傳統製造技術

2.4.1.1 布里茲曼法

圖 2-19 為布里茲曼法設備圖【26】，布里茲曼法成長晶體之過程，主要是藉 著爐體產生的溫度梯度，使材料由熔融之液相凝固成所需的結晶相。其製造方 式為利用較高溫區域，藉由對流和擴散來達到材料整體的均勻性，之後材料緩 慢的通過此ㄧ溫度梯度，使液相之材料緩慢地形成固體的結晶相。Yamashita 與 Hyun 等研究團隊，利用此法製作出以 Bi-Te 為主之熱電材料，並掺雜了 Sb 及

Se 兩種材料，根據掺雜不同成分的 Sb 及 Se，探討其材料的熱電特性【27, 28】。

2.4.1.2 CZ 法

CZ 法主要用於矽晶圓之製造，其成長方式為將結晶之素材，放置在以石墨、

石英、氮化硼或白金製成的坩堝內，經由電阻絲加熱或高頻感應加熱等方式，

將材料加以熔融且保持在較熔點稍高的溫度，再將單結晶的種晶(seed)，浸泡在 該溶液待其充分適應後，緩慢拉起，形成具有種子結晶方位排列之圓柱狀晶棒，

圖 2-20 為其設備及長晶方式示意圖【29】。L. D. Ivanova 研究團隊利用 CZ 法長 出單晶的 Sb2Te3與 Bi2Te3兩種材料，並對兩種材料掺雜 Se，分析成分在何種比 例下，可達到優良的熱電性質【30-32】。

上述兩種為利用熔融材料進行晶體製作之方式，然而此種方法為單向熔融 固 化 法 (unidirectionally solidified method) ， 其 結 構 為 菱 形 六 面 體 晶 格 (rhombohedron)，為一單晶材料。此單晶材料最大缺點為易從晶格結構的基本面 (basal plane)劈裂(cleavage fracture)，造成材料的機械性質強度不足，然而因其材 料之熱電性質良好，故常用於製造塊材之熱電材料。

2.4.1.3 熱壓成形法

熱壓成形法之技術，其方式乃同時施加額外壓力與提高環境溫度於材料 上，以提高材料之緻密度。圖 2-21 為設備示意圖【33】，通常使用可耐高溫之 石墨作為模具，接著將試料置放於模具內，並控制試料之熔融溫度及時間，以 達融化後冷卻、硬化，再予以取出模型成品即可，但此法只適用於簡單形狀之

結構。Hyun 等人以此方法壓製 Bi-Te-Sb 的熱電材料【34, 35】，首先，使用石 英管為模仁，將熱電材料裝填至石英管內，並置於 10^-5 torr 之真空環境下，將 石英管在加溫至 800 °C 的環境中，靜置 5 個小時，將冷卻之材料錠塊進行輾磨 後，進行不同粒徑篩選動作，再分別將不同粒徑進行熱壓，以製備熱電材料，

並對材料進行 XRD 晶格分析及材料之熱電特性量測。

2.4.1.4 熱擠壓成形法

圖 2-22 為熱擠壓成形之設備示意圖【36】。以熱擠壓法製備熱電材料，其方 法與熱壓法相較之下，優點為熱擠壓法之工作溫度接近熔點(melting point)，故 所得材料之機械性質較熱壓成形法優異。Miura 與 Seo 之研究團隊，控制晶粒之 晶格方向(orientation of grain)，並以不同之熔點擠製熱電材料，進行相關研究並 改進材料之熱電性能【37, 38】。

上述之熱壓成形與熱擠壓成形兩種方法，製備之熱電材料結構為多晶材 料，其優點為機械強度高，但其缺點為整體材料消耗量龐大，導致成本相對提 高，且熱電特性較差，故目前較少以此法製備熱電材料。

Figure 2-19 Schematic diagram of Bridgman method【26】.

Figure 2-20 Schematic diagram of CZ method【29】.

Figure 2-21 Schematic diagram of hot pressing method【33】.

Figure 2-22 Schematic diagram of hot extrusion method【36】.