[发明专利]一种N型Bi-Te-Se基热电薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种N型Bi‑Te‑Se基热电薄膜及其制备方法，所述制备方法包括步骤：通过磁控溅射法制备得到Bi₂Te_y薄膜，其中，2.5≤y≤3.5；通过热蒸发法制备得到Se薄膜；将Bi₂Te_y薄膜和Se薄膜贴合设置并进行热处理，使Se薄膜中的Se升华并扩散到Bi₂Te_y薄膜中，得到N型Bi‑Te‑Se基热电薄膜。本发明通过磁控溅射法使得制备得到的Bi₂Te_y薄膜质量好、成分均匀，通过热蒸发法制备得到密度较低的Se薄膜，更有利于后续的升华和扩散。通过磁控溅射法和热蒸发法的配合使用实现Se的均匀掺杂、Se掺杂和热处理同时进行，避免了Te和Se的损失，无缺陷产生，制备得到了成分可控且均匀的具有较高电输运性能的N型Bi‑Te‑Se基热电薄膜。本发明中的N型Bi‑Te‑Se基热电薄膜质量高，热电性能好、重复性好，可大面积生产。

技术领域

本发明涉及热电材料领域，尤其涉及一种N型Bi-Te-Se基热电薄膜及其制备方法。

背景技术

热电材料能实现热能和电能的直接相互转换，由热电材料制造的热电器件具有无污染、寿命长、维护少、无噪音等优点，在温差发电和热电制冷等领域应用广泛。与块体材料相比，低维度的热电薄膜具有更多的界面，可增强材料声子散射从而获得低热导率和高热电优值。作为室温性能最好的热电材料，Bi₂Te₃基薄膜的研究是热电领域的一大热点。当前报道的P型碲化铋薄膜的性能已经达到了较高的水准，迫切需要高性能N型碲化铋基薄膜与之匹配，组成相应的热电器件来提升能量转换效率。然而，在现有的技术中，Bi-Te-Se基薄膜在退火过程中会有Te和Se的损失，造成成分偏离，导致薄膜中产生缺陷，影响材料热电性能。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种N型Bi-Te-Se基热电薄膜及其制备方法，旨在解决现有Bi-Te-Se基薄膜在退火过程中会有Te和Se的损失，造成成分偏离，从而影响材料热电性能的问题。

本发明的技术方案如下：

本发明的第一方面，提供一种N型Bi-Te-Se基热电薄膜的制备方法，其中，包括步骤：

通过磁控溅射法制备得到Bi₂Te_y薄膜，其中，2.5≤y≤3.5；

通过热蒸发法制备得到Se薄膜；

将所述Bi₂Te_y薄膜和所述Se薄膜贴合设置并进行热处理，使所述Se薄膜中的Se升华并扩散到所述Bi₂Te_y薄膜中，得到所述N型Bi-Te-Se基热电薄膜。

可选地，所述通过磁控溅射法制备得到Bi₂Te_y薄膜的具体步骤包括：

提供第一基底；

将所述第一基底放入磁控溅射设备中，以Bi₂Te_y靶材进行磁控溅射，在所述第一基底上制备得到Bi₂Te_y薄膜。

可选地，所述磁控溅射的参数设置为：功率为10W～40W。

可选地，所述通过热蒸发法制备得到Se薄膜的具体步骤包括：

提供第二基底；

将所述第二基底放入热蒸发设备中，以Se粉为Se源进行热蒸发，在所述第二基底上制备得到Se薄膜。

可选地，所述热蒸发的参数设置为：蒸发电流为10A～80A，Se粉的质量为0.05g～0.5g。