一种超高择优取向柔性Cu制造技术

本发明专利技术公开一种超高择优取向柔性Cu

【技术实现步骤摘要】
一种超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及热电材料领域，尤其涉及一种超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]热电材料是一种能将热能和电能进行直接相互转换的功能材料，以其制备的热电器件可广泛的应用于半导体发电、制冷等领域。近年来，由于微型半导体器件和可穿戴电子产品的快速发展，推动了热电材料及器件向小型化、微型化和柔性化的转变。其中，以无机材料为基础制备的热电薄膜，因具有体积小、重量轻、易于实现微型化等优点，在便携式/可穿戴设备领域更具应用前景，因此已逐渐成为当前热电
的前沿研究课题之一。硒化亚铜(Cu2Se)是一种无毒、且热电性能优异的热电材料，已有的研究表明块体Cu2Se材料的热电优值已经突破2.0，成为当前具有最高热电优值热电材料体系之一。显然，在热电性能和制造成本方面，Cu2Se都较目前已商业化应用的传统热电材料更具应用优势。因此，获取高质量Cu2Se热电薄膜，是目前该领域的前沿研究课题之一。
[0003]由于Cu和Se都是易被氧化的物质，因此采用真空沉积技术是制备Cu2Se薄膜的较为合适的方法。然而，由于Cu和Se存在较大的物理特性的差别。因此，对于薄膜材料组分的调控存在较大的难点，因此当前Cu2Se薄膜的热电性能相较于其块体材料仍较低，需要通过成分及微结构的进一步优化，实现性能的提升。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜及其制备方法与应用，旨在解决现有Cu2Se薄膜的热电性能相较于其块体材料仍较低的问题。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术的第一方面，提供一种超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜的制备方法，其中，包括步骤：
[0008]提供柔性衬底；
[0009]采用Cu2Se合金靶材和Cu靶材，在所述柔性衬底上进行磁控共溅射，然后进行热处理，制备得到所述超高择优取向柔性Cu
x
Se热电薄膜，其中，x的取值范围为0.5～2.5。
[0010]可选地，所述柔性衬底选自聚酰亚胺柔性衬底、钼金属柔性衬底、铂金属柔性衬底中的一种。
[0011]可选地，所述超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜的厚度为50nm～10μm。
[0012]可选地，所述采用Cu2Se合金靶材和Cu靶材，在所述柔性衬底上进行磁控共溅射的步骤具体包括：
[0013]在采用Cu2Se合金靶材在所述柔性衬底上进行磁控溅射的过程中，开启Cu靶材进
行磁控共溅射，所述采用Cu2Se合金靶材在所述柔性衬底上进行磁控溅射的时间为1～600min，所述开启Cu靶材进行磁控共溅射的时间为1～200min。
[0014]可选地，所述Cu2Se合金靶材的溅射功率为55W，所述Cu靶材的溅射功率为15W。
[0015]可选地，所述磁控共溅射过程中，底真空低于1
×
10
‑4～8
×
10
‑4Pa，工作真空为0.1～1Pa，Ar流量为10～100sccm。
[0016]可选地，所述热处理的温度为100～400℃，所述热处理的时间为30min。
[0017]可选地，所述热处理的温度为300℃。
[0018]本专利技术的第二方面，提供一种超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜，其中，采用本专利技术如上所述的制备方法制备得到，其中，x的取值范围为0.5～2.5，所述Cu
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Se热电薄膜具有(0l0)取向。
[0019]本专利技术的第三方面，提供一种本专利技术如上所述的超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜在制备热电器件中的应用。
[0020]有益效果：本专利技术提供了一种超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜及其制备方法与应用，本专利技术采用Cu2Se合金靶材和Cu靶材，利用磁控共溅射方法，在耐高温的柔性衬底上制备出具有超高(0l0)取向及优异热电性能的柔性Cu
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Se热电薄膜。本专利技术提供的制备方法操作简便、成本低、易于控制热电薄膜成分和热电薄膜生长取向，制备得到的超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜质量高、热电性能好、重复性好、可实现大面积产业化生产。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例中超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜的制备示意图。
[0022]图2为本专利技术实施例1
‑
6中的热电薄膜的XRD图谱。
[0023]图3为本专利技术实施例1
‑
6中的热电薄膜的电导率测试结果图。
[0024]图4为本专利技术实施例1
‑
6中的热电薄膜的赛贝克系数测试结果图。
[0025]图5为本专利技术实施例1
‑
6中的热电薄膜的功率因子测试结果图。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供一种超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜及其制备方法与应用，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0027]除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0028]由于Cu和Se都是易被氧化的物质，因此采用真空沉积技术是制备Cu2Se薄膜的较为合适的方法。然而，由于Cu和Se存在较大的物理特性的差别。因此，对于薄膜材料组分的调控存在较大的难点，因此当前Cu2Se薄膜的热电性能相较于其块体材料仍较低，需要通过成分及微结构的进一步优化，实现性能的提升。基于此，本专利技术实施例提供一种超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜的制备方法，如图1所示，其中，包括步骤：
[0029]S1、提供柔性衬底；
[0030]S2、采用Cu2Se合金靶材和Cu靶材，在所述柔性衬底上进行磁控共溅射，然后进行
热处理，制备得到所述超高择优取向柔性Cu
x
Se热电薄膜，其中，x的取值范围为0.5～2.5。
[0031]本实施例采用Cu2Se合金靶材和Cu靶材，利用磁控共溅射方法，在耐高温的柔性衬底上制备出具有超高(0l0)取向及优异热电性能的柔性Cu
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Se热电薄膜。本专利技术提供的制备方法操作简便、成本低、易于控制热电薄膜成分和热电薄膜生长取向，制备得到的超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜质量高、热电性能好、重复性好、可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：提供柔性衬底；采用Cu2Se合金靶材和Cu靶材，在所述柔性衬底上进行磁控共溅射，然后进行热处理，制备得到所述超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜，其中，x的取值范围为0.5～2.5。2.根据权利要求1所述的超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜的制备方法，其特征在于，所述柔性衬底选自聚酰亚胺柔性衬底、钼金属柔性衬底、铂金属柔性衬底中的一种。3.根据权利要求1所述的超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜的制备方法，其特征在于，所述超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜的厚度为50nm～10μm。4.根据权利要求1所述的超高择优取向柔性Cu
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Se热电薄膜的制备方法，其特征在于，所述采用Cu2Se合金靶材和Cu靶材，在所述柔性衬底上进行磁控共溅射的步骤具体包括：在采用Cu2Se合金靶材在所述柔性衬底上进行磁控溅射的过程中，开启Cu靶材进行磁控共溅射，所述采用Cu2Se合金靶材在所述柔性衬底上进行磁控溅射的时间为1～600min，所述开启Cu靶材进行磁控共溅射的时间为1～200min。5.根据权利要求1所述的超高择优取向柔性Cu...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑壮豪，张栋梁，陈跃星，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：