Способ получения полупроводниковых твердых растворов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Корзун Борис Васильевич Желудкевич Александр Ларионович Пушкарев Анатолий Васильевич Олехнович Николай Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ получения полупроводникового твердого раствора на основе тройных соединений 2 и 2, при котором готовят шихту из 2 и 2, прессуют и подвергают термобарической обработке в течение 3-20 минут при давлении 4-6 ГПа и температуре 970-1270 с последующим гомогенизирующим отжигом в течение 24-48 ч при температуре 550-650 . Изобретение относится к области электронной промышленности, в частности полупроводниковому материаловедению, и направлено на получение твердых растворов на основе тройных полупроводниковых соединений 2 и 2, перспективных для использования в фотовольтаических преобразователях. Известен способ получения полупроводниковых твердых растворов на основе тройных соединений 2 и 2, в котором сплавы 1-2 ( - молярная доля 2) получали плавлением смеси составляющих химических элементов 1. Составляющие химические элементы вакуумировали в кварцевой ампуле, запаивали, нагревали и проводили плавление при 1423 , после чего полученные сплавы в течение 3 суток медленно охлаждали в печи до комнатной температуры. 17457 1 2013.08.30 Недостатками известного способа является то, что полупроводниковые твердые растворы на основе тройных соединений 2 и 2 образуются в узком диапазоне составов,например с 00,05 для твердых растворов со стороны 2 при температуре 693 , процесс проводят при высокой температуре (1423 ) и длительное время (72 ч). Известен способ получения полупроводниковых твердых растворов на основе тройных соединений 2 и 2, заключающийся в том, что шихту из механической смеси предварительно полученных соединений 2 и 2 нагревают до температуры,не превышающей температуру плавления, выдерживают при этой температуре и проводят гомогенизирующий отжиг 2, который по технической сущности наиболее близок к заявляемому изобретению и выбран в качестве прототипа. Растертые в порошок образцы предварительно полученных тройных соединений 2 и 2 смешивали в необходимых соотношениях, запрессовывали в таблетки, помещали в кварцевых ампулах, вакуумировали, нагревали и отжигали при 1073 в 3 стадии с продолжительностью каждой стадии отжига 432 ч. Недостатком прототипа является то, что полупроводниковые твердые растворы на основе тройных соединений 2 и 2 образуются в узком диапазоне составов,например с 00,05 для твердых растворов со стороны 2 при комнатной температуре, процесс проводят при повышенной температуре (1073 ) и длительное время (трехстадийный отжиг с продолжительностью каждой стадии 432 ч). Задачей настоящего изобретения является расширение диапазона составов твердых растворов, сокращение времени получения и уменьшение энергозатрат при получении полупроводниковых твердых растворов на основе тройных соединений 2 и 2. Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе получения полупроводниковых твердых растворов на основе тройных соединений 2 и 2 шихту из механической смеси предварительно полученных соединений 2 и 2 нагревают до температуры, не превышающей температуру плавления, выдерживают при этой температуре и проводят гомогенизирующий отжиг. Новым, по мнению авторов, является то, что полученный продукт подвергают термобарической обработке в течение 3-20 мин при давлении 4-6 ГПа и температуре 970-1270 с последующим отжигом в течение 24-48 ч при температуре 550-650 . Сущность способа получения полупроводниковых твердых растворов на основе тройных соединений 2 и 2 заключается в следующем. Вначале подготавливают шихту заданного состава с 00,15 из предварительно полученных тройных соединений 2 и 2. Шихту гомогенизируют в шаровой мельнице. После этого шихту запрессовывают в таблетки, помещают в камеру высокого давления и подвергают термобарической обработке в течение 3-20 мин при давлении 4-6 ГПа и температуре 9701270 . Далее таблетки извлекают из камеры высокого давления, помещают их в кварцевых ампулах, вакуумируют и осуществляют гомогенизирующий отжиг в течение 24-48 ч при температуре 550-650 . Использование термобарической обработки и последующего отжига позволяет расширить диапазон полупроводниковых твердых растворов на основе тройных соединений 2 и 2. На фигуре представлены диапазоны составов полупроводниковых твердых растворов на основе тройных соединений 2 и 2 со стороны 2 при комнатной температуре, полученные с использованием прототипа (1) и заявляемого способа (2). Заявляемый способ позволяет расширить диапазон составов с 00,05 до 00,15. Примеры конкретного применения способа получения полупроводниковых твердых растворов на основе тройных соединений 2 и 2. Пример 1. Подготавливали шихту состава 0,06 молярных долей 2 и 0,94 молярных долей 2 из предварительно полученных тройных соединений 2 и 2. Шихту гомогенизировали в шаровой мельнице в течение 40 мин при частоте вращения 250 об./мин. 2 17457 1 2013.08.30 После этого шихту запрессовывали в таблетки, помещали в камеру высокого давления и подвергали термобарической обработке в течение 3 мин при давлении 6 ГПа и температуре 970 . Далее таблетки извлекали, помещали их в кварцевых ампулах, вакуумировали и осуществляли гомогенизирующий отжиг при температуре 550 в течение 48 ч. Полученное вещество представляло собой твердый раствор состава 0,06 молярных долей 2 и 0,94 молярных долей 2, кристаллическая структура соответствовала структуре халькопирита. По сравнению с прототипом диапазон составов твердых растворов являлся более широким, происходило сокращение времени получения и уменьшение энергозатрат. Пример 2. Подготавливали шихту в соотношении 0,10 молярных долей 2 и 0,90 молярных долей 2 из предварительно полученных тройных соединений 2 и 2. Шихту гомогенизировали в шаровой мельнице в течение 40 мин при частоте вращения 250 об./мин. После этого шихту запрессовывали в таблетки, помещали в камеру высокого давления и подвергали термобарической обработке в течение 10 мин при давлении 5 ГПа и температуре 1120 . Далее таблетки извлекали, размещали их в кварцевых ампулах, вакуумировали и осуществляли гомогенизирующий отжиг при температуре 600 в течение 36 ч. Полученное вещество представляло собой твердый раствор состава 0,10 молярных долей 2 и 0,90 молярных долей 2, кристаллическая структура соответствовала структуре халькопирита. По сравнению с прототипом диапазон составов твердых растворов являлся более широким, происходило сокращение времени получения и уменьшение энергозатрат. Пример 3. Подготавливали шихту в соотношении 0,15 молярных долей 2 и 0,85 молярных долей 2 из предварительно полученных тройных соединений 2 и 2. Шихту гомогенизировали в шаровой мельнице в течение 40 мин при частоте вращения 250 об./мин. После этого шихту запрессовывали в таблетки, помещали в камеру высокого давления и подвергали термобарической обработке в течение 20 мин при давлении 4 ГПа и температуре 1270 . Далее таблетки извлекали, помещали их в кварцевых ампулах, вакуумировали и осуществляли гомогенизирующий отжиг при температуре 650 в течение 24 ч. Полученное вещество представляло собой твердый раствор состава 0,15 молярных долей 2 и 0,85 молярных долей 2, кристаллическая структура соответствовала структуре халькопирита. По сравнению с прототипом диапазон составов твердых растворов являлся более широким, происходило сокращение времени получения и уменьшение энергозатрат. Преимуществом заявляемого способа получения полупроводниковых твердых растворов на основе тройных соединений 2 и 2 по сравнению с известными способами является расширение диапазона составов твердых растворов, сокращение времени получения, уменьшение энергозатрат. Источники информации 1..,,.,.1-2// Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3