[发明专利]纳米晶硅-氧化铝/氧化硅热电薄膜材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种热电材料，特别涉及纳米晶硅-氧化铝/氧化硅热电薄膜材料。 

背景技术

热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料。目前已有的热电材料有半导体合金热电材料(如Bi₂Te₃、PbTe、SiGe等)、钴酸盐类氧化物热电材料(如NaCo₂O₄、Ca₃Co₄O₉、Ca₃Co₂O₆等)、金属合金固溶体热电材料(如AgTiTe、ZrNiSn、TiNiSn等)、金属硅化物型热电材料(如FeSi₂、MnSi₂、CrSi₂等)、Skutterudite热电材料(其通式为AB₃，A为金属元素，如Ir、Co、Rh、Fe等，B是V族元素，如As、Sb、P等，如CoSb₃)。 

热电材料普遍具有体积小、重量轻、工作无噪声、无环境污染、节约能源、使用寿命长、易于控制等优点，利用其制备的微型元件用于制备微型电源、微区冷却、光通信激光二极管和红外线传感器的调温系统，大大拓展了热电材料的应用领域。虽然热电材料存在上述诸多优点，但有些材料含有有毒元素(如Bi、Pb、As、Sb、P等)，有些在地球上含量少，有些制备工艺复杂，需要高温，特别是材料热电优值(ZT)小，热电转换效率低，制备工艺和目前微电子制造业的发展趋势不相适应，阻碍了其在“微观”制冷领域的进一步发展。因此，在环境污染和能源危机日益严重的今天，进行新型热电材料的研究具有很强的现实意义。 

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题在于克服上述热电材料组成元素储量少、有毒的缺点，提供一种元素储量丰富、无毒的纳米晶硅-氧化铝/氧化硅热电薄膜材料的制备方法。 

解决上述技术问题所采用的技术方案是由下述步骤组成： 

1、清洗石英玻璃衬底 

将1mm厚的石英玻璃衬底放置于双氧水与质量百分数为30％的氨水、去离子水 按体积比为1∶1∶5混合的清洗液A中，用功率为30W的超声波发生器、频率为30kHz的超声波60℃清洗10分钟，用去离子水冲洗干净；再放置于双氧水与质量百分数为30％的盐酸、去离子水按体积比为1∶1∶5混合的清洗液B中，用功率为30W的超声波发生器、频率为30kHz的超声波中60℃清洗10分钟，用去离子水冲洗干净，清洗后的石英玻璃衬底用氮气吹干。 

2、真空蒸镀铝膜 

将清洗后的石英玻璃衬底和放有纯度为99.999％铝棒的钨舟放入真空镀膜机的真空室内，抽真空至真空室的背景真空度为2×10^-4Pa，给钨舟通120～140A电流蒸发铝，在石英玻璃衬底上蒸镀一层200～800nm厚的铝膜。 

3、退火 

将蒸镀铝膜的石英玻璃衬底在空气中400～700℃退火30～120分钟，制备成纳米晶硅-氧化铝/氧化硅热电薄膜材料。 

本发明的退火步骤3中，优选的退火条件为将蒸镀铝膜的石英玻璃衬底在500～600℃空气中退火45～90分钟。 

本发明的退火步骤3中，最佳的退火条件为将蒸镀铝膜的石英玻璃衬底在580℃空气中退火60分钟。 

本发明与现有热电材料及其制备方法相比，所需原材料在地球上含量丰富，价格便宜，并且无毒，材料制备方法简单、温度较低，所需制备设备为实验室和工业生产中的普通常规设备，可在工业上大规模生产。 

附图说明

图1是实施例1制备的纳米晶硅-氧化铝/氧化硅热电薄膜材料的XRD图谱。 

图2是实施例1制备的纳米晶硅-氧化铝/氧化硅热电薄膜材料的Raman图谱。 

图3a是实施例1制备的纳米晶硅-氧化铝/氧化硅热电薄膜材料表面形貌的扫描电子显微镜图。图3b是实施例1制备的纳米晶硅-氧化铝/氧化硅热电薄膜材料横截面的扫描电子显微镜图。

图4是实施例1制备的纳米晶硅-氧化铝/氧化硅热电薄膜材料的电阻率与温度的关系曲线。

 图5是实施例1制备的纳米晶硅-氧化铝/氧化硅热电薄膜材料的塞贝克 (Seebeck)系数与温度的关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。 

实施例1