● 摘要
与传统的发电和制冷手段相比，热电器件具有可靠性高，无污染，无可移动模块等优点。对一个热电薄膜器件来说，影响其性能的关键主要有材料的ZT值，以及器件的电阻和热阻。在过去十多年里，材料的ZT值已经得到了很大提高，并且在未来很多年里可能很难再有较大的突破了，此时，接触电阻与接触热阻是制约微型薄膜器件性能的瓶颈。电极作为器件的一个重要组成部分，它的结构与性能将直接影响到整个器件的接触电阻和接触热阻。因此，如果能制备出高电导率，高热导率，高稳定性的电极将使薄膜器件的性能得到更大的提升，使之能实际应用。
本文以制备高结合力、高电导率、高稳定性的硬质AlN基底Cu薄膜电极为研究对象，针对目前电极材料与AlN基底结合力差，热电器件接触电阻及接触热阻较高的难题，通过引入新型共溅层，增强薄膜间的结合力，减小器件的接触电阻及接触热阻，改善器件的发电或者制冷性能。具体是采用磁控溅射法，在AlN基底上制备了Cu薄膜电极，通过调节溅射温度、溅射时间、溅射气压等工艺参数，探索出最佳的溅射参数，降低电极的电阻。此外，通过双靶共溅射技术，引入Ti-Cu/Ti这种过渡层，并结合扫描电镜图片，来优化电极材料与基底的界面，并利用纳米划痕测试及冷热冲击测试来考察薄膜电极的结合力和稳定性，最后成功制备出具有高结合力，高导电性以及高稳定性的用于热电器件的薄膜电极。同时，探索了退火温度对电极性能的影响，获得了改善薄膜电极电阻的最佳退火温度。
进一步将此电极应用于热电制冷器件中，制作了面外型热电薄膜制冷器件，研究了器件中各薄膜间的界面情况，并测量了器件的电阻，使之与基于普通电极制作的器件进行对比。我们发现，制备高电导率，高热导率，高稳定性电极技术的引入，能有效降低器件的电阻，并且理论上也能降低器件的接触热阻，这为提高薄膜型热电器件的性能奠定了基础，并对其实际应用提供了保证。