Шихта для синтеза полупроводникового соединения CuAl5S8

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ШИХТА ДЛЯ СИНТЕЗА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ 58(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Корзун Борис Васильевич Фадеева Елена Александровна(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Шихта для синтеза полупроводникового соединения 58, представляющая собой механическую смесь входящих в его состав химических элементов, отличающаяся тем, что содержит химические элементы в соотношении, соответствующем формуле 0,0417-0,01710,37500,01020,58330,0069, где 01. Изобретение относится к области электронной промышленности, в частности полупроводниковому материаловедению. Известной шихтой для синтеза полупроводниковых соединений многокомпонентного состава является шихта, представляющая собой механическую смесь химических элементов, взятых в стехиометрическом соотношении. Указанную шихту, представляющую собой механическую смесь химических элементов и содержащую химические элементы в стехиометрическом соотношении, соответствующем составу, ат. дол. медь 0,071 алюминий 0,357 сера 0,571, использовали также при получении полупроводникового соединения 58 таким способом, как прямой синтез из простых веществ 1. Однако использование этой шихты для получения слитков из стехиометрических расплавов для соединений, образующихся по перитектическим реакциям, осложнено рядом проблем, связанных с особенностями диаграмм состояния соответствующих тройных систем 2. Кристаллизация стехиометрического расплава соединения 58 также происходит по перитектической реакции, при которой первичные выпадающие при кристаллизации кристаллы имеют состав (Си 2)0,497(А 123)0,503 3. Это означает, что для образования 58 должна пройти реакция между твердой фазой (С 2)0,497(А 123)0,503 и оставшейся жидкостью состава (Си 2)0,10(А 123)0,90. Скорость такой гетерогенной реакции невелика, поэтому после затвердевания стехиометрического расплава этого соединения в 11152 1 2008.10.30 слитке обнаруживаются включения посторонних фаз, что приводит к невозможности получить гомогенные по составу слитки. Еще одной известной шихтой для синтеза полупроводниковых халькогенидных соединений является шихта стехиометрического состава, но с незначительным избыточным количеством халькогена 4. Указанное избыточное количество халькогена обеспечивает создание противодавления в реакционном объеме, несколько превышающее давление,развиваемое летучими составляющими шихты, а также паровой фазой, состоящей из продуктов диссоциации уже синтезированных веществ, находящихся в неизотермических условиях. Как известно, процессы получения кристаллов из стехиометрических расплавов в подавляющем большинстве случаев проводятся в условиях термического градиента, когда расплав и контактирующий с ним растущий кристалл находятся при различных температурах. При этом над расплавом и твердой частью шихты есть паровая фаза, состоящая из продуктов диссоциации конденсированных фаз, если температуры, при которых они находятся, выше температур разложения. Использование этой шихты для получения слитков из стехиометрических расплавов для соединений, образующихся по перитектическим реакциям, позволяет исключить нарушение состава слитка из-за исключения термической диссоциации уже синтезированных веществ, однако, поскольку, кристаллизация стехиометрического расплава соединения 58 происходит по перитектической реакции с невысокой скоростью гетерогенной реакции, то после затвердевания стехиометрического расплава этого соединения в слитке по-прежнему обнаруживаются включения посторонних фаз, что приводит к невозможности получить гомогенные по составу слитки. Использование для синтеза полупроводникового соединения 58 шихты, представляющей собой механическую смесь химических элементов стехиометрического состава, но с незначительным избыточным количеством халькогена 4 является наиболее близким техническим решением к заявляемому методу по технической сущности и достигаемому результату и выбрано нами в качестве прототипа. Общими существенными признаками прототипа и заявляемого изобретения является то, что состав шихты представляет собой механическую смесь химических элементов. Задачей изобретения является разработка шихты, использование которой позволило бы синтезировать полупроводниковое соединение 58 гомогенного состава. Поставленная задача решается тем, что шихта для синтеза полупроводникового соединения 58, представляющая собой механическую смесь входящих в его состав химических элементов, содержит химические элементы в соотношении, соответствующем формуле 0,0417 - 0,01710,37500,01020,58330,0069, где 0 у 1. Новым, по мнению авторов, является то, что шихта для синтеза полупроводникового соединения 58 содержит химические элементы в соотношении, соответствующем формуле 0,0417 - 0,01710,37500,01020,58330,0069, где 0 у 1. Заявляемая шихта для синтеза полупроводникового соединения 58 в отличие от известной шихты и прототипа содержит химические элементы в соотношении, соответствующем формуле 0,0417 - 0,01710,37500,01020,58330,0069, где 0 у 1. Эти составы находятся в интервале от состава той жидкой фазы (С 2)0,10(А 123)0,90, которая наряду с образованием первичных кристаллов состава (С 2)0,497(А 123)0,503 образуется при кристаллизации полупроводникового соединения 58 из расплава стехиометрического состава (0,0417 - 0,01710,37500,01020,58330,00690, а именно - состав 0,04170,37500,5833) до эвтектического состава (С 2)0,06(А 123)0,94 (0,0417 - 0,01710,37500,01020,58330,0069 с у 1, а именно - состав 0,02460,38520,5902). Использование шихты указанных составов позволяет создать такие условия кристаллизации, при которых сначала образуются кристаллы состава, соответствующего полупроводниковому соединению 58. При дальнейшем охлаждении кристаллизация жидкости идет хотя и с образованием твердой фазы 2 11152 1 2008.10.30 меняющегося состава, но без перитектического превращения, что и обеспечивает получение образцов 58 гомогенного состава. Предлагаемая шихта для синтеза полупроводникового соединения 58, представляющая собой механическую смесь входящих в его состав химических элементов, отличающаяся тем, что содержит химические элементы в соотношении, соответствующем формуле 0,0417 - 0,01710,37500,01020,58330,0069, где 0 у 1 является простой по исполнению и имеет то преимущество, что обеспечивает возможность синтеза гомогенных образцов полупроводникового соединения 58. Примеры конкретного использования шихты для синтеза полупроводникового соединения 58. Пример 1. Рассчитывали навеску общей массой 20 г, необходимую для синтеза тройного полупроводникового соединения 58, исходя из того, что шихта для синтеза полупроводникового соединения 58 содержит химические элементы в соотношении,соответствующем формуле 0,0417 - 0,01710,37500,01020,58330,00691,именно 0,02460,38520,5902 (ат. дол. медь 0,0246 алюминий 0,3852 сера 0,5902). Навеску, состоящую из химических элементов меди, алюминия и серы, для предотвращения взаимодействия алюминия с материалом ампулы загружали в тигель из нитрида бора и размещали его в кварцевой ампуле. После загрузки ампулу откачивали, запаивали и помещали в вертикальную печь сопротивления с двумя независимо регулируемыми зонами. Длину ампулы подбирали таким образом, что вначале ампула с шихтой находилась в верхней зоне печи. После этого проводили синтез соединения 58, варьируя скорости нагрева шихты и выдержки при температурах реакций и с целью получения однородного расплава осуществляли нагрев ампулы до температур, превышающих 1520 К. Кристаллизацию расплава выполняли путем медленного опускания ампулы в нижнюю зону (0,1-0,2 мм/ч), находящуюся при температуре меньшей температуры перитектической реакции образования 58 (1323 К). С целью гомогенизации полученного соединения проводили изотермический отжиг при температуре 1173 К в течение 240 часов. По завершении синтеза отключали печь, и охлаждение полученных слитков происходило вместе с печью. Верхнюю часть слитка, закристаллизовавшуюся в последнюю очередь и включавшую в себя фазу, соответствующую эвтектическому составу 0,02460,38520,5902/(2)0,06(А 123)0,94/, удаляли. Полученное вещество представляло собой однородный по составу слиток без включения дополнительных фаз с размерами отдельных блоков до 3 мм. Пример 2. Рассчитывали навеску общей массой 20 г, необходимую для синтеза тройного полупроводникового соединения 58, исходя из того, что шихта для синтеза полупроводникового соединения 58 содержит химические элементы в соотношении,соответствующем формуле 0,0417 - 0,01710,37500,01020,58330,0069 с 0,5, а именно 0,03320,38010,5867 (ат. дол. медь 0,0332 алюминий 0,3801 сера 0,5867). Навеску, состоящую из химических элементов меди, алюминия и серы, для предотвращения взаимодействия алюминия с материалом ампулы загружали в тигель из нитрида бора и размещали его в кварцевой ампуле. После загрузки ампулу откачивали, запаивали и помещали в вертикальную однозонную печь сопротивления, изготовленную таким образом, что на ее протяжении существует температурный градиент 10-20 К/см. После этого проводили синтез соединения 58, варьируя скорости нагрева шихты и выдержки при температурах реакций и с целью получения однородного расплава осуществляли нагрев ампулы до температур, после чего с целью получения однородного расплава осуществляли нагрев ампулы до температур, превышающих 1520 К. Кристаллизацию расплава выполняли путем медленного охлаждения всей печи со скоростью 1-10 К/ч ниже темпера 3 11152 1 2008.10.30 туры перитектической реакции образования 58 (1323 К), при этом нижняя часть расплава, находившаяся при меньшей температуре, закристаллизовывалась в первую очередь. С целью гомогенизации полученного соединения проводили изотермический отжиг при температуре 1173 К в течение 240 часов. По завершении синтеза отключали печь, и охлаждение полученных слитков происходило вместе с печью. Верхнюю часть слитка,закристаллизовавшуюся в последнюю очередь и включавшую в себя фазу, соответствующую эвтектическому составу 0,02460,38520,5902 /(2)0,06(А 123)0,94/, удаляли. Полученное вещество представляло собой однородный по составу слиток без включения дополнительных фаз с размерами отдельных блоков до 3 мм. Источники информации 1.-/ , // . . . - 1977. - . 12, . 3. - . 219-225. 2./ // . . Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4