增强热释电能力的碲化铋薄膜及其制法和用途制造技术

本发明专利技术涉及了一种增强热释电能力的碲化铋薄膜及其制法和用途。具体地，本发明专利技术提供了一种用于增强单晶硅片热释电能力的碲化铋薄膜及其制备方法与应用，本发明专利技术的碲化铋薄膜含有碲化铋晶粒，并且所述的碲化铋薄膜电导率为100～110s/m。本发明专利技术的碲化铋薄膜具有较高的电导率，值得推广应用。

Bismuth telluride thin film with enhanced pyroelectric capability and its preparation and Application

The invention relates to a bismuth telluride film with enhanced pyroelectric capability, and its preparation and application. In particular, the invention provides a thin film of bismuth telluride for enhancing the pyroelectric capacity of monocrystalline silicon chip and its preparation method and application. The invention contains bismuth telluride film, and the conductivity of the bismuth telluride film is 100 to 110s/m. The bismuth telluride film has high conductivity and is worthy of popularization and application.

【技术实现步骤摘要】
增强热释电能力的碲化铋薄膜及其制法和用途
本专利技术属于新能源装备制造领域，具体地，本专利技术涉及一种增强热释电能力的碲化铋薄膜及其制法和用途。本专利技术的碲化铋薄膜可用于显著增强单晶硅片热释电能力。
技术介绍
热核电池(或核电池)是利用放射性同位素衰变放出载能粒子(如α粒子、β粒子和γ射线)并将其能量转换为电能的装置。目前已有核电池成功应用于军事、航空航天领域等一些特殊领域。大多数核电池通过固态半导体截获带电粒子，因为粒子的能量非常高，所以半导体随着时间的推移将受到损伤，为了能让电池长期使用，核电池被制造的非常大。正因为不易将核电池变小，所以它就很难在小型或微型电子设备上派上用场。一种微型氚电池的核心单元由单晶硅以及氚化纳米多孔硅构成。然而，所述电池的提高氚放射的转换效率方面有限。目前，氚同位素微型电池仅能够实现电流40nA～1μA、功率6nW～0.1μW、的输出电能。即使采用单晶硅片为热核电池内部核心部件，但是仍然难以制备性能令人满意的热核电池。由于改善单晶硅片的导电性能将大大提高整个热核电池的性能，因此，本领域急迫需要开发能够显著提升单晶硅片导电性能的材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够增强单晶硅片性能(尤其是热释电能力)的碲化铋薄膜。本专利技术的第一方面提供了一种碲化铋薄膜，所述的碲化铋薄膜含有碲化铋晶粒，并且所述碲化铋薄膜中碲化铋的含量≥40wt％，按所述碲化铋薄膜的总重量计，并且所述的碲化铋中≥40％碲化铋为碲化铋晶粒。在另一优选例中，所述的碲化铋薄膜电导率为100～110s/m。在另一优选例中，所述的碲化铋薄膜为位于硅片基材(或基底)上碲化铋薄膜。在另一优选例中，所述碲化铋薄膜中碲化铋的含量≥50wt％，较佳地≥60wt％，≥70wt％，≥80wt％或≥90wt％。在另一优选例中，所述碲化铋中≥50％，≥60wt％，≥70wt％，≥80wt％或≥90wt％碲化铋为碲化铋晶粒。在另一优选例中，所述的碲化铋薄膜厚度为2～50μm，较佳地，为20～30μm。在另一优选例中，所述的碲化铋晶粒尺寸为2～20μm。在另一优选例中，所述的碲化铋晶粒含量为50～100wt％，较佳地，为60～100wt％，最佳地，为80～100wt％或80-99wt％，按碲化铋薄膜的总重量计。本专利技术的第二方面提供了一种如本专利技术第一方面所述的碲化铋薄膜的制备方法，包括步骤：(i)采用射频磁控溅射法，将Bi2Te3和任选的掺杂剂溅射于基底的一个主表面，形成位于所述基底主表面上的Bi2Te3沉积物层；和(ii)对所述Bi2Te3沉积物层进行晶化处理，从而形成本专利技术第一方面所述的碲化铋薄膜。在另一优选例中，所述的基底为硅片。在另一优选例中，所述的硅片包括单晶硅片、多晶硅片或其组合。在另一优选例中，在步骤(i)中，所述的Bi2Te3沉积物层的厚度为2～80μm，较佳地2～50μm。在另一优选例中，所述的溅射包括直流式射频磁控溅射。在另一优选例中，在步骤(i)中，所述的溅射为连续溅射。在另一优选例中，在步骤(i)中，所述的溅射为间歇式溅射。在另一优选例中，所述的间歇式溅射的各次溅射之间的间隔为0.5-5分钟，较佳地1-2分钟。在另一优选例中，所述的间歇式溅射包括：2、3、4、5、6、7、8、9、10次溅射。在另一优选例中，通过间歇式溅射，形成沉积物构成有所不同的Bi2Te3沉积物层。在另一优选例中，所述的Bi2Te3沉积物层包括由Bi2Te3构成的沉积物层、由Bi2Te3和任选的掺杂剂构成的沉积物层。在另一优选例中，所述的掺杂剂选自下组：碲化铅。在另一优选例中，所述的掺杂剂包括PbTe。在另一优选例中，所述的掺杂剂的量为0-10wt％，较佳地0.001-5wt％，更佳地0.1-4wt％，最佳地0.5-4wt％，按碲化铋和掺杂剂的总重量计。在另一优选例中，在步骤(ii)中，包括对所述Bi2Te3沉积物层进行降温和/或升温处理，从而使得非晶态Bi2Te3发生结晶，形成Bi2Te3纳米晶粒。在另一优选例中，在步骤(ii)中，包括对所述Bi2Te3沉积物层在退火温度下进行退火，从而使得非晶态Bi2Te3发生结晶，形成Bi2Te3纳米晶粒。在另一优选例中，在步骤(ii)中，包括对所述Bi2Te3沉积物层降温至温度T1，从而使得非晶态Bi2Te3发生结晶，形成Bi2Te3纳米晶粒。在另一优选例中，所述的T1为20-100℃，较佳地25-50℃。在另一优选例中，在步骤(ii)中，还包括将所述Bi2Te3沉积物层在温度T1下放置一段时间(如1-72小时，较佳地2-36小时，更佳地3-24小时)。在另一优选例中，所述的溅射为间歇式溅射，并且先沉积Bi2Te3沉积物层，再沉积Bi2Te3和掺杂剂的混合沉积物层。在另一优选例中，所述的退火温度为200℃～400℃，较佳地，为250℃～350℃，最佳地，为300℃。在另一优选例中，所述的退火时间为2～4小时，较佳地，为2.5～3.5小时，最佳地，为3小时。本专利技术的第三面提供了一种如本专利技术第一方面所述的碲化铋薄膜的用途，用于制备热核电池。本专利技术的碲化铋薄膜可显著提高单晶硅片的热释电能力。本专利技术的第四面提供了一种热核电池，所述的热核电池配备有表面设有如本专利技术第一方面所述的碲化铋薄膜的单晶硅片。在另一优选例中，所述的热核电池包括正极、负极和外壳；在所述的外壳内部，由内而外依次包括以下各层：(a)核心层；(b)硅晶片层；(c)硅锗钆合金片层；(d)永磁片层；(e)电容板层；其中，所述的核心层包括含氚缓冲液和固定金属支架；所述的硅晶片层的内侧面设有紫外荧光粉涂层，而外侧面设有碲化铋薄膜；并且，所述的硅锗钆合金片层的内侧面设有钛酸钡涂层。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1为实施例和对比例中采用的热核电池的结构示意图。1.电路板；2.输出电极；3.固定剂；4.固定圆柱形金属支架；5.缓冲液；6.硅锗钆合金片；7.震荡控制电路；8.永磁片；9.硅晶片；10.电容板；11.热隔离层；12.铝制外包层；13.输出电路；14.接地线具体实施方式本专利技术人经过广泛而深入地研究，首次意外地发现了一种可显著增强单晶硅片热释电能力的碲化铋薄膜。本专利技术通过射频磁控溅射(例如，持续溅射或间歇式溅射)方式，将碲化铋薄膜材料和任选的掺杂剂在基材(如硅片)上进行沉积，从而将碲化铋晶粒细化到纳米级或在材料内部添加纳米级第二相粒子并降低材料维数,可以增加对载流子和声子的散射,从而显著提高Seebeck系数,降低热导率,提高热电性能。在此基础上，完成了本专利技术。碲化铋薄膜本专利技术的碲化铋薄膜含有碲化铋晶粒，并且碲化铋薄膜中碲化铋的含量≥40wt％，按所述碲化铋薄膜的总重量计，并且所述的碲化铋中≥40％碲化铋为碲化铋晶粒。本专利技术的碲化铋薄膜电导率为100～110s/m。本专利技术的碲化铋薄膜为位于硅片基材(或基底)上碲化铋薄膜。本专利技术的碲化铋薄膜中碲化铋的含量≥50wt％，较佳地≥60wt％，≥70wt％，≥80wt％或≥90wt％。本专利技术的碲化铋中≥50％，≥60wt％，≥70wt％，≥80wt％或≥90wt％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碲化铋薄膜，其特征在于，所述的碲化铋薄膜含有碲化铋晶粒，并且所述碲化铋薄膜中碲化铋的含量≥40wt％，按所述碲化铋薄膜的总重量计，并且所述的碲化铋中≥40％碲化铋为碲化铋晶粒。

【技术特征摘要】
1.一种碲化铋薄膜，其特征在于，所述的碲化铋薄膜含有碲化铋晶粒，并且所述碲化铋薄膜中碲化铋的含量≥40wt％，按所述碲化铋薄膜的总重量计，并且所述的碲化铋中≥40％碲化铋为碲化铋晶粒。2.如权利要求1中所述的碲化铋薄膜，其特征在于，所述的碲化铋薄膜厚度为2～50μm，较佳地，为20～30μm。3.如权利要求1中所述的碲化铋薄膜，其特征在于，所述的碲化铋晶粒尺寸为2～20μm。4.如权利要求1中所述的碲化铋薄膜，其特征在于，所述的碲化铋晶粒含量为50～100wt％，较佳地，为60～100wt％，最佳地，为80～100wt％或80-99wt％，按碲化铋薄膜的总重量计。5.一种如权利要求1中所述的碲化铋薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：(i)采用射频磁控溅射法，将Bi2Te3和任选的掺杂剂溅射于基底的一个主...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡寻伟，
申请(专利权)人：上海紫电能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31