论文部分内容阅读
随着微机电系统(MEMS)的快速发展,为MEMS提供电能的微小型功率器件(Power—MEMS)逐步得到了广泛的研制。由热电材料制备的温差发电器件是利用热电材料的Seebeck效应,直接将热能转换为电能的装置,和传统的发电器件相比,它具有对工作环境高度适用性、寿命长、无需维护、无污染、无震动、无噪声等一系列优点。但是由于其较低的转换效率以及结构难以微型化,它的应用受到很大的限制。为了扩大其应用范围,必须在提高材料转换效率的同时简化温差发电器件的结构。
本文针对常温下微功率器件的功率需求,提出了Bi2Te3基热电薄膜微小型温差发电器的设计方案,采用磁控溅射法制备了P型Bi0.5Sb1.5Te3和N型Bi2Te2.7Se0.3热电薄膜,以此为基础制备了多对P型和N型电偶臂连接的发电模块,主要研究成果如下:
1、采用三靶共溅的方法制备了P、N型热电薄膜。在基片清洁度、沉积温度、气压等其它条件一定的情况下,薄膜的成分不仅与溅射功率有关,而且与自偏压有关,发现溅射功率与自偏压存在近似线性关系。
2、沉积温度对P、N型薄膜的质量与性能影响显著,P型薄膜的最佳沉积温度为250℃,N型薄膜的最佳沉积温度为200℃。
3、分别在玻璃基片和铁氟龙高温布(PTFE)基片上制备了P、N热电薄膜。研究发现,在玻璃基片上沉积的薄膜功率因子较高,但是高温布基片具有较好的柔韧性,更加适合做微小型温差发电模块的基片。
4、在高温布上制备了由15对P、N型电单偶串联而成的温差发电模块,获得了PN coples的电偶臂对数与输出电压的关系,分析了电偶臂的宽度和长度的最佳值,以此模块制作的小型发电器件,在两端温差为25℃时,开路电压达到35.5 mV,最大输出功率为13.7 nW。