【摘 要】
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温差电转换技术作为一种绿色新能源,在废热回收再利用方面有着重要的应用前景。热电器件作为温差电转换技术的功能模块,其能量转换效率是行业关注的焦点。在热电器件封装制造的电互联制备工艺中,热电材料与金属电极的界面电性能是影响器件实际能量转换效率的关键因素。本课题通过碲化铋接触阻挡层的成分结构设计和化学镀膜工艺的优化,着眼于碲化铋基热电器件的界面电连接性能,采用回流焊接工艺实现机械电气连接,测试界面电输运
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温差电转换技术作为一种绿色新能源,在废热回收再利用方面有着重要的应用前景。热电器件作为温差电转换技术的功能模块,其能量转换效率是行业关注的焦点。在热电器件封装制造的电互联制备工艺中,热电材料与金属电极的界面电性能是影响器件实际能量转换效率的关键因素。本课题通过碲化铋接触阻挡层的成分结构设计和化学镀膜工艺的优化,着眼于碲化铋基热电器件的界面电连接性能,采用回流焊接工艺实现机械电气连接,测试界面电输运性能。课题研究结果如下:（1）采用化学镀工艺制备了镍单层、铁-钴两层和铁-钴-镍三层接触阻挡层体系。以BH4-/Me2+(Ni2+、Co2+、Fe2+)预镀活化体系代替传统的Sn-Pd/Ag活化体系,降低了化学镀成本,获得了稳定的酸、碱性化学镀镍工艺,碱性化学镀钴工艺和铝诱导碱性化学镀铁工艺。通过称重法获得了镍、钴、铁金属薄膜的平均沉积速率分别为5.92μm/h、7.1μm/h和2.6μm/h。（2）利用电化学工作站研究了BH4-/Me2+预镀体系和化学镀镍、钴、铁的沉积机理。研究结果表明:镍离子氧化性最强,亚铁离子氧化性最弱,钴离子的氧化能力介于两者之间,次亚磷酸根离子的还原能力弱于硼氢根离子;p H=10时BH4-/Me2+预镀体系的活化效果最好;温度能够影响次亚磷酸根离子的还原能力,确保次亚磷酸根离子沉积出镍、钴薄膜,但依旧无法还原出亚铁离子;铝作为原电池体系的牺牲阳极,提供了亚铁离子初始还原所需要的部分电子,诱导了次亚磷酸根离子还原亚铁离子的反应。（3）利用Comsol电化学物理场进行了化学镀镍的二维动态模拟。仿真结果表明悬挂的基体能够确保每个基体表面沉积较为均匀的金属薄膜,基体棱边位置的薄膜沉积速率要快于基体表面的沉积速率;其次,沉积反应仅发生在基体附近及表面,验证了固液异相催化作用。因此,将碲化铋悬挂在镀液中进行化学镀膜实验和阻挡层制备。（4）采用回流焊制备了“碲化铋-铜”焊接样品。提出了一种测量异质结接触电阻率的方法,获得了三种接触阻挡层体系的电连接性能。铁-钴-镍三层接触阻挡层体系的接触电阻率最小,在室温、70℃、110℃三种环境温度下的接触电阻率分别为32.35μΩ·cm~2、26.78μΩ·cm~2、52.2μΩ·cm~2。界面微观结构分析确定了接触阻挡层和焊料层的多层结构,阻止了铜和钎料元素的扩散。镍单层阻挡层两平行样品的界面剪切强度分别为3.55MPa和4.59MPa。
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