納米級別，對熱電性能上有所提高。操作簡單，可以批量化，可控性好，可以制備豐富多樣的多層膜熱電材料。本實施例制備完成后形成的多層膜熱電材料能夠在一定溫差下產(chǎn)生電壓，或者在一定電壓下形成溫差，能應用于制作成熱電發(fā)電器件或者是熱電制冷器件。
[0018]在本實施例中，磁控濺射技術又分為直流磁控濺射和射頻磁控濺射。磁控濺射鍍膜通常是用氬氣電離產(chǎn)生的正離子轟擊固體靶，濺出的中性原子沉積到基片上，形成膜層，因而具有“低溫”和“快速”兩大特點。通過磁控濺射方法制備了其他方法不易于獲得的具有特殊性質(zhì)的材料，因此應用較為廣泛。可應用于制備電致發(fā)光器件，在電子和光學器件方面廣泛應用；可制備多層膜改性的生物材料用于生物醫(yī)用材料方面；還可制備超薄膜體系用于生物反應器和生物傳感器方面等。反應磁控濺射是通過在濺射鍍膜時引入某些反應活性氣體來改變或者控制沉積特性，從而對薄膜的成分和性質(zhì)進行控制。通過改變磁控濺射參數(shù)來控制膜層厚度和膜層數(shù)量來制作多層膜熱電材料，這種方法簡單易行，操作對基底無特殊要求，所得薄膜與基底的粘合性好，薄膜純度高，膜層邊界明顯，實驗重復性好，薄膜的組成和厚度均可控。因此將這種方法應用到多層膜熱電材料的制備以及研宄等都是對熱電材料發(fā)展有很重要的作用，此外這種方法制備多層膜熱電材料克服了傳統(tǒng)的幾類物理法的制作多層膜熱電材料的溫度高時間長的缺點，從而對熱電材料的發(fā)展有著很大的幫助。
[0019]實施例二:
本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于:
在本實施例中，參見圖4，一種利用物理氣相沉積方法制備多層膜熱電材料的工藝，包括以下步驟: a.基底的選擇及其處理:本步驟與實施例一相同；
b.靶材的選擇:選擇質(zhì)量百分比純度純度為99.99%的硅和金作為靶材；
c.在基底上制作多層膜熱電材料:本底真空為5X10_7Torr，基片不加熱，另外保持20rpm的基底轉速，使用射頻模式濺射硅，用直流模式濺射金，硅的濺射功率為100 W，其沉積速率大約為0.2 A /s，金的濺射功率為25W，其沉積速率約為0.6 A /s，控制硅和金的膜厚分別為12 nm和16nm，先沉積金層1，后沉積娃層3，交替沉積共20層，所制作出來的多層膜熱電材料結構如圖4所示。
[0020]在本實施例中，參見圖4，在步驟c中，PVD試樣用以下順序相繼沉積:
[Au(16nm) /Si (12nm) ] X 10層，一共在基片4上沉積20層熱電材料層復合膜。
[0021]實施例三:
本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于:
在本實施例中，參見圖5，一種利用物理氣相沉積方法制備多層膜熱電材料的工藝，包括以下步驟:
a.基底的選擇及其處理:本步驟與實施例一相同；
b.靶材的選擇:選擇質(zhì)量百分比純度純度為99.99%的硅、金和硅鍺材料作為靶材，其中硅鍺材料包括25wt%硅和75wt%的鍺；
c.在基底上制作多層膜熱電材料:本底真空為5X10_7Torr，基片不加熱，另外保持20rpm的基底轉速，使用射頻模式濺射硅和硅鍺，金的濺射模式為直流模式，硅的濺射功率為100 W，其沉積速率大約為0.2 A /s，硅鍺的濺射功率為100 W，其沉積速率大約為0.21A /s，金的濺射功率為25W，其沉積速率約為0.6 A /s，控制硅、金和硅鍺的膜厚分別為12nm, 16nm和8nm。先沉積金層I，后沉積娃層2，再沉積娃鍺層3，最后沉積娃層2，如此交替5個周期共沉積20層，所制作出來的多層膜熱電材料結構如圖5所示。
[0022]在本實施例中，參見圖5，在步驟c中，PVD試樣用以下順序相繼沉積:
[Au (16nm) /Si (12nm) /SiGe (8nm) /Si (12nm) ] X 5 層，一共在基片 4 上沉積 20 層熱電材料層復合膜。
[0023]上面結合附圖對本發(fā)明實施例進行了說明，但本發(fā)明不限于上述實施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術方案的精神實質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明利用物理氣相沉積方法制備多層膜熱電材料的工藝的技術原理和發(fā)明構思，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種利用物理氣相沉積方法制備多層膜熱電材料的工藝，其特征在于，包括以下步驟: a.基底的選擇及其處理:根據(jù)需要選擇基片作為基底后，將選擇的基片進行處理，處理方法為氫氟酸處理，然后洗凈并烘干備用； b.靶材的選擇:選擇純度不低于99.99%的材料作為靶材，所述靶材至少采用兩種以上的不同的載體材料； c.在基底上制作多層膜熱電材料:采用物理氣相沉積方法將在所述步驟b中選取的靶材依次交錯分層沉積在在所述步驟a中處理后的基片上，制備多層膜，累計沉積的多層膜層數(shù)至少大于在所述步驟b中選取的靶材的種類數(shù)，在制備多層膜過程中，任意一層單層膜的厚度皆大于5nm。
2.根據(jù)權利要求1所述利用物理氣相沉積方法制備多層膜熱電材料的工藝，其特征在于:在所述步驟a中，所述基底選取半導體、玻璃片、金屬片、聚合物片或微型器件。
3.根據(jù)權利要求1所述利用物理氣相沉積方法制備多層膜熱電材料的工藝，其特征在于:在所述步驟b中，在靶材選擇時，選擇的載體材料為金屬、半導體和絕緣體中的任意一種或任意幾種。
4.根據(jù)權利要求3所述利用物理氣相沉積方法制備多層膜熱電材料的工藝，其特征在于:在所述步驟a中，在革El材選擇時，選擇的載體材料為金、娃和娃鍺中的三種或任意兩種材料。
5.根據(jù)權利要求1所述利用物理氣相沉積方法制備多層膜熱電材料的工藝，其特征在于:在所述步驟c中，物理氣相沉積方法采用電子束蒸發(fā)、分子束外延膜沉積、直流反應磁控濺射和射頻磁控濺射方法中的任意一種或任意幾種。
6.根據(jù)權利要求5所述利用物理氣相沉積方法制備多層膜熱電材料的工藝，其特征在于:在所述步驟c中，通過控制基片溫度、濺射時間、反應氣體含量和濺射功率中的任意一種或任意幾種參數(shù)，來控制成膜層厚度和成膜時間。
7.根據(jù)權利要求1?6中任意一項所述利用物理氣相沉積方法制備多層膜熱電材料的工藝，其特征在于:在所述步驟c中，在制備多層膜熱電材料時，對制備得到的各層非晶體薄膜進行熱處理而形成晶體薄膜材料層。
8.根據(jù)權利要求7所述利用物理氣相沉積方法制備多層膜熱電材料的工藝，其特征在于:在所述步驟c中，采用將制備的非晶體薄膜在退火爐中退火的熱處理方式，制備多層晶體熱薄膜電材料。
9.根據(jù)權利要求7所述利用物理氣相沉積方法制備多層膜熱電材料的工藝，其特征在于:在所述步驟c中，在濺射沉積制備熱電材料薄膜過程中，采用直接對基底進行加熱的熱處理方式，來制備多層晶體熱薄膜電材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用物理氣相沉積方法制備多層膜熱電材料的工藝，應用于多層膜熱電材料的制備領域。本發(fā)明選擇合適的基底，通過反應磁控濺射制備多層膜熱電材料。在制備過程中，不但可以選擇不同的基底進行沉積，同時還有材料種類，膜層厚度，膜層數(shù)量等進行選擇。該方法與其他制備多層膜熱電材料方法相比層狀結構明顯，精度高，可達到納米級別，對熱電性能上有所提高。操作簡單，可以批量化，可控性好，可以制備豐富多樣的多層膜熱電材料。
【IPC分類】H01L35-34
【公開號】CN104538542
【申請?zhí)枴緾N201410823870
【發(fā)明人】胡志宇, 張海明, 葉鋒杰
【申請人】上海大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月26日