一种柔性热电薄膜器件的制作方法_3

文档序号:8382613阅读:来源:国知局
状结构比较明显,热电薄膜的颗粒粒径呈梯度排布。 铜电极薄膜的厚度为100~200nm,镶过渡层的厚度小于50nm,常温瓣射得到的柔性热电薄 膜器件单个热电偶对的内阻为789Q,在化温差下输出电压为0. 1ImV,弯折后电压变化率 为 14. 8%。
[0047] 实施例2
[0048] 按本发明中的制备方法制备瓣射温度为350°C、热电臂为6mm长的柔性热电薄膜 器件,其制备过程如下;①利用磁控瓣射仪和电极掩模版按图1中的步骤(1)制备化电极 薄膜和Ni过渡层。用电极掩膜板覆盖不需要瓣射的部分,调控磁控瓣射仪在气压值1. 5Pa, 瓣射功率30W,基底温度为100°C的条件下,在聚酷亚胺柔性基底上线瓣射铜电极薄膜化, 然后瓣射镶过渡层0. 25h。②利用磁控瓣射仪和BST炬i2_x訊Jes,X= 1. 2~2. 0)热电材 料掩模板按图1中的步骤(2)制备BST热电薄膜。用电极掩膜板覆盖不需要瓣射的部分, 瓣射模式采用Te祀共瓣技术,将BST祀材和Te祀材分别安装在磁控瓣射仪的B祀和C祀 位置。调控磁控瓣射仪在B祀;气压值1. 5Pa,瓣射功率35W,基底温度为350°C,C祀;气压 值1. 5Pa,瓣射功率55W,基底温度为350°C的条件下瓣射比。然后调控磁控瓣射仪在B祀; 气压值2. 5Pa,瓣射功率25W,基底温度为350°C,C祀;气压值2. 5Pa,瓣射功率45W,基底温 度为350°C的条件下继续瓣射比。⑨利用磁控瓣射仪和BTS热电材料掩模版按图1中的步 骤(3)制备BTS炬i2Te3_xSex,X= 0~1. 1)热电薄膜,用电极掩膜板覆盖不需要瓣射的部 分,同样采用Te祀共瓣技术,将BTS祀材和Te祀材分别安装在磁控瓣射仪的B祀和C祀位 置。调控磁控瓣射仪在B祀;气压值1. 5Pa,瓣射功率35W,基底温度为350°C,C祀;气压值 1. 5Pa,瓣射功率55W,基底温度为350°C的条件下瓣射比。然后调控磁控瓣射仪在B祀:气 压值2. 5Pa,瓣射功率25W,基底温度为350°C,C祀;气压值2. 5Pa,瓣射功率45W,基底温度 为350°C的条件下继续瓣射比。BST热电薄膜和BTS热电薄膜由铜电极薄膜连接,在聚酷亚 胺柔性基底上形成阵列化排布的、串联的p-n热电偶对,构成面内型结构的柔性热电薄膜 器件。
[0049] 从图3中BST热电薄膜和BTS热电薄膜的沈M图可W看出,350°C瓣射得到的薄膜 粒径较大,颗粒间连接紧密,且有一定的烙融现象;该说明35(TC条件下薄膜粒子的扩散比 较明显,且在晶粒的岛状生长过程中,相邻小岛结合时释放的能量使得薄膜出现烙融状态, 该有利于提高热电薄膜的电导率,热电薄膜的颗粒粒径呈梯度排布。铜电极薄膜的厚度为 100~200nm,镶过渡层的厚度小于50nm,350°C瓣射得到的柔性热电薄膜器件单个热电偶 对的内阻为205 0,在化温差下输出电压为0. 15mV,弯折后电压变化率为7%。
[0050] 实施例3
[0化1] 按本发明中的制备方法制备热电臂为8mm长、瓣射温度为350°C、在350°C条件下 退火比的柔性热电薄膜器件,其制备过程如下;①利用磁控瓣射仪和电极掩模版按图1中 的步骤(1)制备化电极薄膜和Ni过渡层。用电极掩膜板覆盖不需要瓣射的部分,调控磁控 瓣射仪在气压值1. 5Pa,瓣射功率30W,基底温度为100°C的条件下,先瓣射铜电极薄膜化, 然后瓣射Ni过渡层0. 25h。②利用磁控瓣射仪和BST炬i2_x訊Je3,X= 1. 2~2. 0)热电材 料掩模版按图1中的步骤(2)制备BST热电薄膜,用电极掩膜板覆盖不需要瓣射的部分, 瓣射模式采用Te祀共瓣技术,将BST祀材和Te祀材分别安装在磁控瓣射仪的B祀和C祀 位置。调控磁控瓣射仪在B祀;气压值1. 5Pa,瓣射功率35W,基底温度为350°C,C祀;气压 值1. 5Pa,瓣射功率55W,基底温度为350°C的条件下瓣射比,然后调控磁控瓣射仪在B祀; 气压值2. 5Pa,瓣射功率25W,基底温度为350°C,C祀;气压值2. 5Pa,瓣射功率45W,基底温 度为350°C的条件下继续瓣射比。⑨利用磁控瓣射仪和BTS热电材料掩模版按图1中的步 骤(3)制备BTS炬i2Te3_xSex,X= 0~1. 1)热电薄膜,用电极掩膜板覆盖不需要瓣射的部 分,同样采用Te祀共瓣技术,将BTS祀材和Te祀材分别安装在磁控瓣射仪的B祀和C祀位 置。调控磁控瓣射仪在B祀;气压值1. 5Pa,瓣射功率35W,基底温度为350°C,C祀;气压值 1. 5Pa,瓣射功率55W,基底温度为350°C的条件下瓣射比,然后调控磁控瓣射仪在B祀:气 压值2. 5Pa,瓣射功率25W,基底温度为350°C,C祀;气压值2. 5Pa,瓣射功率45W,基底温度 为350°C的条件下继续瓣射比。④加工完柔性热电薄膜器件后,将其置于退火炉中升温至 350°C退火比。BST热电薄膜和BTS热电薄膜由铜电极薄膜连接,在聚酷亚胺柔性基底上形 成阵列化排布的、串联的P-n热电偶对,构成面内型结构的柔性热电薄膜器件。
[0化引从图4中BST热电薄膜和BTS热电薄膜的沈M图可W看出,经过350°C退火处理后, 薄膜颗粒的扩散能力得到进一步提高,且结晶效果明显,最大粒径达到了微米级别。而且, 薄膜中的颗粒粒径呈梯度排布,靠近基底上的第一颗粒层晶粒较小,粒径在500nmW内;而 第二颗粒层的晶粒粒径较大,在500nm~lym之间,结晶效果明显,其热电性能也得到了 较大的提高。铜电极薄膜的厚度为100~200皿,镶过渡层的厚度小于50皿,经过350°C退 火处理得到的柔性热电薄膜器件单个热电偶对的内阻为484Q,在化温差下输出电压达到 0. 21mV,弯折后电压变化率为9. 3%。
[0053]实施例4
[0化4] 本发明的柔性热电薄膜器件在化温差下可产生2. 4mV电压,且输出电压与温差之 间的线性关系明显,可W用做热电堆红外传感器。此为本发明的一实施方式。当外界环境 中的光照射在柔性热电薄膜器件的中屯、时,其中的红外光会被器件中屯、的黑色吸光膜吸收 并转化成热量,因此在器件中屯、形成高温区;器件中屯、和器件边缘之间的温差会使得热电 堆中的载流子流动并形成电压信号,根据器件输出的电压信号便能计算出器件中屯、和外界 环境间的温差,同时也能计算出红外光的能量。
[0055] 在具体实施过程中,柔性热电薄膜器件的制备工艺参数与实施例3中的参数相 同,将黑色吸光膜(有机绝缘膜)贴在退火后器件的中屯、位置,并在器件的输出端连接两根 输出导线,W便与电压表相连接,利用模拟日光氣灯或太阳光照射器件的中屯、吸光膜,电压 表上即会出现电压值。
[0056] 实施例5
[0057] 本发明的柔性热电薄膜器件在通电的情况下,可利用帕尔贴效应对器件的中屯、部 位进行制冷。此为本发明的又一实施方式。在实际操作中,器件的薄膜制备参数与实施例3 中的参数相同。制得柔性热电薄膜器件后,将器件中屯、部位(lOmmXlOmm)挖空,并将其套 在需要制冷的巧片(尺寸小于lOmmX10mm)四周;然后将微型电源连接在器件的输出端为 器件供电,巧片部位即会出现温度下降现象;因此,该柔性热电薄膜器件可对集成电路巧片 中的高温区域进行定点制冷。
[0化引实施例6
[0059] 如图13所示是本发明的又一实施方式。本发明的柔性热电薄膜器件在温差存在 的情况下可W利用Seebeck效应为负载供电,可应用于可穿戴设备领域。图中的发电原理 图给出了温差发电的原理,即在温
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