一种制备超晶格热电薄膜材料的双闪蒸法装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种制备超晶格热电薄膜材料的双闪蒸法装置，其结构为：衬底装置由调速电动机，衬底支架，加热器，衬底，石英晶体振荡监厚仪，挡板和热电偶组成，调速电动机与衬底支架连接，衬底安装在衬底支架的下面，衬底支架位于真空腔体内，调速电动机带动衬底支架和衬底旋转，加热器用于加热衬底，热电偶用来测量衬底的温度。本实用新型专利技术采用闪蒸法结合双路交替送粉器来实现超晶格热电薄膜材料的制备，具有高效节能、成本低、工艺简单等优点。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于材料制备装置
，具体涉及一种制备超晶格热电薄膜材料 的双闪蒸法装置。
技术介绍
热电材料在微电子、光电子及许多高科技领域的广泛应用前景，近年来受到人们 的广泛关注。到目前为止，人们对块体热电材料进行了深入细致地研究，但是其热电性能对 于大规模的应用来说仍然较低。众所周知，低维化是提高热电材料性能的一种有效途径， 这主要是因为低维热电材料具有特殊的量子限制效应，电子和声子在传输中通过量子尺寸 效应能够大幅度提高材料的热电性能。近年来，超晶格热电薄膜材料的制备及性能研究倍 受国内外学者的关注，许多制备方法也相继出现，例如金属有机物化学气相沉积、脉冲激光 沉积、电化学原子层外延以及分子束外延等方法已经制备了较高性能的超晶格热电薄膜材 料。概括起来，现有的超晶格热电薄膜材料的制备方法及装置研究方面，主要存在以下两个 方面的问题(1)超晶格热电薄膜材料的制备主要是采用高成本或复杂工艺的外延生长技术， 设备昂贵、制备工艺复杂及生产成本高。(2)制备复杂组分的超晶格热电薄膜材料较为困难。
技术实现思路
本技术其目的在于为了解决上述缺陷而提供一种制备超晶格热电薄膜材料 的双闪蒸法装置，具有工艺较简单、生产成本较低优点，还可以用于制备复杂组分的超晶格 热电薄膜材料。本技术为了实现上述目的而提供的技术方案包括衬底装置由调速电动机， 衬底支架，加热器，衬底，石英晶体振荡监厚仪，挡板和热电偶组成，衬底支架位于真空腔体 的内腔顶部，调速电动机与衬底支架连接，衬底安装在衬底支架的下面；加热系统位于真空 腔体的底部，钽片置于其上；两个送粉器分别安装在真空腔体的内壁上，并位于衬底支架的 两侧；真空腔体为双层上不锈钢钟罩式结构，其上开有进水口和出水口，高真空机组与真空 腔体相连。本装置使用电阻炉作为热源对钽片进行预先加热，使其升高到一定的温度，两个 送粉器交替向预先加热到一定温度的钽片输送粉末颗粒材料，粉末颗粒材料瞬间气化沉积 到衬底上形成薄膜，两种不同组分的材料交替生长形成超晶格薄膜材料。本专利技术与现有的超晶格热电薄膜材料沉积装置的优点在于本专利技术采用闪蒸法结 合双路交替送粉器来实现超晶格热电薄膜材料的制备，具有高效节能、低成本、工艺简单的 优点。附图说明图1为本技术的结构示意图。具体实施方式实施例，如图1所示，本专利技术制备超晶格热电薄膜材料的闪蒸法装置结构为衬底装置由调速电动机1，衬底支架2，加热器3，衬底4，石英晶体振荡监厚仪5，挡 板6和热电偶21组成，衬底支架2位于真空腔体16的内腔顶部，调速电动机1带动衬底支 架2和衬底3旋转，调速电动机1与衬底支架2连接，衬底4安装在衬底支架2的下面；加 热系统位于真空腔体16的底部，钽片14置于其上；加热器3用于加热衬底4，两个送粉器 分别安装在真空腔体16的内壁上，并位于衬底支架2的两侧；真空腔体16为双层上不锈钢 钟罩式结构，其上开有进水口 12和出水口 17，高真空机组11与真空腔体相连。冷却水从进 水口 12进入真空腔体16的夹层中，从出水口 17流出。真空系统由高真空机组11和充气 阀10组成，高真空机组11与真空腔体16相连。加热系统由电阻加热炉13，钽片14和热电 偶15组成。热电偶21用来测量衬底4的温度。送粉器由盛粉容器7，石英管8和时间继电器9组成，送粉器固定在真空腔体16内 壁上，另一送粉器同样由时间继电器18，石英管19和盛粉容器20组成，固定在真空腔体16 内壁上。超晶格热电薄膜材料的制备首先是原材料的合成，采用单质Bi (99.9%，200 目)、Te(99. 99%, 200 目)、Sb(99. 99%, 100 目)^P Se (99. 9%, 100 目)粉末作为原材料，实 验采用行星式齿轮球磨机进行粉末的机械合金化处理，球磨罐及磨球为不锈钢材料。P型和 N型热电材料分别按照Bia 5SbL 5Te3及Bi2Te2.7Se0.3化合物成分配料，随后将所称粉末装入球 磨罐中进行机械合金化，为了防止氧化，粉末装罐、取粉都在充有氩气的手套箱中进行，球 磨气氛为高纯氩气。球磨工艺为球料比15 1，球磨转速为400r/min，球磨时间10h。随 后对机械合金化的粉末材料进行热压烧结工艺成形为块体材料，热压工艺为温度773K， 压力50Mpa，烧结时间为2h，烧结气氛为高纯氩气。将热压的块体材料研磨成200-300 μ m 颗粒备用。其次是衬底清洗，003按以下配比稀释400ml水加Cr03100g。将载玻片放入稀释 的溶液中，浸泡时间48小时，再超声波清洗30mins，媒介为蒸馏水，最后用无水乙醇清洗并 吹干，将清洗好的衬底安装到衬底支架上。将两种研磨好的粉末颗粒材料分别装入盛粉容器中，合上真空腔体，对真空腔体 预加热15分钟，温度控制在100-120°C，用高真空机组抽真空至真空度为2 X 10_6Pa，打开水 冷系统，冷却水流量为6L/min，打开电阻加热炉并使钽片的温度升高到1100°C，打开加热 器使衬底温度加热到200°C，打开电动机带动衬底装置旋转，转速为12rpm。开挡板，开送粉 器，两种粉末材料交替送至预先加热到高温的钽片中被瞬间气化，沉积在衬底上生长成核 形成超晶格热电薄膜材料。每种组分的膜厚及超晶格薄膜材料的厚度通过石英晶体振荡监 厚仪测量。超晶格薄膜热电材料制备实例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备超晶格热电薄膜材料的双闪蒸法装置，其特征在于：衬底装置由调速电动机（１）、衬底支架（２）、加热器（３）、衬底（４）、石英晶体振荡监厚仪（５）、挡板（６）和热电偶（２１）组成，调速电动机（１）与衬底支架（２）连接，衬底安装在衬底支架（２）的下面，衬底支架（２）位于真空腔体（１６）内，加热器（３）位于衬底（４）的上面，热电偶（２１）用来测量衬底（４）的温度，送粉器由盛粉容器（７）、石英管（８）和时间继电器（９）组成，送粉器固定在真空腔体（１６）内壁上，另一送粉器同样由时间继电器（１８）、石英管（１９）和盛粉容器（２０）组成，固定在真空腔体（１６）内壁上。

【技术特征摘要】
一种制备超晶格热电薄膜材料的双闪蒸法装置，其特征在于衬底装置由调速电动机(1)、衬底支架(2)、加热器(3)、衬底(4)、石英晶体振荡监厚仪(5)、挡板(6)和热电偶(21)组成，调速电动机(1)与衬底支架(2)连接，衬底安装在衬底支架(2)的下面，衬底支架(2)位于真空腔体(16)内，加热器(3)位于衬底(4)的上面，热电偶(21)用来测量衬底(4)的温度，送粉器由盛粉容器(7)、石英管(8)和时间继电器(9)组成，送粉器...

【专利技术属性】
技术研发人员：段兴凯，江跃珍，胡孔刚，
申请(专利权)人：九江学院，
类型：实用新型
国别省市：36[中国|江西]