一种碲化铋基材料的电解抛光表面处理方法与流程
1.本发明涉及碲化铋基材料表面处理技术领域，尤其涉及一种碲化铋基材料的电解抛光表面处理方法。
背景技术：
2.热电材料是一种可以将热能和电能相互转换的功能材料，碲化铋(bt)是目前已经商业化的、室温热电性能最好的热电材料，常用于热电制冷器中。随5g迅速的发展，热电制冷器的应用越来越广泛，由于bt铸锭的机械强度不高，一般采用内圆切割或者线切割的方式切割bt铸锭，切割得到的晶片表面会有一定的粗糙度，尤其是线切割造成的表面粗糙度更大，这就导致bt晶片的接触热阻和接触电阻由于收缩效用变大，进而导致热电制冷器整体性能下降。而且切割时由于切割应力的存在，也会在bt晶片表面产生一层应力损伤层，这是由于切割时会对bt表面施加应力而bt本身机械强度不高导致的。化学刻蚀能够大幅度去除bt晶片表面的应力损伤层，但是该方法会导致bt晶片表面具有很大的粗糙度，因此开发一种既能去除表面应力损伤层，又能够降低表面粗糙度的bt晶片表面处理方法，对提升热电制冷器整体性能十分重要。
3.例如，在中国专利文献上公开的“应用于热电器件的p型碲化铋基材料的表面处理剂及方法”，其公告号为cn112458542a包括粗化液和除灰液两部分；所述粗化液的组成按体积百分比计包括：5～50％盐酸、5～40％双氧水、5～10％硝酸、余量为水；所述除灰液的组成按体积百分比计包括：5～50％、5～20％盐酸、5～10％硝酸、余量为水。该表面处理剂在使用时需要将粗化液和除灰液配合使用，其使用方法为将洁净的p型碲化铋基晶片先浸入粗化液中，再浸入除灰液中完成预处理，处理后的晶片通过电镀或化学镀方式进行金属化连接。虽然碲化铋基晶片的表面应力损伤层可通过该表面处理剂去除，但处理后碲化铋基晶片的表面粗糙度较大，导致接触热阻和接触电阻增大，进而影响热电制冷器整体性能。
技术实现要素：
4.本发明为了克服现有技术下去除碲化铋基晶片表面应力损伤层的方法会导致碲化铋基晶片表面粗糙度大幅上升的问题，提供一种碲化铋基材料的电解抛光表面处理方法，该方法适用于n型碲化铋晶片和p型碲化铋晶片，既能去除切割应力导致的损伤，又能降低晶片表面粗糙度，同时该方法可实现批量处理，操作简单，效率高。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种碲化铋基材料的电解抛光表面处理方法，所述方法包括将单片或多片碲化铋晶片浸入抛光液中进行电解抛光处理。
6.本发明通过电解时金属在阳极溶解的原理去除碲化铋晶片表面的应力损伤层。
7.作为优选，所述碲化铋晶片为由区熔、热压或热挤出方式制备的n型碲化铋晶棒和p型碲化铋晶棒切割成的n型碲化铋晶片和p型碲化铋晶片。
8.作为优选，所述抛光液包括n型抛光液和p型抛光液。
9.由于n\p型碲化铋成分有差异，所以会需根据n\p型设计不同的抛光液及电解电压。
10.作为优选，所述p型抛光液包括质量分数为5-50％的碱性物质，10-30％的有机酸，5-15％的弱电解质，余量为水。
11.作为优选，所述n型抛光液包括质量分数为5-40％的碱性物质，5-20％的有机酸，5-15％的弱电解质，余量为水。
12.作为优选，所述碱性物质为koh、naoh中的一种或几种。
13.作为优选，所述有机酸为酒石酸、草酸、柠檬酸、苹果酸、抗坏血酸、山梨酸和琥珀酸中的一种或几种。
14.作为优选，所述弱电解质为乙二醇、甘油中的一种或几种。
15.作为优选，所述电解抛光处理过程包括将单片或多片碲化铋晶片浸入p型抛光液中，以15-50℃的电解抛光温度、3-8v的单片抛光电压电解处理3-30min。
16.作为优选，所述电解抛光处理过程包括将单片或多片碲化铋晶片浸入n型抛光液中，以15-50℃的电解抛光温度、2-5v的单片抛光电压电解处理3-30min。
17.在3-30min的范围内，抛光效果先随电解处理时间的增加而提高，再随电解处理时间的增加而下降，综合考虑电解时间与抛光效果，选择5min的处理时间最佳。
18.因此，本发明采用电解抛光的原理对热电材料碲化铋晶片进行表面处理，既能去除切割应力导致的损伤，提升器件可靠性。同时又能降低晶片表面粗糙度，降低晶片镀镍后因为热流收缩和电流收缩导致的接触热阻和接触电阻的升高，进一步提升热电制冷器的整体性能。
附图说明
19.图1为本发明实施例1中电解抛光前晶片sem照片。
20.图2为本发明实施例1中电解抛光后晶片sem照片。
21.图3为本发明实施例3中电解抛光前晶片sem照片。
22.图4为本发明实施例3中电解抛光后晶片sem照片。
具体实施方式
23.下面结合附图与具体实施方法对本发明做进一步的描述。
24.实施例1一种热挤出p型碲化铋晶棒的表面处理方法，步骤如下：(1)将热挤出p型碲化铋晶棒经内圆切割成厚度1.5mm的晶片，经测量粗糙度ra为0.63μm；(2)将切割好的p型晶片20片每挂处理上挂；(3)将koh、酒石酸、甘油和水以30:10:15:45的质量比搅拌混匀得到p型抛光液；(4)将步骤(2)中上好挂的准备处理的晶片完全浸泡到p型抛光液里，并接上直流电源正极，负极接石墨板，以80v恒压电常温下抛光5min。
25.实施例2
一种区熔p型碲化铋晶棒的表面处理方法，步骤如下：(1)将p型碲化铋晶棒经线切割成厚度1.5mm的晶片，经测量粗糙度ra为7.55μm；(2)将切割好的p型晶片20片每挂处理上挂；(3)将koh、酒石酸、甘油和水以30:10:15:45的质量比搅拌混匀得到p型抛光液；(4)将步骤(2)中上好挂的准备处理的晶片完全浸泡到p型抛光液里，并接上直流电源正极，负极接石墨板，以85v恒压电常温下抛光5min。
26.实施例3一种区熔n型碲化铋晶棒，步骤如下：(1)将区熔n型碲化铋晶棒经线切割成厚度1.5mm的晶片，经测量粗糙度ra为7.52μm；(2)将切割好的n型晶片20片每挂处理上挂；(3)将koh、酒石酸、甘油和水以25:10:5:60的质量比搅拌混匀得到n型抛光液；(4)将步骤(2)中上好挂的准备处理的晶片完全浸泡到n型抛光液里，并接上直流电源正极，负极接石墨板，以105v恒压电常温下抛光5min。
27.实施例4一种区熔n型碲化铋晶棒，步骤如下：(1)将实施例3中切割好的n型晶片20片每挂处理上挂；(2)将koh、柠檬酸、乙二醇和水以25:10:5:60的质量比搅拌混匀得到n型抛光液；(3)将步骤(1)中上好挂的准备处理的晶片完全浸泡到n型抛光液里，并接上直流电源正极，负极接石墨板，以105v恒压电常温下抛光30min。
28.对比例1一种热挤出p型碲化铋晶棒的表面处理方法，步骤如下：(1)将实施例1中切割好的p型晶片20片每挂处理上挂；(2)将koh、酒石酸和水以30:10:45的质量比搅拌混匀得到p型抛光液；(3)将步骤(1)中上好挂的准备处理的晶片完全浸泡到p型抛光液里，并接上直流电源正极，负极接石墨板，以80v恒压电常温下抛光5min。
29.对比例2一种热挤出p型碲化铋晶棒的表面处理方法，步骤如下：(1)将盐酸、硝酸、双氧水和水以20：30：10：40的体积比混合均匀得到表面处理液，将、盐酸、硝酸和水以40：10：10：40的体积比混合均匀得到除灰液；(2)将实施例1中切割好的p型晶片浸入表面处理液中，常温下浸泡5min，再浸入除灰液中常温浸泡5min。
30.记录上述经实施例和对比例方法处理后的晶片表面粗糙度，结果如表1所示。
31.表1.晶片表面粗糙度。项目切割后(μm)处理后(μm)实施例10.630.39实施例27.554.32实施例37.523.20实施例47.523.98
对比例10.630.46对比例20.630.44
32.由表1数据可知，本发明方法可批量化去除晶片表面切割应力导致的损伤，并且降低晶片表面粗糙度。对比例2使用常规化学刻蚀处理晶片，其处理后的晶片表面粗糙度高于本发明方法，较大的表面粗糙度会通过使得接触热阻和接触电阻增加，进而导致热电制冷器的性能下降。
33.将经实施例和对比例方法处理后的晶片使用电镀方法在其表面镀镍，使用热阻导热测试仪和开尔文四线法检测镀镍后晶片的接触热阻和接触电阻，结果如表2所示。
34.表2.镀膜后晶片的接触热阻和接触电阻。项目dt(k)电阻(ω)实施例171.82.590实施例265.32.364实施例364.92.361实施例465.12.368对比例171.82.581对比例271.32.623
35.由表2可知，本发明通过降低晶片表面粗糙度，进而降低晶片镀镍后因为热流收缩和电流收缩导致的接触热阻和接触电阻。
技术特征：
1.一种碲化铋基材料的电解抛光表面处理方法，其特征是，所述方法包括将单片或多片碲化铋晶片浸入抛光液中进行电解抛光处理。2.根据权利要求1所述的一种碲化铋基材料的电解抛光表面处理方法，其特征是，所述碲化铋晶片为由区熔、热压或热挤出方式制备的n型碲化铋晶棒和p型碲化铋晶棒切割成的n型碲化铋晶片和p型碲化铋晶片。3.根据权利要求2所述的一种碲化铋基材料的电解抛光表面处理方法，其特征是，所述抛光液包括n型抛光液和p型抛光液。4.根据权利要求3所述的一种碲化铋基材料的电解抛光表面处理方法，其特征是，所述p型抛光液包括质量分数为5-50%的碱性物质，10-30%的有机酸，5-15%的弱电解质，余量为水。5.根据权利要求3所述的一种碲化铋基材料的电解抛光表面处理方法，其特征是，所述n型抛光液包括质量分数为5-40%的碱性物质，5-20%的有机酸，5-15%的弱电解质，余量为水。6.根据权利要求4或5所述的一种碲化铋基材料的电解抛光表面处理方法，其特征是，所述碱性物质为koh、naoh中的一种或几种。7.根据权利要求4或5所述的一种碲化铋基材料的电解抛光表面处理方法，其特征是，所述有机酸为酒石酸、草酸、柠檬酸、苹果酸、抗坏血酸、山梨酸和琥珀酸中的一种或几种。8.根据权利要求4或5所述的一种碲化铋基材料的电解抛光表面处理方法，其特征是，所述弱电解质为乙二醇、甘油中的一种或几种。9.根据权利要求4所述的一种碲化铋基材料的电解抛光表面处理方法，其特征是，所述电解抛光处理过程包括将单片或多片碲化铋晶片浸入p型抛光液中，以15-50℃的电解抛光温度、3-8v的单片抛光电压电解处理3-30min。10.根据权利要求5所述的一种碲化铋基材料的电解抛光表面处理方法，其特征是，所述电解抛光处理过程包括将单片或多片碲化铋晶片浸入n型抛光液中，以15-50℃的电解抛光温度、2-5 v的单片抛光电压电解处理3-30min。
技术总结
本发明涉及碲化铋基材料表面处理技术领域，为解决现有技术下去除碲化铋基晶片表面应力损伤层的方法会导致碲化铋基晶片表面粗糙度大幅上升的问题，公开了一种碲化铋基材料的电解抛光表面处理方法，所述方法包括将单片或多片碲化铋晶片浸入抛光液中进行电解抛光处理。该表面处理方法既能去除切割应力导致的损伤，提升器件可靠性。同时又能降低晶片表面粗糙度，降低晶片镀镍后因为热流收缩和电流收缩导致的接触热阻和接触电阻的升高，进一步提升热电制冷器的整体性能。热电制冷器的整体性能。热电制冷器的整体性能。
