直流磁控共濺射制備Zn-Sb 熱電薄膜的研究

范平¹ 劉朋娟 鄭壯豪 張東平 梁廣興 羅景庭

深圳大學物理科學與技術學院,薄膜物理與應用研究所,深圳市傳感器技術重點實驗室，深圳 518060

　　熱電材料是一種能夠實現熱能和電能直接相互轉換的綠色環保型功能材料。近年來研究發現，熱電材料薄膜化有助于熱電材料減低熱導率，從而能夠有效的提高材料的熱電轉換效率，因此具有十分重要的科學研究價值。Zn-Sb 合金是最早采用的P 型熱電半導體材料之一，但由于其較低的熱電優值，所以沒有得到廣泛的應用。

　　但最近幾年研究發現，在263 K~767K 溫度區間穩定存在的β-Zn4Sb3 具有非常優異的熱電性能，材料少含稀土材料以及可適用于中溫，被國內外認為是最具有前景的中溫熱電材料之一。因此，本文選取純度為99.99%的Zn 和Sb 金屬靶作為靶材，采用直流磁控共濺射技術，制備Zn-Sb 合金熱電薄膜，研究不同熱處理條件下合成的Zn-Sb 化合物熱電薄膜的結構與熱電特性變化規律。

　　結果表明，選取適當的濺射Zn 和Sb 的功率條件，濺射完成合金薄膜后在Ar 氣氛下進行623 K 退火熱處理，可形成具有單一β-Zn4Sb3相結構的Zn-Sb 熱電薄膜，且薄膜顆粒大，較致密。所制備的熱電薄膜具有優良的熱電性能，其Seebeck 系數在600 K條件下可達200 μV/K 以上，功率因子可達2 mW/mK2。

　　1 基金項目：深圳市基礎研究計劃(三大產業)重點項目(JC201104210094A)。