Способ получения термоэлектрических пленок Советский патент 1983 года по МПК C30B23/02 C30B29/46 

:л

1 I Изобретение относится к способам получения термоэлектрических пленок, в частности твердых растворов на основе халькогенидов висмута и сурьмы, используемых для создания преобра- . зователей энергии различного назначения . Известен способ 1 получения тер моэлектрических пленок твердых р.аств ров системы BlfjTe - . путем тер мическопо испареяия в вакууме10 мм рт.ст. исходного материала, по составу не отличающегося от требуемого состава пленок, нагретого до 1070 К, последующей конденсации ларов на нагретые до 570 К диэлектрические подложки, в частности из полиимида, охлаждения свежеосажденных пленок со скоростью град/ч и отжига пленок при 620 К Параметры пленок, полученных известным .способом, составляют: коэффици-. ент термо-ЭДС (оС) 200 мкв/град., удельная электропроводность (6) 850 ом. см , параметр мощности термоэлектрических пленок(), определяющий эффективность термоэлектрического способа преобразования энергии 3 мВ /град ом.см. Однако в полученных пленках, как ус 1тановлено экспериментально, возникают значительные термические напряжения, званные различием коэффициентов линей ного расширения подложки и пленки.Знак термических напряжений, пропорциональных uf ьТ , определяется тем какой из коэффициентов линейного расширения:.подложки или пленкк больше, где uF - разность коэффициентов линейного расширения подложки и пленки, .ь Т - разность -температур конденсации и эксплуатации пленок. Например, в пленках твердых растворов BI Te-j- BirySe-j на полиимид ных подложках, используемых в основном при создании пленочных .термоэлектрических преобразователей энергии, возникают сжимающие термические напряжения, приводящие, как установлено, к снижению параметра мощности пленок. Кроме того, присутствие термических напряжений приводит к нарущению механической прочности пленок а,следовательно, дополнительному ухудшению электрических параметров пленок, в частности электропроводности, Наиболее близким к пpeдлa aeмoмy является способ получения термоэлек б1 2 трических пленок твердых растворов BijTe.,Sepg путем конденсации паров исходного материала на нагретую подложку и последующего охлаждения 2J, Процесс проводят при дискретном испарении в вакууме л. 5 Ю мм рт .ст. исходного материала, ijo составу не отличающегося от требуемого состава пленок; последующей конденсации паров на нагретые до 520 К диэлектрические подложки; охлаждении свежеосажденных пленок со скоростью более 100 град/ч и отжиге пленок в . атмосфере аргона (,9 атм.) при . 620-670 К. Параметры пленок, полученных по способу-прототипу, составляют: (А 215 мкВ/град; (з 800 см j - 37 мВ /град ом.см. На пленках, полученных по этому способу, визуально наблюдалось растрескивание пленок. Недостатком известного способа является пpиcytcтвиe. в пленках термических напряжений, приводящих к снижению .параметра мощности пленок. Кроме того, наличие в пленках термических напряжений приводит к нарушению механической прочности пленок,а, еле довательно, к дополнительному ухудшению электрических параметров пленок, в частности электропроводности., и, таки/ti образом, , параметра мощности пленок. Цель изобретения - повышение параметра мощнооти пленок за счет снижения термических напряжений. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения термоэлектрических пленок путем конденсйции паров исходного материала на нагретую полиимидную подложку и последующего охлаждения, охлаждение проводят со скоростью 2-10 град/ч I . .. ... Сущность заявляемого способа получения пленок заключается в конденсации паров исходного материала на нагретые полиимидные подложки с последующим охлаждением полученных пленок с такой малой скоростью, что;бы завершить процесс ползучести при каждой конкретной температуре охлаж-. дения. Охлаждение пленок проводят со скоростью 2-10 град/ч. При охлаждении пленок со скоростью более 10 град/ч, ползучесть пленок не ус- . певает пройти, что приводит к незначительному (менее 2 кГ/мм снижению термических напряжений при комнатной 3 температуре. В то же время при охла дении со скоростью 2 град/ч процесс ползучести практически заканчиваетс (снижение термических напряжений со ставляет Л. 10 кГ/мм и дальнейшее уменьшение скорости охлаждения (менее 2 град/ч. , как установлено экспериментально, не приводит к дополнительному снижению термических напряжений при комнатной температур На чертеже приведены температурные зависимости термических напряжений в пленках твердого раствора Bi TeyjjSefl, сконденсированных на полиимидных подложках: 1 - для скорости охлаждения 100 град/ч (прототип, 2 - для скорости охлаждения : 10 град/ч, 3 - для скорости охлаждения 2 град/ч, k - для скорости охлаждения 4 2 град/ч, (поз.З и k совпадаю- в пределах ошибки измерения) ,. . . Пленки твердых растворов системы BijTe - Bi/jSe, в частности BlyJeyt Se f, получены путем дискрет кого испарения исходного материала того же состава, нагретого до ЙОО и конденсации паров исходного материала,на полиимидных подложках, нагретых до 530 К, при скорости конденсации 20-30 А/с, в вакууме . 10 мм рт.ст. Последующее охлажде.ние пленок проводят со скоростью 12, 10, 2 и ,1 град/ч. В таблице приведены данные по электропроводности, козффи )Циенту термо-ЭДС И параметру мощност термоэлектрических пленок твердого раствора BijTej nSeQi,, полученных по предлагаемому способу. Свойства термоэлектрических Скорость пленок tвepдoгo раствора охлаждеBi TejjjSe ji j, полученных по ния, град/ч предлагаемому способу В пленках, полученных по предлагаемому способу, растрескивание не наблюдается. -Электрические параметры термоэлектрических пленок твердого раствора Bi Те Se , полученных по способупрбтотипу, составляют: ос - 215 мкВ/ /град:, б - 800 ом см ,odci 37 м8 /град.ом.. До.стигнутов снижение термических напряжений позволяет, таким образом, повысить параметр мощности термоэлектрических пленок по сравнению с прототипом. Это,в свою очередь, позволяет увеличить эффективность датчиков теплового потока, в которых предполагается использовать термоэлектрические пленки, в частности на основе твердых растворов системы Bi.jSe До 20-30%. Кроме того, снижение термических напряжений в пленках позволяет предотвратить растрескивание пленок,что приводит к дополнительному повышению параметра мощности пленок, а также их механической прочности.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК на основе путем конденсации па ров исходного материала на нагретую полиимидную подложку и последующего: охлаждения, отличающийся ;тем, что с целью повышения парамет ра мощности пленок за счет снижения iтермических напряжений, охлаждение проводят со скоростью 2-10 град/ч. (Л