[发明专利]采用离子辅助交替沉积可控制备超晶格Sb-Te/Bi-Sb-Te多层薄膜的方法

说明书

本发明是一种采用离子辅助沉积可控制备超晶格Sb‑Te/Bi‑Sb‑Te薄膜的方法，该方法采用FJL560CI2离子束辅助沉积系统，制备工艺包括：把质量百分比纯度为99.99％的Sb₂Te₃和Bi_1.5Sb_0.5Te₃靶材放入离子束辅助沉积镀膜室中；真空度达2.0×10^‑4Pa‑4.0×10^‑4Pa时打开加热控温电源，设定加热温度200℃‑400℃，开始对基底升温；打开溅射腔进气口，调节溅射离子源的溅射能量为0.8keV‑1.2keV；关闭辅助腔Ar进气口，打开N₂进气口，调节低能辅助轰击源的辅助能量为100eV‑400eV；温度升至预定温度200℃‑400℃后，调节气压至预定工作气压1×10^‑2Pa‑3×10^‑2Pa；用电脑精确控制每个靶材的溅射时间，得到它们的单层薄膜与调制比t_Sb2Te3:t_{Bi1.5Sb0.5Te3}＝1:5‑5:1及调制周期Λ＝10nm‑150nm的多层膜；薄膜厚度为500nm‑1000nm。该方法新颖简单实用有效，生产环境条件宽松，具有非常显著的实用价值和经济效益。

技术领域

本发明涉及一种制备薄膜的方法，特别涉及一种采用离子辅助沉积可控制备超晶格Sb-Te/Bi-Sb-Te薄膜的方法。

背景技术

热电半导体材料是一种能实现热能与电能相互转换的固体材料，当直流电通过两种不同半导体材料串联成电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，对热端实现制冷。它是一种新型的主动热控技术：在通电情况下，它既可以进行快速、高效的主动制冷，又可改变电流方向，实现致冷和加热转换；在存在温差时，可利用余热进行发电。热电器件的众多优点早已引起人们的关注；遗憾的是现在的热电器件效率比较低，因而到目前为止，热电器件还没有得到广泛的应用。热电效率可用品质因子zT(zT＝TσS²/κ，S是Seebeck系数、σ是电导率、κ为热导率、T为温度)来衡量，zT代表了热电材料的一种特性，决定了器件所能达到的最大功率。碲化铋基半导体材料由于具有优异的室温附近zT值而被进行大量的研究，而这种优异的性能源自其层状晶体结构，即这种层状结构能导致载流子与声子在层内与层外强烈的各向异性的传输；它们的商用块体的热电品质因子zT一般在0.8～1.0。根据理论与实验证明，特殊结构低维纳米化是实现热电材料性能突破的重要途径。如果能够实现碲化铋基热电材料的超晶格，性能将比现有的块体材料更优异，zT值可大幅提升。因此通过对碲化铋基材料微观组织的超晶格层状结构来提高碲化铋基热电材料的Seebeck系数、特别是降低材料的热导率，是实现热电材料性能突破的重要途径，也为开发新型具有超晶格结构的高效热电微器件提供一条新的思路。