直流磁控共濺射制備Zn-Sb 熱電薄膜的研究

直流磁控共濺射制備Zn-Sb 熱電薄膜的研究

范平¹ 劉朋娟 鄭壯豪 張東平 梁廣興 羅景庭

深圳大學物理科學與技術學院,薄膜物理與應用研究所,深圳市傳感器技術重點實驗室，深圳 518060

　　熱電材料是一種能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的綠色環(huán)保型功能材料。近年來研究發(fā)現(xiàn)，熱電材料薄膜化有助于熱電材料減低熱導率，從而能夠有效的提高材料的熱電轉(zhuǎn)換效率，因此具有十分重要的科學研究價值。Zn-Sb 合金是最早采用的P 型熱電半導體材料之一，但由于其較低的熱電優(yōu)值，所以沒有得到廣泛的應用。

　　但最近幾年研究發(fā)現(xiàn)，在263 K~767K 溫度區(qū)間穩(wěn)定存在的β-Zn4Sb3 具有非常優(yōu)異的熱電性能，材料少含稀土材料以及可適用于中溫，被國內(nèi)外認為是最具有前景的中溫熱電材料之一。因此，本文選取純度為99.99%的Zn 和Sb 金屬靶作為靶材，采用直流磁控共濺射技術，制備Zn-Sb 合金熱電薄膜，研究不同熱處理條件下合成的Zn-Sb 化合物熱電薄膜的結(jié)構(gòu)與熱電特性變化規(guī)律。

　　結(jié)果表明，選取適當?shù)臑R射Zn 和Sb 的功率條件，濺射完成合金薄膜后在Ar 氣氛下進行623 K 退火熱處理，可形成具有單一β-Zn4Sb3相結(jié)構(gòu)的Zn-Sb 熱電薄膜，且薄膜顆粒大，較致密。所制備的熱電薄膜具有優(yōu)良的熱電性能，其Seebeck 系數(shù)在600 K條件下可達200 μV/K 以上，功率因子可達2 mW/mK2。

　　1 基金項目：深圳市基礎研究計劃(三大產(chǎn)業(yè))重點項目(JC201104210094A)。