热释电器件及其制备方法、热释电发电机与流程

本公开涉及电子器件和材料领域，具体地涉及一种热释电器件及其制备方法、热释电发电机。

背景技术：

1、热释电效应自18世纪首次被观察到以来，一直是热力学和固体物理学研究的重要课题。热释电效应是指某些材料在温度变化时能产生电荷的现象，其核心原理是基于材料的极化特性：当材料处于温度梯度下时，其中的正负电荷会发生位移，导致材料内部产生电荷分离，这种电荷分离可以用来驱动电路或产生电力。

2、近年来，随着对新型功能材料和能源收集技术的不断研究，热释电效应在能量收集和传感器技术领域受到了广泛关注。一是由于热释电材料具有良好的稳定性和低成本，其在能量收集和自供能系统中备受青睐。二是可以利用热释电材料在温度变化时产生的电信号来测量和监测温度变化情况，因此其在医疗、环境监测及工业自动化等领域的传感器技术中也发挥着重要作用。

3、传统的热释电效应在铁电陶瓷中产生，包括由温度变化引起的材料中正负电荷相对位移导致的极化强度变化(一级热释电效应)以及热膨胀和压电效应的复合作用(二级热释电效应)。然而，传统的热释电效应存在输出的电流密度小的问题，这限制了其在高性能应用场景中的进一步发展。

技术实现思路

1、为了解决传统热释电效应输出的电流密度小的问题，本公开实施例通过构建铁电半导体异质结界面可以实现快速响应和输出大的热释电电流密度。

2、本公开实施例的第一方面，提供一种热释电器件，其特征在于，包括层叠设置的柔性基底、第一电极、铁电层、半导体层和第二电极；所述铁电层和半导体层构成异质结界面。

3、在一些实施例中，所述柔性基底为云母基底，所述第一电极的材料为镍酸镧，所述第二电极的材料为透明的氧化铟锡。

4、在一些实施例中，所述第二电极为阵列结构，所述阵列结构通过掩模版和磁控溅射方法制备，所述掩模版用于控制所述第二电极的沉积区域为等间距排列的方形区域。

5、在一些实施例中，所述铁电层的材料选自铁酸铋、钛酸钡、钛酸铋钠和锆钛酸铅中的至少一种，所述铁电层的厚度为10-200nm；所述半导体层的材料选自二硫化钼和/或硒化锑，所述半导体层的厚度为50-600nm。

6、在一些实施例中，所述铁电层的材料为锆钛酸铅，厚度为20-50nm；所述半导体层的材料为硒化锑，厚度为200-500nm。

7、本公开实施例的第二方面，提供一种热释电器件的制备方法，该方法包括：准备云母基底作为柔性基底；在所述柔性基底的一个表面上形成第一电极；在所述第一电极上形成铁电层；在所述铁电层上形成半导体层，所述半导体层与所述铁电层构成异质结界面；在所述半导体层上形成第二电极。

8、在一些实施例中，所述铁电层的材料选自铁酸铋、钛酸钡、钛酸铋钠和锆钛酸铅中的至少一种，所述铁电层通过溶胶凝胶法制备形成，通过控制所述溶胶凝胶法中旋涂的层数使得所述铁电层的厚度为10-200nm；所述半导体层的材料选自二硫化钼和/或硒化锑，所述半导体层通过磁控溅射形成，通过控制磁控溅射的条件使得所述半导体层的厚度为50-600nm。

9、在一些实施例中，所述铁电层的材料为铁酸铋，所述旋涂的条件包括：旋转速度为3000-5000rpm，旋涂时间为10-30s，旋涂后的加热温度分别为200℃、400℃、550℃，加热时间分别为3min、3min、10min；或者，所述铁电层的材料为钛酸钡、钛酸铋钠或锆钛酸铅，所述旋涂的条件包括：旋转速度为3000-5000rpm，旋涂时间为18-25s，旋涂后的加热温度分别为200℃、400℃、680℃、加热时间分别为5min、5min、5min；所述磁控溅射的条件包括：溅射时间为10-50min。

10、在一些实施例中，在所述铁电层的上形成半导体层之后，所述制备方法还包括：进行退火处理，所述退火在氮气保护下进行，温度为200-400℃，时间为5-200min。

11、在一些实施例中，所述柔性基底为云母基底，所述第一电极的材料为镍酸镧，所述第二电极的材料为透明的氧化铟锡。

12、在一些实施例中，所述第二电极为阵列结构，所述阵列结构通过掩模版和磁控溅射方法制备，所述掩模版用于控制第二电极的沉积区域为等间距排列的方形区域。

13、本公开实施例的第三方面，提供一种热释电发电机，包括激光源、第一方面所述的热释电器件以及供电电路，其中，所述激光源用于发射激光，所述热释电器件用于在激光的照射下产生热释电电信号，所述供电电路用于输出所述热释电电信号。

14、本公开实施例的有益效果：

15、1、本公开通过构建铁电半导体异质结界面，可以输出大的热释电电流密度。且基于此构思可以进一步拓展，例如可以构建不同材料之间的界面并通过设计合理的界面来产生更大的热释电电流，具有广泛的设计范围和应用前景。

16、2、本公开提供的热释电器件具有快速响应的特性，能够在接触到能量变化时迅速产生外部信号响应。

17、3、本公开提供的热释电器件、热释电发电机制作简单，成本低，输出性能高，并且具有较高的稳定性和耐久性，可长期使用。

18、4、通过本公开提供的热释电发电机，能够有效解决传统的热释电发电机电流密度小的问题，收集激光的能量转换为电信号。

19、本公开实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种热释电器件，其特征在于，包括层叠设置的柔性基底、第一电极、铁电层、半导体层和第二电极；

2.根据权利要求1所述的热释电器件，其特征在于，所述柔性基底为云母基底，所述第一电极的材料为镍酸镧，所述第二电极的材料为透明的氧化铟锡。

3.根据权利要求2所述的热释电器件，其特征在于，所述第二电极为阵列结构，所述阵列结构通过掩模版和磁控溅射方法制备，所述掩模版用于控制所述第二电极的沉积区域为等间距排列的方形区域。

4.根据权利要求1所述的热释电器件，其特征在于，所述铁电层的材料选自铁酸铋、钛酸钡、钛酸铋钠和锆钛酸铅中的至少一种，所述铁电层的厚度为10-200nm；所述半导体层的材料选自二硫化钼和/或硒化锑，所述半导体层的厚度为50-600nm。

5.根据权利要求4所述的热释电器件，其特征在于，所述铁电层的材料为锆钛酸铅，厚度为20-50nm；所述半导体层的材料为硒化锑，厚度为200-500nm。

6.一种热释电器件的制备方法，其特征在于，该方法包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述铁电层的材料选自铁酸铋、钛酸钡、钛酸铋钠和锆钛酸铅中的至少一种，所述铁电层通过溶胶凝胶法制备形成，通过控制所述溶胶凝胶法中旋涂的层数使得所述铁电层的厚度为10-200nm；

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述铁电层的材料为铁酸铋，所述旋涂的条件包括：旋转速度为3000-5000rpm，旋涂时间为10-30s，旋涂后的加热温度分别为200℃、400℃、550℃，加热时间分别为3min、3min、10min；或者，

9.根据权利要求6-8中任意一项所述的制备方法，其特征在于，在所述铁电层的上形成半导体层之后，所述制备方法还包括：

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述柔性基底为云母基底，所述第一电极的材料为镍酸镧，所述第二电极的材料为透明的氧化铟锡。

11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述第二电极为阵列结构，所述阵列结构通过掩模版和磁控溅射方法制备，所述掩模版用于控制第二电极的沉积区域为等间距排列的方形区域。

12.一种热释电发电机，其特征在于，包括激光源、如权利要求1-5任意一项所述的热释电器件以及供电电路，其中，所述激光源用于发射激光，所述热释电器件用于在激光的照射下产生热释电电信号，所述供电电路用于输出所述热释电电信号。

技术总结本公开实施例提供一种热释电器件及其制备方法、热释电发电机，属于电子器件和材料领域。热释电器件包括层叠设置的柔性基底、第一电极、铁电层、半导体层和第二电极；铁电层和半导体层构成异质结界面。本公开实施例提供的热释电器件制备简单、成本低、能够实现快速响应和输出大的热释电电流密度，有效提升热释电器件的输出性能。技术研发人员：杨亚,韩笑受保护的技术使用者：北京纳米能源与系统研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/1