“…Key words: Bi 2 Te 3 ; interface bonding strength; interface contact resistance; Ni barrier layer; micro thermoelectric device 伴随能源短缺及环境污染问题加剧, 清洁能源 材料及相应的能源转换技术成为世界范围的研究热 点 [1] 。热电材料能够实现热能与电能之间的直接转 换, 在废热回收利用、固态制冷、精确温控等领域 具有发展潜力 [2][3][4][5][6] 。热电器件具有众多优点, 如无传 动部件、无噪音、体积小、寿命长等 [7][8] 。 微型热电器件能够在受限空间内精确控制温度, 同时为微瓦级电子元件供电, 如 5G 光模块、 自供电 可穿戴设备、 物联网节点电源等 [9] , 在日新月异的物 联网发展中受到越来越广泛的关注 [10] 。在室温条件 下, Bi 2 Te 3 基化合物具有优异的热电性能, 是主要的 商用热电材料。由于 Bi 2 Te 3 基微型热电器件的尺寸 小, 因此, 界面结合强度及接触电阻对于器件力学 性能及开路电压、输出功率等热电性能的影响更加 显著 [11] 。 室温 Bi 2 Te 3 基热电器件通常采用 Ni 作为阻挡层, Cu 充当电极, 二者通过锡膏焊接而成 [12] 。在优化 Bi 2 Te 3 基热电材料与 Ni 阻挡层间界面状态方面, 研 究人员做了大量探索 [13] 。 Liu 等 [14] 采用摩尔分数 1% SbI 3 掺杂的 Bi 2 Te 2.7 Se 0.3 作为阻挡层, 在 500 ℃及真 空条件下通过热压法与 Bi 2 Te 2.7 Se 0.3 基体焊接, 最终 热电单元的接触电阻<1 μΩ·cm 2 , 同时结合强度约 为 16 MPa, 可满足微型制冷器件工业化生产的性能 需求。Weitzman 等 [15] 利用硝酸与氢氟酸的混合液 (V(HNO 3) :V(HF)=1 : 1)对 n 型 Bi 2 Te 3 基块体材料表 面腐蚀 135 s, 再与 Ni 防扩散层焊接后制备得到热 电单元, 结合强度为 9.7~12.2 MPa。上海热磁电子 有限公司陈良杰等 [16] 与广东先导稀贵金属材料有 限公司蔡新志等 [17] 对腐蚀配方进行改进(氢氟酸 5%~20%(体积分数)、 硝酸 20%~40%(体积分数)), 制 备的热电单元中 n 型 Bi 2 Te 3 基块体材料与 Ni 防扩散 层间的接触电阻约为 5 μΩ·cm 2 。 Tang 等 [18] 使用商业 电镀法制备了热电器件, 最大输出功率为 2.60 mW。 Gupta 等 [19][20] 使用氩离子轰击 n 型 Bi 2 Te 3 基块体材 料表面, 随后在新鲜表面磁控溅射 Ni 阻挡层, 制备 得到热电单元, 经过 100 ℃退火 2 h, 界面接触电阻 <10 -7 Ω·cm 2 。此外, Bi 2 Te 3 基薄膜材料同样有大量 优化接触电阻的报道 [21][22][23][24][25] 。对于微型热电器件, 降 低 n 型 Bi 2 Te 3 基块体材料与阻挡层间的界面接触电 阻,提高界面的结合强度,开发成本低、工艺简单 的热电单元制备技术具有重要意义。 本工作通过控制 n 型 Bi 2 Te 3 基热电材料薄片在 新配置的表面处理液 [26][27][28][29][30][31] 中的浸泡时间, 详细探 究化学镀 Ni 后的界面结构, 并揭示其对界面结合 强度及界面接触电阻的影响规律, 为优化 Bi 2 Te 3 基 微型热电器件的开路电压、 输出功率等热电性能提 供支撑。 [24,[33][34]…”