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(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,薄膜物理與應(yīng)用研究所,深圳市傳感器技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(dǎo)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(xué)研究價值。Zn-Sb 合金是最早采用的P 型熱電半導(dǎo)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(yīng)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(rèn)為是最具有前景的中溫?zé)犭姴牧现�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(shù)，制備Zn-Sb 合金熱電薄膜，研究不同熱處理?xiàng)l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(dāng)?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(jìn)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(dá)200 μV/K 以上，功率因子可達(dá)2 mW/mK2。

　　1 基金項(xiàng)目：深圳市基礎(chǔ)研究計(jì)劃(三大產(chǎn)業(yè))重點(diǎn)項(xiàng)目(JC201104210094A)。