熱電結構體、熱電器件和其製造方法與流程

2023-04-28 05:39:06

對相關申請的交叉引用

本申請要求2015年10月1日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請no.10-2015-0138612的權益，將其公開內容全部引入本文作為參考。

本公開內容涉及熱電結構體、熱電器件、和其製造方法。

背景技術：

熱電轉換指的是在熱能和電能之間的能量轉換。如果電流流入熱電材料中，則在熱電材料的兩個末端之間出現溫度梯度，並且該效應被稱作珀耳貼效應。珀耳貼效應的逆轉是當在熱電材料的兩個末端之間的溫度差異出現時產生電力，並且該效應被稱作塞貝克效應。

通過利用珀耳貼效應，可實現不需要製冷劑的多種冷卻系統。利用珀耳貼效應的冷卻系統可有用地應用於解決通過使用相關領域中的冷卻系統(被動冷卻系統、製冷劑氣體壓縮系統等)可無法解決的發熱問題。熱電冷卻技術是不採用導致環境問題的製冷劑氣體的環境友好的冷卻技術。如果通過開發高效熱電冷卻材料提升熱電冷卻效率，則熱電冷卻技術可廣泛應用於一般用途冷卻領域例如冰箱、空調(空氣調節器)等。

由計算機、車輛發動機、或者工廠產生的熱可通過利用塞貝克效應轉換成電能。利用塞貝克效應的熱電發電可用作新一代能量來源。近來，隨著對新能量開發、廢棄能量回收、和環境保護的興趣增加，對熱電器件的興趣也增加。

技術實現要素：

一些實例實施方式包括通過經由使用簡單的方法在氧化物基底上形成具有低的熱導率的基於碲的薄膜結構體而製造熱電結構體和熱電器件的方法。

一些實例實施方式包括所述熱電結構體和所述熱電器件。

另外的方面將部分地在隨後的描述中被闡明並且部分地將從所述描述明晰，或者可通過所呈現的實例實施方式的實踐而獲知。

根據一些實例實施方式，製造熱電結構體的方法包括：朝著靶發射雷射以從所述靶分離構成所述靶的材料的至少第一和第二部分(至少第一和第二部分的構成所述靶的材料)，所述靶包括碲(te)；基於在氧化物基底上沉積所述材料的第一部分而形成緩衝層，所述緩衝層包括氧化碲；和基於在所述緩衝層上沉積所述材料的第二部分而形成薄膜結構體，所述薄膜結構體包括te。

發射雷射可包括發射具有範圍約0.5hz-約4hz的頻率的脈衝雷射。

朝著靶發射雷射可包括通過使用氟化氪(krf)準分子雷射器設備朝著靶發射雷射。

朝著靶發射雷射可包括使用雷射向靶施加一定量的能量。能量的量可等於或小於約45mj。

形成薄膜結構體可包括在一段流逝的時間內形成具有約10nm-約100nm厚度的薄膜結構體，該段流逝的時間等於或小於約2小時。

所述薄膜結構體可在所述薄膜結構體的厚度方向上具有熱導率。所述熱導率可為約0.14w/(m·k)-約0.3w/(m·k)。

所述薄膜結構體可具有等於或小於約0.1度的通過進行歐米伽(ω)掃描獲得的半寬度(fwhm)。

所述靶可進一步包括如下的至少一種：鉍(bi)、銻(sb)、和硒(se)。

所述薄膜結構體可包括多個薄膜層，和所述多個薄膜層可在所述多個薄膜層各自的厚度方向上堆疊。

所述多個薄膜層各自可包括bi0.5sb1.5te3。

所述緩衝層可包括在所述氧化物基底上並且包括氧化碲的第一緩衝層、和在所述第一緩衝層上並且包括te的第二緩衝層。

所述緩衝層可具有可為約0.2nm-約2nm的厚度。

所述方法可進一步包括將所述薄膜結構體從所述緩衝層分離。

所述方法可進一步包括將分離的薄膜結構體放置於具有與所述氧化物基底不同的材料的單獨的基底上。

根據一些實例實施方式，熱電結構體包括：氧化物基底；在所述氧化物基底上並且包括碲(te)的薄膜結構體；和在所述氧化物基底和所述薄膜結構體之間的緩衝層，其中所述緩衝層的至少一部分包括氧化碲。

所述薄膜結構體可具有可為約10nm-約100nm的厚度。

所述薄膜結構體可在所述薄膜結構體的厚度方向上具有熱導率。所述熱導率可為約0.14w/(m·k)-約0.3w/(m·k)。

所述薄膜結構體可具有可為約0.1度的通過進行歐米伽(ω)掃描獲得的半寬度(fwhm)。

所述薄膜結構體可進一步包括如下的至少一種：鉍(bi)、銻(sb)、和硒(se)。

所述薄膜結構體可包括多個薄膜層，和所述多個薄膜層可在所述多個薄膜層各自的厚度方向上堆疊。

所述多個薄膜層各自可包括bi0.5sb1.5te3。

所述緩衝層可包括在所述氧化物基底上並且包括氧化碲的第一緩衝層、和在所述第一緩衝層上並且包括te的第二緩衝層。

所述緩衝層的厚度可為約0.2nm-約2nm。

根據一些實例實施方式，熱電器件包括熱電結構體。所述熱電結構體可包括基底和在所述基底上的薄膜結構體。所述薄膜結構體可包括碲(te)。所述薄膜結構體在所述薄膜結構體的厚度方向上的熱導率可為約0.14w/(m·k)-約0.3w/(m·k)。所述薄膜結構體的通過進行歐米伽(ω)掃描獲得的半寬度(fwhm)可等於或小於約0.1度。

所述熱電器件可包括通過一個或多個電引線連接至所述熱電結構體的電源設備。所述電源設備可配置成向所述熱電結構體供應電流。所述熱電結構體可配置成基於所供應的電流在所述熱電結構體的相反末端之間產生溫度梯度。

所述熱電器件可包括通過一個或多個電引線連接至所述熱電結構體的電子設備。所述熱電結構體可配置成基於所述熱電結構體的相反末端之間的溫度梯度感生通過所述電子設備的電流。

所述薄膜結構體可包括多個薄膜層。所述多個薄膜層可在所述多個薄膜層各自的厚度方向上堆疊。

所述多個薄膜層各自可包括bi0.5sb1.5te3。

根據一些實例實施方式，熱電結構體包括緩衝層和在所述緩衝層上的薄膜結構體。所述緩衝層可包括氧化碲。所述薄膜結構體可包括多個薄膜層，所述多個薄膜層可在所述多個薄膜層各自的厚度方向上堆疊。所述薄膜層可包括碲。

所述薄膜結構體可具有為約10nm-約100nm的厚度。

所述薄膜結構體可在所述薄膜結構體的厚度方向上具有熱導率。所述熱導率可為約0.14w/(m·k)-約0.3w/(m·k)。

所述薄膜結構體可具有等於或小於約0.1度的通過進行歐米伽(ω)掃描獲得的半寬度(fwhm)。

所述緩衝層可包括在所述氧化物基底上的第一緩衝層和在所述第一緩衝層上的第二緩衝層。所述第一緩衝層可包括氧化碲。所述第二緩衝層可包括碲(te)。

所述多個薄膜層各自可包括bi0.5sb1.5te3。

附圖說明

由結合附圖考慮的實例實施方式的以下描述，這些和/或其它方面將變得明晰和更容易領會，其中：

圖1a和圖1b說明根據一些實例實施方式的熱電器件；

圖2為根據一些實例實施方式的熱電結構體的橫截面圖的概念圖；

圖3為根據一些實例實施方式的熱電結構體的製造方法的流程圖解；

圖4為說明根據一些實例實施方式的熱電結構體的製造方法的流程圖解；

圖5說明通過經由使用光學電子顯微鏡觀察根據一些實例實施方式的所製造的熱電結構體而獲得的圖像；

圖6為顯示根據能量色散x-射線(edx)光譜法分析測量根據一些實例實施方式的熱電結構體在厚度方向上的化學元素的結果的圖；

圖7a、圖7b、和圖7c分別為顯示薄膜結構體40的2倍西塔(2θ)掃描、歐米伽(ω)掃描、和佛愛掃描的結果的圖；

圖8a說明根據一些實例實施方式的用於測量薄膜結構體的熱導率的測量設備的概念圖；

圖8b為圖8a中所示的測量設備在從上向下方向上拍攝的照片；

圖9為顯示圖8a中所示的測量設備的狀態的圖；

圖10為顯示根據一些實例實施方式的薄膜結構體的熱導率的圖；

圖11為說明根據一些實例實施方式的熱電結構體的製造方法的流程圖解；

圖12說明根據一些實例實施方式的分離的薄膜結構體的示意圖；和

圖13說明根據一些實例實施方式的其中分離的薄膜結構體設置在基底上的熱電器件的示意圖。

應注意，這些圖意圖說明某些實例實施方式中採用的方法和/或結構的一般特性並且對以下提供的書面描述進行補充。然而，這些圖不是按比例繪製的並且可能未精確地反映任何所給實施方式的精確的結構特性或性能特性，並且不應被解釋為限定或限制由實例實施方式涵蓋的值或性質的範圍。

具體實施方式

現在將對實例實施方式詳細地進行介紹，其一個或多個示於附圖中，其中相同的附圖標記始終是指相同的元件，並且因此將不重複描述。在這點上，本實例實施方式可具有不同形式並且不應被解釋為限於本文中闡述的描述。相反，所說明的實施方式是作為實例提供的，使得本公開內容將是徹底和完整的，並且將本公開內容的構思充分地傳達給本領域技術人員。因此，以下僅通過參照附圖描述實例實施方式以解釋各方面。如本文中使用的，術語「和/或」包括相關列舉項目的一個或多個的任意和全部組合。表述例如「……的至少一個(種)」當在要素列表之前或之後時修飾整個要素列表而不是修飾該列表的單獨要素。

儘管術語「第一」、「第二」、「第三」等可用在本文中描述各種元件、組分、區域、層和/或部分，但是這些元件、組分、區域、層和/或部分不應受這些術語限制。這些術語僅用於將一個元件、組分、區域、層或部分與另外的元件、組分、區域、層或部分區分開。因此，在不脫離本公開內容的範圍的情況下，下面討論的第一元件、組分、區域、層或部分可稱為第二元件、組分、區域、層或部分。

為了便於描述，在本文中可使用空間相對術語例如「在...…之下」、「在...…下面」、「下部」、「在...…下方」、「在...…上面」、「上部」等來描述如圖中所示的一個元件或特徵與另外的元件或特徵的關係。將理解，除圖中所描繪的方位之外，空間相對術語還意圖涵蓋器件在使用或操作中的不同方位。例如，如果將圖中的器件翻轉，描述為「在」其它元件或特徵「下面」、「之下」、或「下方」的元件則將定向在其它元件或特徵「上面」。因此，實例術語「在...…下面」和「在...…下方」可涵蓋在...…上面和在...…下面兩種方位。器件可以其它方式定向(旋轉90度或者在其它方位上)並且在本文中使用的空間相對描述詞相應地進行解釋。此外，當一個元件被稱作「在」兩個元件「之間」時，所述元件可為所述兩個元件之間的唯一元件，或者可存在一個或多個其它中間元件。

如本文中使用的，單數形式「一個(種)(a，an)」和「所述(該)」也意圖包括複數形式，除非上下文清楚地另外指明。將進一步理解，當用在本說明書中時，術語「包含」和/或「包括」表明存在所陳述的特徵、整體、步驟、操作、元件和/或組分，但是不排除存在或增加一個或多個其它特徵、整體、步驟、操作、元件、組分、和/或其集合。此外，術語「示例性(的)」意圖指實例或圖示。

當一個元件被稱作「在」另外的元件「上」、「連接至」、「結合至」、或者「鄰近於」另外的元件時，所述元件可直接在所述另外的元件上、連接至、結合至、或鄰近於所述另外的元件，或者可存在一個或多個其它中間元件。相反，當一個元件被稱作「直接在」另外的元件上、「直接連接至」、「直接結合至」、或者「緊接地鄰近於」另外的元件時，則不存在中間元件。

除非另外定義，在本文中所使用的所有術語(包括技術和科學術語)的含義與實例實施方式所屬領域的普通技術人員通常理解的含義相同。術語，例如在常用詞典中定義的那些，應被解釋為具有與它們在相關領域的背景和/或本公開內容中的含義一致的含義，並且將不以理想化或過度形式的意義進行解釋，除非在本文中清楚地如此定義。

可參照可結合以下更詳細地討論的單元和/或器件實施的操作的動作和符號表示(例如，以流程圖解、流程圖、數據流程圖、結構圖、方框圖等)描述實例實施方式。雖然以特定的方式討論，但是具體方框中詳細說明的作用或操作可與流程圖解、流程圖等中詳細說明的流程不同地進行。例如，圖示為在兩個相繼的方框中順次進行的作用或操作可實際上同時進行，或者在一些情況下以相反順序進行。

根據一種或多種實例實施方式的單元和/或器件可使用硬體、軟體、和/或其組合實施。例如，硬體器件可使用處理電路(例如，但不限於處理器、中央處理單元(cpu)、控制器、算術邏輯單元(alu)、數位訊號處理器、微型計算機、現場可編程門陣列(fpga)、片上系統(soc)、專用集成電路(asic)、可編程邏輯單元、微處理器、或者能夠以限定方式響應於和執行指令的任何其它器件)實現。

軟體可包括用於獨立地或者共同指示或配置硬體器件以如所期望地操作的電腦程式、程序代碼、指令、或者其一些組合。電腦程式和/或程序代碼可包括能夠通過一個或多個硬體器件例如以上提及的硬體器件的一個或多個實施的程序或計算機可讀指令、軟體構件、軟體模塊、數據文件、數據結構、和/或類似物。程序代碼的實例包括由編譯器產生的機器代碼和使用翻譯器執行的高級程序代碼兩者。

例如，當硬體器件為計算機處理器件(例如，處理器、中央處理單元(cpu)、控制器、算術邏輯單元(alu)、數位訊號處理器、微型計算機、微處理器等)時，所述計算機處理器件可配置成通過如下實施程序代碼：根據所述程序代碼進行算術、邏輯、和輸入/輸出操作。一旦將所述程序代碼加載到計算機處理器件中，所述計算機處理器件可被程序化以執行所述程序代碼，從而將所述計算機處理器件轉變為專用計算機處理器件。在更具體的實例中，當將所述程序代碼加載到處理器中時，所述處理器變成程序化的以執行所述程序代碼和與其對應的操作，從而將所述處理器轉變為專用處理器。

軟體和/或數據可永久地或者暫時地收錄在能夠向硬體器件提供指令或數據或者能夠通過硬體器件翻譯的任何類型的機器、構件、物理或虛擬設備、或者計算機存儲介質或器件中。軟體也可分布在網絡連接的計算機系統上，使得所述軟體以分布方式存儲和執行。特別地，例如，軟體和數據可被一種或多種計算機可讀記錄介質(包括本文中討論的有形或者非暫時性計算機可讀存儲介質)存儲。

根據一種或多種實例實施方式，為了提高描述的清楚性，計算機處理器件可被描述為包括執行各種操作和/或功能的各種功能單元。然而，計算機處理器件不意圖限於這些功能單元。例如，在一種或多種實例實施方式中，所述功能單元的各種操作和/或功能可通過所述功能單元的其它者進行。此外，所述計算機處理器件可執行各種功能單元的操作和/或功能而無需將所述計算機處理單元的操作和/或功能細分成這些各種功能單元。

根據一種或多種實例實施方式的單元和/或器件還可包括一個或多個存儲器件。所述一個或多個存儲器件可為有形或者非暫時性計算機可讀存儲介質例如隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、永久性海量存儲器件(例如磁碟驅動器)、固態(例如，nand快閃記憶體)器件、和/或能夠存儲和記錄數據的任何其它類似數據存儲機構。所述一個或多個存儲器件可配置成存儲用於一個或多個作業系統和/或用於實施本文中描述的實例實施方式的電腦程式、程序代碼、指令、或者其一些組合。所述電腦程式、程序代碼、指令、或者其一些組合也可利用驅動機構從單獨的計算機可讀存儲介質加載到所述一個或多個存儲器件和/或一個或多個計算機處理器件中。這樣的單獨的計算機可讀存儲介質可包括通用串行總線(usb)快閃記憶體驅動器、記憶棒、藍光/dvd/cd-rom驅動器、存儲卡、和/或其它類似計算機可讀存儲介質。所述電腦程式、程序代碼、指令、或者其一些組合可經由網絡接口從遠程數據存儲器件而不是經由本地計算機可讀存儲介質加載到所述一個或多個存儲器件和/或所述一個或多個計算機處理器件中。另外，所述電腦程式、程序代碼、指令、或者其一些組合可從配置成將所述電腦程式、程序代碼、指令、或者其一些組合傳輸和/或分布到網絡上的遠程計算系統加載到所述一個或多個存儲器件和/或所述一個或多個處理器中。所述遠程計算系統可經由有線接口、空中接口、和/或任何其它類似介質傳輸和/或分布所述電腦程式、程序代碼、指令、或者其一些組合。

所述一個或多個硬體器件、所述一個或多個存儲器件、和/或所述電腦程式、程序代碼、指令、或者其一些組合可專門針對實例實施方式而設計和構建，或者它們可為針對實例實施方式而修改和/或改造的已知器件。

硬體器件例如計算機處理器件可運行作業系統(os以及在os上運行的一個或多個軟體應用。所述計算機處理器件還可響應於所述軟體的執行而訪問、存儲、操縱、處理、和產生數據。為了簡單起見，一種或多種實例實施方式可被示例為一個計算機處理器件；然而，本領域技術人員將領會，硬體器件可包括多個處理元件和多種類型的處理元件。例如，硬體器件可包括多個處理器或者一個處理器和一個控制器。此外，其它處理配置是可能的，例如並行處理器。

雖然是參照具體實例和附圖描述的，但是實例實施方式的修改、添加和替代可由本領域普通技術人員根據所述描述多樣地進行。例如，所描述的技術可以與所描述的方法的順序不同的順序進行，和/或組件例如所描述的系統、架構、器件、電路等可連接或組合成不同於上面描述的方法，或者結果可適當地通過其它組件或等同物實現。

下文中，根據一些實例實施方式，將參照其中示出了一些實例實施方式的附圖更充分地描述熱電結構體和其製造方法。附圖中的相同的附圖標記表示相同的元件。在附圖中，為了描述的清楚和方便起見，可放大部件的長度和尺寸。本文中描述的實例實施方式僅是實例，並且可進行在實例實施方式中的各種修改和變化。

圖1a和圖1b說明根據一些實例實施方式的熱電器件100。在圖1a中所示的實例實施方式中，熱電器件100包括通過電引線4連接至電源設備2的熱電結構體1。在圖1b中所示的實例實施方式中，熱電器件100包括通過電引線4連接至電子設備3的熱電結構體1。電子設備3可消耗經由感生通過電子設備3的電流供應至電子設備3的電力。

熱電結構體1指的是可進行熱電轉換的結構體。換而言之，熱電結構體1可將熱能轉換成電能。在一些實例實施方式中，所述熱電結構體可將電能轉換成熱能。

如下效應被稱作珀耳貼效應：其中，如果電流流入熱電結構體1中，則在熱電結構體1的相反末端之間出現溫度梯度(或者溫度差異)。作為珀耳貼效應的逆轉，其中當在熱電結構體1的相反末端之間的溫度差異出現時產生電力的效應被稱作塞貝克效應。

作為一個實例，參照圖1a，電源設備2可通過利用珀耳貼效應向熱電結構體1供應電流。在一些實例實施方式中，熱電結構體1可基於從電源設備2經由電引線4被供應有電流而用作冷卻系統，因為熱電結構體1可基於所供應的電流產生溫度梯度。

作為另一實例，參照圖1b，熱電結構體1可通過利用塞貝克效應將熱轉換成電能，並且使用所述電能作為能量來源。例如，依舊參照圖1b，熱電結構體1可利用熱來感生經由電引線4通過電子設備3的電流。因此，可通過使用熱電結構體1驅動電子設備3。

熱電結構體的性能可通過熱電結構體1的熱電轉換效率表示。指示熱電結構體1的熱電轉換效率的指標是熱電性能指數zt。

熱電性能指數zt如下定義：

zt＝(α2σt)/κ(1)

其中α表示塞貝克係數，σ表示電導率，t表示絕對溫度，和κ表示熱導率。在以上所示的方程(1)中，α2σ表示功率因數。

參照以上所示的方程(1)，可提高塞貝克係數和電導率以及可降低熱導率，以提高熱電性能指數。

如果熱電結構體1具有塊體形式和/或當熱電結構體1具有塊體形式時，由於塞貝克係數、電導率、和熱導率不是獨立的變量而是可彼此影響，因此熱電性能指數可不容易提高。

根據一些實例實施方式，薄膜形式的包括薄膜結構體的熱電結構體1與塊體形式的熱電結構體相比可具有降低的熱導率，因為在熱電結構體1的厚度方向上的晶界和層間邊界處光子散射增加。此外，由於量子限制效應或者載流子過濾效應，塞貝克係數和電導率之間的平衡(trade-off)關係可被打破。因此，如果熱電結構體1包括薄膜結構體和/或當熱電結構體1包括薄膜結構體時，可提高熱電性能指數。

圖2為根據一些實例實施方式的熱電結構體10的橫截面圖的概念圖。

參照圖2，熱電結構體10包括氧化物基底20、薄膜結構體40、和設置在其間的緩衝層30。

氧化物基底20可包括如下的至少一種：氧化鋁(al2o3)、氧化鋅(zno)、和氧化鎂(mgo)。作為一個實例，氧化物基底20的至少一部分可包括氧化鋁(al2o3)。例如，整個氧化物基底20可包括al2o3，並且因此被稱作al2o3氧化物基底。

薄膜結構體40可設置在氧化物基底20上。例如，薄膜結構體40可經由隨後將描述的緩衝層30設置在氧化物基底20上。薄膜結構體40可包括碲(te)。薄膜結構體40可進一步包括如下的至少一種：鉍(bi)、銻(sb)、和硒(se)。作為一個實例，薄膜結構體40可包括te和bi。除了te和bi之外，薄膜結構體40還可包括sb或se。

薄膜結構體40可為可配置成進行熱電轉換的結構體。換而言之，熱電結構體10可配置成將熱能轉換為電能、或者將電能轉換為熱能。

薄膜結構體40可包括多個薄膜層41。薄膜結構體40可包括基於te的材料。例如，多個薄膜層41除了te之外可進一步包括如下的至少一種：sb、se、和bi。例如，多個薄膜層41可包括te、sb、和bi，例如，多個薄膜層41的材料可為(bixsb1-x)2te3(其中0<x<1)。例如，多個薄膜層41的材料可為bi0.5sb1.5te3。

緩衝層30可設置在氧化物基底20上。緩衝層30可設置在氧化物基底20和薄膜結構體40之間。緩衝層30的厚度可為約0.2nm-約2nm。

緩衝層30可於在氧化物基底20上形成薄膜結構體40時形成。形成緩衝層30的詳細方法將隨後描述。

緩衝層30可包括氧化物基底20的材料的一部分和薄膜結構體40的材料的一部分。例如，緩衝層30可包括氧化物基底20中的氧(o)和薄膜結構體40中的te。例如，緩衝層30可包括氧化碲。

緩衝層30可包括多個層。例如，緩衝層30可包括第一緩衝層31和第二緩衝層32。

第一緩衝層31設置在氧化物基底20上並且接觸氧化物基底20。第二緩衝層32設置在第一緩衝層31上並且接觸第一緩衝層31和薄膜結構體40。第二緩衝層32設置在第一緩衝層31和薄膜結構體40之間。

第一緩衝層31可包括氧化碲。氧化物基底20和第一緩衝層31之間的晶格失配可小於氧化物基底20和薄膜結構體40之間的晶格失配。

第二緩衝層32可包括te。如果薄膜結構體40中的多個薄膜層41包括bi、sb、和te，則由於bi、sb和te的晶體結構，te可位於多個薄膜層41的下部部分中。由於位於薄膜層41的下部部分中的te與第二緩衝層32中的te組合，可減少或防止多個薄膜層41和緩衝層30之間的晶格失配的產生。

作為一個實例，如果氧化物基底20包括al2o3並且薄膜結構體40包括bi0.5sb1.5te3，則氧化物基底20和薄膜結構體40之間的晶格失配可為約9.5％。氧化物基底20和包括氧化碲的第一緩衝層31之間的晶格失配可為約4.7％。

如上所述，可由氧化物基底20和薄膜結構體40之間的晶格失配導致的問題可通過在氧化物基底20和薄膜結構體40之間設置緩衝層30而減輕或解決。因此，可使形成於氧化物基底20上的整個薄膜結構體40的結晶化增強，並且因此可使多個薄膜層41之間的厚度差異減小。

整個薄膜結構體40的厚度可為10nm-100nm。各薄膜層41的厚度可為1nm-5nm。熱導率(k)可為約0.14w/(m·k)-約0.3w/(m·k)。通過進行歐米伽(ω)掃描獲得的薄膜結構體40的半寬度(fwhm)可等於或小於約0.1度。

下文中，描述製造熱電結構體10的方法。

圖3為根據一些實例實施方式的熱電結構體10的製造方法的流程圖解。圖4為說明根據一些實例實施方式的熱電結構體10的製造方法的流程圖解。

參照圖3和圖4，靶t包括待沉積在氧化物基底20上的材料。靶t包括te。靶t可進一步包括如下的至少一種：bi、sb、和se。例如，靶t可包括te、bi、和sb。例如，靶t可包括bi0.5sb1.5te3。

參照圖4，通過使用脈衝雷射沉積方法，可朝著靶t發射雷射l。基於衝擊在靶t的表面上的雷射l，可使構成靶t的材料從靶t氣化。例如，衝擊雷射l可將一定量的能量轉移到靶t中。基於轉移量的能量，一部分材料可從所述靶氣化。這樣的氣化可被稱作靶t的雷射燒蝕(消融)。氣化的材料可形成雷射羽煙(plume)104，其至少部分地沉積在氧化物基底20上。因此，可在氧化物基底20上形成薄膜結構體40。在一些實例實施方式中，雷射羽煙104為等離子體。

靶t設置在腔室c中的靶支撐體102上並且氧化物基底20設置在腔室c中的基底支撐體103上。通過基底支撐體103支撐的氧化物基底20可處於被加熱的狀態。靶支撐體102和基底支撐體103的至少一個可具有傾斜的或可旋轉的結構。然而，靶支撐體102和基底支撐體103的傾斜的或可旋轉的結構僅是一個實例。靶支撐體102和基底支撐體103的結構不限於此，並且可多樣地改變。

參照圖3，在s10處，雷射器設備101朝著通過靶支撐體102支撐的靶t發射雷射l。雷射器設備101可通過使用準分子雷射器設備發射雷射l。所述準分子雷射器設備可為氟化氪(krf)準分子雷射器設備。所述準分子雷射器設備的波長可為約248nm。

雷射器設備101可發射具有低的頻率的脈衝雷射。例如，雷射器設備101可發射具有範圍約0.5hz-約4hz的頻率的脈衝雷射。

雷射器設備101可設置或設計成朝著靶t發射相對少量的能量。例如，由雷射器設備101朝著靶t發射的能量的量可等於或小於約45mj。在另一實例中，由雷射器設備101朝著靶t發射的能量可為約25mj-約45mj。

如上所述，如果朝著靶t發射具有低的頻率和低的能量的雷射l，則基於材料的一個或多個部分從靶t的氣化，可在氧化物基底20上沉積與靶t的組成一致的高結晶性的薄膜結構體40。將理解，在沒有明確這樣描述的情況下，材料從靶t的氣化可稱作材料從靶t的分離、材料從靶t的蒸發等。

如果朝著靶t發射具有高的頻率和/或高的能量的雷射l，則塊體形式的基於te的材料可從靶t氣化。所述基於te的材料可無法沉積在氧化物基底20上以具有均勻的薄膜形式。

根據一些實例實施方式，通過朝著靶t發射具有低的頻率的雷射l，從靶t分離或蒸發以原子為單位的基於te的材料，並且分離或蒸發的基於te的材料以薄膜形式沉積在氧化物基底20上。

在操作s21處，如果基於te的材料沉積在氧化物基底20上和/或當基於te的材料沉積在氧化物基底20上時，所述基於te的材料可與氧化物基底20反應以形成包括氧化碲的緩衝層30。例如，可在氧化物基底20上形成包括氧化碲的第一緩衝層31和包括te的第二緩衝層32。

在操作s22處，當在緩衝層30的形成之後繼續朝著靶t發射雷射l時，基於材料通過雷射l從靶t的繼續氣化，在緩衝層30上形成薄膜結構體40。薄膜結構體40可包括靶t中包括的材料。例如，如果靶t包括te、bi、和sb，則薄膜結構體40可包括te、bi、和sb。

薄膜結構體40可包括多個薄膜層41。多個薄膜層41可形成為具有相同的厚度。

如上所述，如果在氧化物基底20上形成包括氧化碲的緩衝層30且形成薄膜結構體40和/或當在氧化物基底20上形成包括氧化碲的緩衝層30且形成薄膜結構體40時，可外延生長薄膜結構體40。薄膜結構體40可具有高的結晶化。例如，薄膜結構體40在厚度方向上的熱導率(k)可範圍為約0.14w/(m·k)-約0.3w/(m·k)。薄膜結構體40的fwhm可等於或小於約0.1度。fwhm可根據歐米伽(ω)掃描獲得。

如上所述，通過如下可在短時期內在氧化物基底20上沉積具有一定厚度或更大的薄膜結構體40：通過使用脈衝雷射沉積方法在氧化物基底20上形成薄膜結構體40。例如，可在2小時內在氧化物基底20上形成具有範圍約10nm-約100nm的厚度的薄膜結構體40。

實例實施方式

可通過如下製備混合物：將包括bi、sb、和te的一種或多種的原料金屬材料彼此與其間的組成比一致地混合，以獲得具有組成式bi0.5sb1.5te3的熱電材料。可將所製備的混合物置於石英管中並且密封，然後在約1000℃的溫度下熔融10小時。然後，將所製備的混合物在約650℃的溫度下保持2小時，然後通過使用處於室溫的水降低溫度。由此，可製造錠形式的bi0.5sb1.5te3的熱電結構體。

在製造10g所述錠形式的熱電材料之後，將所述熱電材料通過使用高能球磨機以約1425rpm均勻地研磨2分鐘，並且由此，製造所述熱電材料的粉末。

通過如下製造用於薄膜沉積的靶t：通過使用火花等離子體燒結方法，將所述粉末在約480℃的溫度下在真空狀態中在約70mpa的壓力下燒結2分鐘。

通過使用脈衝雷射沉積方法，向所製造的靶t施加雷射l，並且由此在al2o3氧化物基底20上以薄膜形式沉積bi0.5sb1.5te3約1.5小時。

圖5說明通過經由使用光學電子顯微鏡觀察根據一些實例實施方式的所製造的熱電結構體10而獲得的圖像。圖6為顯示根據能量色散x-射線(edx)分析測量熱電結構體10在厚度方向上的化學成分的結果的圖。

參照圖5和圖6，可確定，在al2o3氧化物基底20和由bi0.5sb1.5te3形成的薄膜結構體40之間形成包括氧化碲(teox，其中x為正數)的緩衝層30。

參照圖6，可理解，在包含鋁(al)和o的氧化物基底20與包含bi、sb、和te的薄膜結構體40之間形成包含te和o的緩衝層30。緩衝層30具有約1.6nm的厚度。

可測量和/或觀察形成於緩衝層30上的薄膜結構體40的特性。參照圖7a、圖7b、圖7c、圖8a、圖8b、圖9、和圖10描述薄膜結構體40的特性。

圖7a、圖7b、和圖7c為分別顯示薄膜結構體40的2倍西塔(2θ)掃描、歐米伽(ω)掃描、和佛愛掃描的結果的圖。圖8a說明用於測量薄膜結構體40的熱導率的測量設備的概念圖。圖8b為圖8a中所示的測量設備的在從上向下方向上拍攝的照片。圖9為顯示圖8a中所示的測量設備的狀態的圖。圖10為顯示根據一些實例實施方式的薄膜結構體的熱導率的圖。

參照圖7a和圖7c，由通過對薄膜結構體40進行2θ掃描和掃描而獲得的結果，可觀察到具有一定間隔的峰的出現。因此，可理解，多個薄膜層41形成為具有相同的厚度。另外，參照圖7b，通過對薄膜結構體40進行ω掃描而獲得的fwhm為0.083度。因此，可理解，薄膜結構體40的結晶化增強。

參照圖8a和圖8b，在熱電結構體10上設置由金(au)形成的金屬薄膜210以及由銀(ag)形成的電極221和222。在這樣的結構中，可周期性地向金屬薄膜210施加熱以測量薄膜結構體40的熱導率(k)。

所述測量設備可測量在如圖9中所示的電導率範圍內薄膜結構體40的熱導率(k)。換而言之，當所述測量設備是穩定的時，所述測量設備測量薄膜結構體40的熱導率(k)。

參照圖10，對於通過使用以上描述的方法製造的200或更多個薄膜結構體40，測量其在c軸方向上的熱導率。作為測量的結果獲得的熱導率為約0.18w/(m·k)-約0.22w/(m·k)。200或更多個薄膜結構體40的厚度為約30nm。

與實施例不同，在對比例中，如果薄膜結構體形成於氧化物基底上並且不包括包含氧化碲的緩衝層30，則當所述薄膜結構體的厚度為5nm時，所述薄膜結構體在c軸中的熱導率為約0.49w/(m·k)，並且所述薄膜結構體在a-b軸中的熱導率為約0.97w/(m·k)。

所述薄膜結構體在a-b軸中的熱導率可大於所述薄膜結構體在c軸中的熱導率。因此，如果厚度增加，則所述薄膜結構體在c軸中的熱導率受所述薄膜結構體在a-b軸中的熱導率影響，並且因此，增加。然而，可理解，實例實施方式中的薄膜結構體40具有比對比例中的薄膜結構體的厚度大的厚度，並且薄膜結構體40在c軸中的熱導率小於對比例中的薄膜結構體在c軸中的熱導率的一半。

另外，根據d.cahill的模型，在由bi2te3形成的薄膜結構體的情況下，所述薄膜結構體在c軸中的熱導率的理論最小值為約0.14w/(m·k)，並且所述薄膜結構體在a-b軸中的熱導率的理論最小值為約0.28w/(m·k)。根據slack模型，在由bi2te3形成的薄膜結構體的情況下，所述薄膜結構體在c軸中的熱導率的理論最小值為約0.28w/(m·k)，並且所述薄膜結構體在a-b軸中的熱導率的理論最小值為約0.55w/(m·k)。

在實施例中，即使薄膜結構體40由不同於bi2te3的材料形成，也可理解，薄膜結構體40在c軸中的熱導率非常接近於根據d.cahill的模型或slack模型獲得的由bi2te3形成的薄膜結構體在c軸中的熱導率的理論最小值。

如果將熱電結構體10用於熱電器件，則熱電結構體10可以其原始狀態使用，或者可將熱電結構體10的元件的一部分從熱電結構體10分離或除去以用於所述熱電器件。

例如，當將熱電結構體10用於熱電器件時，可將緩衝層30和氧化物基底20從薄膜結構體40分離，並且可包括薄膜結構體40作為所述熱電器件的配置的一部分。

圖11為說明根據一些實例實施方式的參照圖3描述的製造熱電結構體10的方法的流程圖解。圖12說明從緩衝層30分離的薄膜結構體40的示意圖。圖13說明其中分離的薄膜結構體40設置在新的基底60上的熱電器件1000的示意圖。

參照圖11，製造熱電結構體10的方法除了參照圖3描述的操作s10、s21和s22之外可進一步包括操作s31和s32。

例如，在操作s31中，可將如圖2中所示的形成於緩衝層30上的薄膜結構體40從氧化物基底20分離。可將薄膜結構體40從緩衝層30和氧化物基底20分離。在一些實例實施方式中，將薄膜結構體40從氧化物基底20上的緩衝層30分離，使得緩衝層30保持在氧化物基底20上。在一些實例實施方式中，將薄膜結構體40和緩衝層30從氧化物基底20分離，使得薄膜結構體40保持在緩衝層30上。在一些實例實施方式中，可在將薄膜結構體40和緩衝層30從氧化物基底分離之後將薄膜結構體40從緩衝層30分離。

參照圖12，薄膜結構體40包括多個薄膜層41。薄膜結構體40在薄膜結構體40的厚度方向上的熱導率(k)可範圍為約0.14w/(m·k)-約0.3w/(m·k)。另外，通過進行ω掃描獲得的薄膜結構體40的fwhm可等於或小於約0.1度。

將薄膜結構體40從緩衝層30分離的方法可以多樣地改變。例如，可通過經由使用蝕刻方法除去緩衝層30而將薄膜結構體40從緩衝層30分離。然而，將薄膜結構體40從緩衝層30分離的方法不限於此，並且可多樣地採用本領域普通技術人員公知的技術。

在操作s32中，可將分離的薄膜結構體40放置於單獨的基底60上。該單獨的基底60可包括與氧化物基底20中包括的材料不同的材料。該單獨的基底60可為可用於熱電器件1000的基底。例如，基底60可為藍寶石基底。作為另一實例，基底60可為如下之一：砷化鎵(gaas)基底、矽基底、玻璃基底、和石英基底。作為另一實例，基底60可為由聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚萘二甲酸丁二醇酯(pbn)、聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚碳酸酯(pc)等形成的塑料基底。

雖然圖中未示出，但是熱電器件1000可進一步包括電連接至薄膜結構體40的電極。

根據一些實例實施方式，通過在一定條件下進行脈衝雷射沉積方法，可在氧化物基底上形成基於te的薄膜結構體。因此，可簡單地製造具有低的熱導率的基於te的薄膜結構體。

已經在附圖中描述和顯示了熱電結構體、熱電器件、以及其製造方法的一些實例實施方式以獲得對其的充分理解。然而，實例實施方式僅是實例，並且不被解釋為限於本文中闡述的描述。

應理解，本文中所描述的實例實施方式應僅在描述意義上考慮並且不用於限制目的。各實例實施方式中的特徵或方面的描述應典型地被認為可用於其它實例實施方式中的其它類似特徵或方面。

已經出於說明和描述的目的提供了前述描述。其不意圖為窮盡性的或者限制本公開內容。具體實例實施方式的單獨要素或特徵通常不局限於該具體實施方式，而是在適用時是可互換的並且可在所選擇的實施方式中使用，即使未被具體顯示或描述。其也可以許多方式變化。這樣的變化將不被認為背離本公開內容，並且所有這樣的修改意圖包括在本公開內容的範圍內。