[发明专利]一种基于二碲化钼制备二维热电器件的方法

说明书

本发明涉及一种基于二碲化钼制备二维热电器件的方法，包括以下步骤：在衬底材料上生长一层绝缘介质层；在绝缘介质层上转移一层二碲化钼薄膜；在二碲化钼薄膜表面部分区域覆盖一层光刻胶，形成掩膜，二碲化钼薄膜表面另一部分区域裸露；对二碲化钼薄膜进行辐照，辐照完成后去除光刻胶；分别在经过辐照的二碲化钼薄膜和未经过辐照的二碲化钼薄膜的两端制作第一金属电极和第二金属电极。与现有技术相比，本发明基于二碲化钼材料在辐照后发生半导体—金属相变的特性来构建二维热电器件，具备制作方法简单，体积小，集成度高等优点。

技术领域

本发明涉及二维热电器件技术领域，具体涉及一种基于二碲化钼制备二维热电器件的方法。

背景技术

由于便携式电子产品日益增长的微型化趋势，小型化电源的研究和发展成为热点。二碲化钼作为过渡金属碲化物具有相结构多变，且带隙较小，载流子迁移率较高等特点，近年来成为了过渡金属硫化物材料研究的新宠。二碲化钼具有两个相位，一个相位为2H(六角晶体)，具有半导体性质；而另一个相位为1T'，有金属性质。对二碲化钼材料进行辐照，会诱导其从2H相位相变为1T'相位。相变后二碲化钼材料表现出截然不同的能带结构、光学性质和电学性能，其热电系数同样发生明显改变。将二碲化钼薄膜进行部分辐照，经受辐照的二碲化钼材料，其热电系数，即塞贝克系数，与未受辐照区域相比，大为下降；辐照后二碲化钼内部形成了金属—半导体异质结构，形成热电转换器件。当接触热辐射源时，金属相二碲化物材料与半导体相二碲化物材料因其热电系数不同，之间产生电流，进行热电转换。如上所述，当外界热源存在时，部分相变后二碲化钼内部的金属—半导体异质结构之间热电系数之差而引起的热能转换具有广泛应用前景。该方法仅用到了原位可控的辐照方法诱导了相变，形成可热电转换的异质结构，简单易实现。另一方面，二碲化钼的同质结效率极高，是硅的10～50倍，电子可以在其中迅速运动，产生热电流的效率很高。

同时，由于二碲化钼二维半导体晶体材料具有独特的二维平面结构，能够与现代微纳技术衔接，可以很好地实现热电器件的高密度集成。另一方面，若二碲化钼生长到任意柔性材料衬底上，可实现随之弯曲、折叠的特性，获得随意弯曲折叠的热电转换器件，更可满足便携式电子产品对小型化电源的技术需求。

发明内容

本发明的目的就是为了满足小型化电源的技术需求，提供一种基于二碲化钼二维半导体晶体材料相变特性制备二维热电器件的方法，具有轻便，体积小，集成度高，性能高的特点。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于二碲化钼制备二维热电器件的方法，包括以下步骤：

(1)在衬底材料上生长一层绝缘介质层；

(2)在绝缘介质层上转移一层二碲化钼薄膜；

(3)在二碲化钼薄膜表面部分区域覆盖一层光刻胶，形成掩膜，二碲化钼薄膜表面另一部分区域裸露；

(4)对二碲化钼薄膜进行辐照，辐照完成后去除光刻胶；

(5)分别在经过辐照的二碲化钼薄膜和未经过辐照的二碲化钼薄膜的两端制作第一金属电极和第二金属电极。

进一步地，步骤(1)所述衬底材料为硅材料，也可以是其它柔性衬底材料。

进一步地，步骤(1)所述绝缘介质层为二氧化硅、氮化硅、氧化铪或氧化铝。

进一步地，步骤(1)所述绝缘介质层的厚度为50～500nm。

进一步地，步骤(1)所述绝缘介质层通过氧化或淀积方式生长在衬底材料上。

进一步地，步骤(2)所述二碲化钼薄膜也可以是其它具有相变特性的过渡金属碲化物，如WTi₂，厚度≤1nm。

进一步地，步骤(4)中对二碲化钼薄膜进行辐照采用电子束辐射、激光辐照或离子束辐照。