2cm、厚0.5mm的溴化钾晶体基底置于磁控溅射镀膜机中，磁控溅射真空室的真空度为3.0×10-4 Pa，工作气体为氩气，气体流量为33 ml/min，工作气压维持在0.5Pa，靶材与基底距离为67mm，Mn-Sb 二元复合靶采用射频溅射，溅射功率为54 W；Co、V靶采用直流溅射，溅射功率为31 W；先沉积MnSb 层4分钟，再沉积Co 层25秒，然后沉积V层22秒，如此反复循环24次，最后在磁控溅射真空室内，于330 ℃退火1 h，得基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜；采用椭偏仪测量薄膜厚度为89nm，采用霍尔效应测试仪测试薄膜室温下的电输运性能，通过热电系数测量仪等测量薄膜的Seebeck系数和变温电导率，计算得到CoMnSbV薄膜的热电优值为2.16。
实施例12
将长4cm、宽2cm、厚0.5mm的溴化钾晶体基底置于磁控溅射镀膜机中，磁控溅射真空室的真空度为3.0×10-4 Pa，工作气体为氩气，气体流量为40 ml/min，工作气压维持在0.6 Pa，靶材与基底距离为70mm，Mn-Sb 二元复合靶采用射频溅射，溅射功率为60W；Co、V靶采用直流溅射，溅射功率为40 W；先沉积MnSb 层6分钟，再沉积Co 层25秒，然后沉积V层26 秒，如此反复循环22 次，最后在磁控溅射真空室内，于330 ℃退火2 h，得基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜；采用椭偏仪测量薄膜厚度为105nm，采用霍尔效应测试仪测试薄膜室温下的电输运性能，通过热电系数测量仪等测量薄膜的Seebeck系数和变温电导率，计算得到CoMnSbV薄膜的热电优值为1.91。
实施例13
将长4cm、宽2cm、厚0.5mm的氟化镁晶体基底置于磁控溅射镀膜机中，磁控溅射真空室的真空度为3.0×10-4 Pa，工作气体为氩气，气体流量为30 ml/min，工作气压维持在0.6Pa，靶材与基底距离为68mm，Mn-Sb 二元复合靶采用射频溅射，溅射功率为70 W；Co、V靶采用直流溅射，溅射功率为60 W；先沉积MnSb 层5分钟，再沉积Co 层20秒，然后沉积V层20秒，如此反复循环24次，最后在磁控溅射真空室内，于350 ℃退火1 h，得基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜；采用椭偏仪测量薄膜厚度为100nm，采用霍尔效应测试仪测试薄膜室温下的电输运性能，通过热电系数测量仪等测量薄膜的Seebeck系数和变温电导率，计算得到CoMnSbV薄膜的热电优值为2.13。
实施例14
将长4cm、宽2cm、厚0.5mm的氟化镁晶体基底置于磁控溅射镀膜机中，磁控溅射真空室的真空度为3.0×10-4 Pa，工作气体为氩气，气体流量为30 ml/min，工作气压维持在0.7 Pa，靶材与基底距离为70mm，Mn-Sb 二元复合靶采用射频溅射，溅射功率为50W；Co、V靶采用直流溅射，溅射功率为60 W；先沉积MnSb 层6分钟，再沉积Co 层20秒，然后沉积V层20 秒，如此反复循环23 次，最后在磁控溅射真空室内，于310 ℃退火2 h，得基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜；采用椭偏仪测量薄膜厚度为109nm，采用霍尔效应测试仪测试薄膜室温下的电输运性能，通过热电系数测量仪等测量薄膜的Seebeck系数和变温电导率，计算得到CoMnSbV薄膜的热电优值为1.88。

Claims (2)

1.一种基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
将无机基底置于磁控溅射镀膜机中，磁控溅射真空室的真空度为3.0×10-4 Pa，工作气体为氩气，气体流量为30~40 ml/min，工作气压维持在0.5~0.7 Pa，靶材与基底距离为65~70mm，Mn-Sb 二元复合靶采用射频溅射，溅射功率为50 ~70W；Co、V 靶采用直流溅射，溅射功率为30~60 W；先沉积MnSb 层4 ~6分钟，再沉积Co 层20 ~30秒，然后沉积V层20~30 秒，如此反复循环20~25 次，最后在磁控溅射真空室内，于300~350 ℃退火1~2 h，得基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜；
其中，无机基底为氟化钙晶体、氯化钠晶体、溴化钾晶体、氟化镁晶体中的任意一种；
其中，基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的厚度为80~120nm。
2.如权利要求1所述的基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的制备方法，其特征在于，基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的热电优值如下：
以氟化钙晶体为无机基底的基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的热电优值为1.83~2.05；
以氯化钠晶体为无机基底的基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的热电优值为1.86~2.01；
以溴化钾晶体为无机基底的基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的热电优值为1.91~2.16；
以氟化镁晶体为无机基底的基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的热电优值为1.88~2.13。
CN202010862797.1A 2020-08-25 2020-08-25 基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的制备方法 Active CN112030124B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010862797.1A CN112030124B (zh) 2020-08-25 2020-08-25 基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010862797.1A CN112030124B (zh) 2020-08-25 2020-08-25 基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112030124A CN112030124A (zh) 2020-12-04
CN112030124B true CN112030124B (zh) 2022-08-09

Family

ID=73581258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010862797.1A Active CN112030124B (zh) 2020-08-25 2020-08-25 基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112030124B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0797296A (ja) * 1993-09-27 1995-04-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 配向性薄膜形成基板およびその作製方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040210289A1 (en) * 2002-03-04 2004-10-21 Xingwu Wang Novel nanomagnetic particles
DE102009031302A1 (de) * 2009-06-30 2011-01-05 O-Flexx Technologies Gmbh Verfahren zur Herstellung von thermoelektrischen Schichten

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0797296A (ja) * 1993-09-27 1995-04-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 配向性薄膜形成基板およびその作製方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Quantum Amplifier with Spin-polarized Electrons Injection";Viglin NA，et al.;《TRENDS IN MAGNETISM》;20111231;第214-217页 *
"Sb基热电材料性能研究及其最新进展";李俊杰等;《材料导报》;20120531;第26卷;第43-46页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112030124A (zh) 2020-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Advances in Ag 2 Se-based thermoelectrics from materials to applications
Zheng et al. Realizing high thermoelectric performance in highly (0l0)-textured flexible Cu2Se thin film for wearable energy harvesting
CN103526297B (zh) 一种制备拓扑绝缘体Bi2Se3薄膜的方法
Fan et al. α-Cu2Se thermoelectric thin films prepared by copper sputtering into selenium precursor layers
Wang et al. Enhanced thermoelectric performance of nanocrystalline indium tin oxide pellets by modulating the density and nanoporosity via spark plasma sintering
Fan et al. Thermoelectric properties of zinc antimonide thin film deposited on flexible polyimide substrate by RF magnetron sputtering
CN106399937B (zh) 一种制备择优取向碲化铋热电薄膜的方法
CN101660120A (zh) 多元素掺杂的n型氧化锌基透明导电薄膜及其制备方法
Wang et al. Design guidelines for chalcogenide-based flexible thermoelectric materials
Huang et al. Symmetry and asymmetry in thermoelectrics
Lu et al. The influence of Ga doping on preparation and thermoelectric properties of flexible Ag2Se films
Mbule et al. Aluminum-doped ZnO thin films deposited on flat and nanostructured glass substrates: quality and performance for applications in organic solar cells
Luo et al. Study on the growth of Al-doped ZnO thin films with (112 [combining macron] 0) and (0002) preferential orientations and their thermoelectric characteristics
CN112030124B (zh) 基底选择性热电转换CoMnSbV薄膜的制备方法
CN109554674A (zh) 一种具有异质结构的碲化铋热电薄膜的制备方法
Ran et al. Enhanced thermoelectric performance of Mg3Sb2-xBix thermoelectric thin films through carrier concentration modulation by Bi alloying
Liu et al. The thermoelectric properties of zinc antimonide thin films fabricated through single element composite target
CN102760776A (zh) 一种柔性衬底硅化铁(βFeSi2)薄膜太阳电池及其制备方法
Mori et al. Improved thermoelectric performances of nanocrystalline Sb2Te3/Cr bilayers by reducing thermal conductivity in the grain boundaries and heterostructure interface
JP2018142564A (ja) 熱電変換材料及びその製造方法
JP6474078B2 (ja) 窒化チタン薄膜熱電半導体の製造方法
CN105220119A (zh) 一种Ag掺杂Mg2Si基热电薄膜及其制备方法
JP2014514442A (ja) 多元素ドープ酸化亜鉛薄膜、その製作方法及び応用
Wang et al. Two-step molecular beam epitaxy growth of bismuth telluride nanoplate thin film with enhanced thermoelectric properties
CN115386835A (zh) 一种柔性锑化镁薄膜及其制备方法和应用、柔性热电器件

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant