Способ получения полупроводникового соединения со структурой халькопирита CuAlTe2

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ СО СТРУКТУРОЙ ХАЛЬКОПИРИТА 2(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Корзун Борис Васильевич Фадеева Елена Александровна Шелег Александр Устинович Соболь Валерий Романович(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ получения полупроводникового соединения со структурой халькопирита 2 , при котором шихту, содержащую механическую смесь химических элементов ,ив нестехиометрическом соотношении, соответствующем составу 0,1900-0,027 0,28600,0160,52400,011, гдеравно 0 или 0,5, помещают в ампулу,нагревают выше температуры плавления, кристаллизуют в печи с температурным градиентом 10-30 К/см путем охлаждения со скоростью 1-10 К/ч или протяжкой ампулы через температурный градиент со скоростью 0,4-0,8 м/ч и осуществляют отжиг при температуре (57310) К в течение (202) часов. Изобретение относится к области электронной промышленности, в частности полупроводниковому материаловедению, и направлено на получение перспективного для излучателей в ИК области полупроводникового соединения со структурой халькопирита 2. Известен способ получения полупроводникового соединения со структурой халькопирита 2 с использованием синтеза из химических элементов 1, который по технической сущности наиболее близок к заявляемому изобретению и выбран в качестве прототипа. Исходные компоненты (медь марки В 3, алюминий и теллур В 4) в стехиометрических соотношениях, то есть соответствующих составу 0,250,250,50, загружали в тигель из нитрида алюминия, который помещали в кварцевую ампулу. Подготовленную ампулу (откачанную и запаянную) помещали в вертикальную однозонную печь, в которой температуру повышали со скоростью 100 К/ч (с вибрацией ампулы) до 1190 , и выдерживали в течение 2 ч. Затем температуру понижали до 1000 К и отжигали полученные кристаллы в течение 10 суток. 14710 1 2011.08.30 Недостатком прототипа является то, что при его использовании для получения образующегося по перитектической реакции соединения образование 2 происходит в результате гетерогенной реакции между твердой фазой состава (2)0,97(23)0,03 (первичные выпавшие кристаллы) и жидкостью состава (2)0,40(23)0,60 2. Учитывая,что такие реакции протекают очень медленно, для получения гомогенных образцов соединения со структурой халькопирита 2 необходимо использовать высокие температуры (1000 К) и длительное время отжига (10 суток). Известен способ получения полупроводникового соединения со структурой халькопирита 2 с использованием синтеза из химических элементов из шихты нестехиометрического состав, который по технической сущности наиболее близок к заявляемому изобретению и выбран в качестве аналога 3. Рассчитывали навеску исходя из того, что шихта для синтеза полупроводникового соединения 2 содержит химические элементы в нестехиометрическом соотношении, соответствующем составу 0,1900-0,0270,28600,0160,52400,011 с у 0,5, а именно 0,17650,29400,5295(ат. дол. медь 0,1765 алюминий 0,2940 теллур 0,5295). Навеску, состоящую из химических элементов меди, алюминия и теллура, 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 2, варьируя скорости нагрева шихты и выдержки при температурах реакций, и с целью получения однородного расплава осуществляли нагрев ампулы до температур, превышающих 1360 К. Кристаллизацию расплава выполняли путем медленного охлаждения всей печи со скоростью 1-10 К/ч ниже температуры перитектической реакции образования 2 (1183 К), при этом нижняя часть расплава, находившаяся при меньшей температуре, закристаллизовывалась в первую очередь. С целью гомогенизации полученного соединения проводили изотермический отжиг при температуре 573 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 0,16300,30200,5350/(2)0,35(23)0,65/, удаляли. Полученное вещество представляло собой однородный по составу слиток без включения дополнительных фаз с размерами отдельных блоков до 3 мм. Недостатком аналога является то, что при его использовании для получения образующегося по перитектической реакции соединения образование 2 происходит в результате гетерогенной реакции между твердой фазой состава (2)0,97(23)0,03(первичные выпавшие кристаллы) и жидкостью состава (2)0,40(23)0,60 2. Учитывая, что такие реакции протекают очень медленно, то для получения гомогенных образцов соединения со структурой халькопирита 2 необходимо использовать высокие температуры (1000 К) и длительное время отжига (10 суток). Задачей настоящего изобретения является сокращение времени синтеза и уменьшение энергозатрат для получения гомогенных образцов полупроводникового соединения со структурой халькопирита 2. Предлагаемый способ получения полупроводникового соединения со структурой халькопирита 2 заключается в том, что шихту, содержащую механическую смесь химических элементов , , , нагревают выше температуры плавления, кристаллизуют в печи с последующим отжигом. Новым, по мнению авторов, является то, что кристаллизацию проводят в печи с температурным градиентом 10-30 К/см путем охлаждения со скоростью 1-10 К/ч или протяжки ампулы через температурный градиент со скоростью 0,40-0,80 мм/ч, а отжиг осуществляют при температуре (57310) К в течение (202) часов. 2 14710 1 2011.08.30 Примеры конкретного применения способа получения полупроводникового соединения со структурой халькопирита 2. Пример 1 В тигель из нитрида бора загружали шихту, содержащую механическую смесь химических элементов меди, алюминия и теллура в соотношении, соответствующем формуле 0,1900-0,0270,28600,0160,52400,011 с у 0, а именно 0,19000,28600,5240 (ат. дол. медь 0,1900 алюминий 0,2860 теллур 0,5240), а сам тигель помещали в кварцевую ампулу. После загрузки ампулу откачивали, запаивали и размещали в вертикальной печи сопротивления с двумя независимо регулируемыми зонами. Длину ампулы подбирали таким образом, что вначале ампула с шихтой находилась в верхней зоне печи, нагреваемой до более высоких температур. После этого проводили синтез, варьируя скорости нагрева шихты и выдержки при температурах реакций, и с целью получения однородного расплава осуществляли нагрев ампулы до температур, превышающих 1360 К. Кристаллизацию расплава выполняли путем протяжки ампулы со скоростью 0,50 мм/ч в нижнюю зону, находящуюся при температуре, меньшей температуры перитектической реакции образования соединения 2 (1183 К). С целью гомогенизации полученного соединения проводили изотермический отжиг при температуре 563 К в течение 22 часов. По завершении отжига 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 0,16300,30200,5350/(2)0,35(23)0,65/, отделяли и удаляли. Полученное вещество соответствовало составу соединения 2, а кристаллическая структура - структуре халькопирита, слиток был однофазным по составу без включения дополнительных фаз с размерами отдельных блоков до 3 мм. Пример 2 В тигель из нитрида бора загружали шихту, содержащую механическую смесь химических элементов меди, алюминия и теллура в соотношении, соответствующем формуле 0,1900-0,0270,28600,0160,52400,011 с у 0,5, а именно 0,17650,29400,5295 (ат. дол. медь 0,1765 алюминий 0,2940 теллур 0,5295), а сам тигель помещали в кварцевую ампулу. После загрузки ампулу откачивали, запаивали и помещали в вертикальную однозонную печь сопротивления, изготовленную таким образом, что на ее протяжении существует температурный градиент 10-30 К/см. После этого проводили синтез, варьируя скорости нагрева шихты и выдержки при температурах реакций, и с целью получения однородного расплава осуществляли нагрев ампулы до температур, превышающих 1360 К. Кристаллизацию расплава выполняли путем охлаждения всей печи со скоростью 1-10 К/ч ниже температуры перитектической реакции образования соединения 2 (1183 К), при этом нижняя часть расплава, находившаяся при меньшей температуре, закристаллизовывалась в первую очередь. С целью гомогенизации полученного соединения проводили изотермический отжиг при температуре 583 К в течение 18 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 0,16300,30200,5350/(2)0,35(23)0,65/, отделяли и удаляли. Полученное вещество соответствовало составу соединения 2, а кристаллическая структура - структуре халькопирита, слиток был однофазным по составу без включения дополнительных фаз с размерами отдельных блоков до 3 мм. Преимуществом заявляемого способа получения гомогенных образцов полупроводникового соединения со структурой халькопирита 2 по сравнению с известными способами является сокращение времени синтеза и уменьшение энергозатрат. 14710 1 2011.08.30 Источники информации 1. Боднарь И.В. Выращивание кристаллов и исследование свойств 2 / И.В.Боднарь, М.В.Боднарь // Изв. АН СССР. Неорг. Материалы. - 1991. - Т. 27. -8. - С. 1762-1763. 2.2 - 2/ .//. - 2008. - . 19. - . 3. - . 255- 260. 3. Корзун Б.В., Фадеева Е.А. Патент 10868 1. Шихта для синтеза полупроводникового соединения 2, дата подачи - 2006.12.11, дата регистрации - 2008.04.07. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4