[实用新型]一种制备超晶格热电薄膜材料的双闪蒸法装置

说明书

技术领域

本实用新型属于材料制备装置技术领域，具体涉及一种制备超晶格热电薄膜材料的双闪蒸法装置。

背景技术

热电材料在微电子、光电子及许多高科技领域的广泛应用前景，近年来受到人们的广泛关注。到目前为止，人们对块体热电材料进行了深入细致地研究，但是其热电性能对于大规模的应用来说仍然较低。众所周知，低维化是提高热电材料性能的一种有效途径，这主要是因为低维热电材料具有特殊的量子限制效应，电子和声子在传输中通过量子尺寸效应能够大幅度提高材料的热电性能。近年来，超晶格热电薄膜材料的制备及性能研究倍受国内外学者的关注，许多制备方法也相继出现，例如金属有机物化学气相沉积、脉冲激光沉积、电化学原子层外延以及分子束外延等方法已经制备了较高性能的超晶格热电薄膜材料。概括起来，现有的超晶格热电薄膜材料的制备方法及装置研究方面，主要存在以下两个方面的问题：

(1)超晶格热电薄膜材料的制备主要是采用高成本或复杂工艺的外延生长技术，设备昂贵、制备工艺复杂及生产成本高。

(2)制备复杂组分的超晶格热电薄膜材料较为困难。

发明内容

本实用新型其目的在于为了解决上述缺陷而提供一种制备超晶格热电薄膜材料的双闪蒸法装置，具有工艺较简单、生产成本较低优点，还可以用于制备复杂组分的超晶格热电薄膜材料。

本实用新型为了实现上述目的而提供的技术方案包括：衬底装置由调速电动机，衬底支架，加热器，衬底，石英晶体振荡监厚仪，挡板和热电偶组成，衬底支架位于真空腔体的内腔顶部，调速电动机与衬底支架连接，衬底安装在衬底支架的下面；加热系统位于真空腔体的底部，钽片置于其上；两个送粉器分别安装在真空腔体的内壁上，并位于衬底支架的两侧；真空腔体为双层上不锈钢钟罩式结构，其上开有进水口和出水口，高真空机组与真空腔体相连。

本装置使用电阻炉作为热源对钽片进行预先加热，使其升高到一定的温度，两个送粉器交替向预先加热到一定温度的钽片输送粉末颗粒材料，粉末颗粒材料瞬间气化沉积到衬底上形成薄膜，两种不同组分的材料交替生长形成超晶格薄膜材料。

本发明与现有的超晶格热电薄膜材料沉积装置的优点在于：本发明采用闪蒸法结合双路交替送粉器来实现超晶格热电薄膜材料的制备，具有高效节能、低成本、工艺简单的优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

实施例，如图1所示，本发明制备超晶格热电薄膜材料的闪蒸法装置结构为：

衬底装置由调速电动机1，衬底支架2，加热器3，衬底4，石英晶体振荡监厚仪5，挡板6和热电偶21组成，衬底支架2位于真空腔体16的内腔顶部，调速电动机1带动衬底支架2和衬底3旋转，调速电动机1与衬底支架2连接，衬底4安装在衬底支架2的下面；加热系统位于真空腔体16的底部，钽片14置于其上；加热器3用于加热衬底4，两个送粉器分别安装在真空腔体16的内壁上，并位于衬底支架2的两侧；真空腔体16为双层上不锈钢钟罩式结构，其上开有进水口12和出水口17，高真空机组11与真空腔体相连。冷却水从进水口12进入真空腔体16的夹层中，从出水口17流出。真空系统由高真空机组11和充气阀10组成，高真空机组11与真空腔体16相连。加热系统由电阻加热炉13，钽片14和热电偶15组成。热电偶21用来测量衬底4的温度。

送粉器由盛粉容器7，石英管8和时间继电器9组成，送粉器固定在真空腔体16内壁上，另一送粉器同样由时间继电器18，石英管19和盛粉容器20组成，固定在真空腔体16内壁上。

超晶格热电薄膜材料的制备：首先是原材料的合成，采用单质Bi(99.9％，200目)、Te(99.99％，200目)、Sb(99.99％，100目)和Se(99.9％，100目)粉末作为原材料，实验采用行星式齿轮球磨机进行粉末的机械合金化处理，球磨罐及磨球为不锈钢材料。P型和N型热电材料分别按照Bi_0.5Sb_1.5Te₃及Bi₂Te_2.7Se_0.3化合物成分配料，随后将所称粉末装入球磨罐中进行机械合金化，为了防止氧化，粉末装罐、取粉都在充有氩气的手套箱中进行，球磨气氛为高纯氩气。球磨工艺为：球料比15∶1，球磨转速为400r/min，球磨时间10h。随后对机械合金化的粉末材料进行热压烧结工艺成形为块体材料，热压工艺为：温度773K，压力50Mpa，烧结时间为2h，烧结气氛为高纯氩气。将热压的块体材料研磨成200-300μm颗粒备用。