[发明专利]采用蒸发镀膜可控制备多级次Bi‑Sb‑Te倾斜柱阵列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用简单的物理气相沉积制备多级次倾斜柱阵列的方法，特别涉及一种采用蒸发镀膜可控制备多级次Bi-Sb-Te倾斜柱阵列的方法。

背景技术

目前，热电材料是一种能实现热能与电能相互转换的固体材料，具有结构比较简单、无转动或移动等机械运动部件、高可靠性、无噪音、体积小、环境友好等优点，很适合于制备小规模发电和局部制冷器件。碲化铋基材料是目前最好的室温热电材料，它们的商用块体的热电品质因子ZT一般在1.0左右。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有效途径，特别通过对材料微观组织的一维阵列化，提高费米能附近的电子态密度而提升碲化铋基热电材料的Seebeck 系数；增加材料的面体比而改善其表面态，有益于这类拓扑绝缘体结构材料的电子传输，改善材料的电导；增加界面而提高声子散射率，导致大幅降低材料的热导率。因此，材料微观组织的一维阵列化是实现碲化铋基热电材料性能突破的重要途径，也为开发新型具有特殊结构的高效热电微器件提供一条新的思路。

一直以来有多种方法对碲化铋基材料纳米结构进行制备，包括电化学沉积、气-液-固催化生长、光刻和各向异性刻蚀技术等方法，这些合成方法主要的缺点是它们工艺太复杂以及条件苛刻，并且反应产物不纯或需要去除模板，很难用于器件应用中。况且，这些方法几乎不可能大规模组装成有序的多级次柱阵列基于纳米线，新颖复杂的多级次结构影响材料中载流子与声子的传输，从而可能使材料有优异的热电性能。在我们以前的工作中，采用简便的物理气相沉积已成功制备出多级次的Sb₂Te₃纳米线束阵列，不要使用任何封端剂或硬质模板，而这仍然是挑战，开发一种简单适用的方法可控制备多级次Bi_1.5Sb_0.5Te₃倾斜柱阵列。根据我们所了解的，新颖多级次Bi_1.5Sb_0.5Te₃柱阵列结构到目前还未见报道，更没有倾斜生长的多级次Bi_1.5Sb_0.5Te₃柱阵列结构的专利与文献报道。

因此，提供一种工艺简单、步骤合理、效果显著的采用蒸发镀膜可控制备多级次Bi_1.5Sb_0.5Te₃倾斜柱阵列的方法，是该领域技术人员当前急待解决的难题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种工艺简单、步骤合理、效果显著的采用蒸发镀膜可控制备多级次Bi-Sb-Te倾斜柱阵列的方法。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：一种采用蒸发镀膜可控制备多级次Bi-Sb-Te倾斜柱阵列的方法，其特征在于制备步骤如下：

（1）将质量百分比纯度为99.99%的Bi_1.5Sb_0.5Te₃粉末在8MPa～10 MPa压力下压制成Bi_1.5Sb_0.5Te₃块体；所述Bi_1.5Sb_0.5Te₃粉末的平均粒径小于50μm；

（2）基板在丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声清洗5min～10min后取出，并用高纯氮气（质量百分比纯度99.999%）吹干；

（3）将0.1g～0.2g的Bi_1.5Sb_0.5Te₃块体放入真空镀膜机的真空室的钨舟中，把基板放置于样品台中央，调节样品台与水平面的夹角θ=5°～45°；调节基板中央与钨舟的距离d＝12 cm～18 cm；

（4）向真空室内充入2min～5 min高纯氮气（质量百分比纯度99.999%）后停止，随后对真空室抽真空，使真空室内真空度达到2.0×10^－4 Pa～5.0×10^－4Pa；

（5）真空度达到2.0×10^－4 Pa～5.0×10^－4Pa时，打开加热控温电源，设定加热温度250℃～350℃，开始对基板升温；

（6）温度升至预定温度250℃～350℃后，在PID控制器上设定沉积速率12 nm/min～20 nm/min，沉积时间2 h～3 h；