Полупроводниковый материал

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Корзун Борис Васильевич Шелег Александр Устинович Желудкевич Александр Ларионович(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Полупроводниковый материал, содержащий химические элементы , ,и , кристаллизующийся в структуре типа халькопирита, отличающийся тем, что химический состав материала соответствует формуле 1-1,99-(1-), где 01 и 00,08,при следующем соотношении элементов, атомарная доля Изобретение относится к получению новых неорганических материалов, в частности к полупроводниковому материаловедению, и направлено на получение перспективного для полупроводникового приборостроения нового полупроводникового материала. Известен полупроводниковый материал со структурой халькопирита (2) и химической формулой 1362 (1 - ,3 - , ,6 - , , ) 1. Недостатком аналога является то, что материалы, получаемые из шихты химических элементов, обладают только -типом проводимости, вследствие чего невозможно получение - гомопереходов, что ограничивает возможности создания на основе этих материалов полупроводниковых приборов, основанных на использовании свойств - гомопереходов - диодов,транзисторов. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является полупроводниковый материал, содержащий химические элементы , , ,и кристаллизующийся в структуре халькопирита, химический состав материала соответствует 16032 1 2012.06.30 формуле -1-2 со следующим соотношением элементов, атомарная доля -0,2500- 00,2500- 0,25000,- 0,5000 2. Недостатком прототипа является то, что материал обладает только -типом проводимости, вследствие чего невозможно получение - гомопереходов, что ограничивает класс материалов, используемых в полупроводниковом приборостроении. Задачей изобретения является обеспечение возможности получения полупроводникового материала как проводимости -типа, так и проводимости -типа, что расширяет класс полупроводниковых материалов. Поставленная задача достигается тем, что полупроводниковый материал содержит химические элементы , , ,и кристаллизуется в структуре типа халькопирита. Новым, по мнению авторов, является то, что химический состав полупроводникового материала соответствует формуле 1-1,99-(1-) где- атомарная доля галлия инедостаток серы, варьирующиеся в пределах 01 и 00,08, при следующем соотношении элементов, атомарная доля- 0,25060,2558- 0,25060- 00,25580,49880,4884. Пределы соотношения компонент определяются составами 1,99 ( 0,2606,- 0,2506,- 0,- 0,4988) и 1,91 ( - 0,2558,- 0,- 0,2558,0,4884). В качестве исходных элементов для получения нового полупроводникового материала использовали медь марки 3, галлий -,, 6, 99,9999 , железо - Карбонильное ОСЧ, а также серу марки ОСЧ 16-5. Синтез образцов осуществляли в ампулах из элементарных составляющих в однозонной печи сопротивления. Обычно использовали кварцевые ампулы внутренним диаметром 28-30 мм и длиной 160-170 мм. После загрузки ампулу откачивали до остаточного давления 1,310-3 Па, запаивали и размещали в вертикальной печи сопротивления. Печь медленно нагревали в сочетании с изотермическими выдержками, необходимыми для контролируемого протекания процесса, до температуры, на 20-30 К превышающей температуру плавления соответствующего сплава, и выдерживали расплав в течение 2-3 часов в сочетании с вибрационным перемешиванием. Затем вибрацию отключали и понижали температуру до 1023 К со скоростью 50-100 К/ч и проводили изотермический гомогенизирующий отжиг в течение 500 часов. После гомогенизирующего отжига полупроводниковый материал исследовали с помощью рентгенофазового анализа (РФА). Фазовый состав исследовали на дифрактометре ДРОН-4( - монохроматическое излучение, шаг сканирования 0,04, диапазон сканирования 15-100, экспозиция - 2 секунды в каждой точке). Тип проводимости определяли по знаку термо-э.д.с. Примеры конкретного получения нового полупроводникового материала. Пример 1. Для получения нового полупроводникового материала 1-1,99-(1-) с атомарной долей галлия 0,20 и недостатком серы 0,05, что соответствует составу 0,200,801,95, в кварцевую ампулу внутренним диаметром 28 мм и длиной 160 мм загружали шихту, содержащую механическую смесь химических элементов, ат. доля -0,2532,- 0,0506,- 0,2025,- 0,4937. После загрузки ампулу откачивали до остаточного давления 1,310-3 Па, запаивали и размещали в вертикальной печи сопротивления. Печь медленно нагревали в сочетании с изотермическими выдержками, необходимыми для контролируемого протекания процесса, до температуры, на 30 К превышающей температуру плавления, и выдерживали расплав в течение 2 часов в сочетании с вибрационным перемешиванием. Затем вибрацию отключали и понижали температуру до 1023 К со скоростью 60 К/ч и проводили изотермический гомогенизирующий отжиг в течение 500 часов. После гомогенизирующего отжига полупроводниковый материал исследовали с помощью рентгенофазового анализа. 16032 1 2012.06.30 На фигуре представлена рентгенограмма материала исходного состава 0,200,801,95, записанная при комнатной температуре, из которой видно, что образовавшийся материал является однофазным и кристаллизуется в структуре типа халькопирита. Тип проводимости, определенный по знаку термо-э.д.с., был -типа. Пример 2 Для получения нового полупроводникового материала 1-1,99-(1-) с атомарной долей галлия 0,90 и недостатком серы 0,01, что соответствует составу 0,900,101,989, в кварцевую ампулу внутренним диаметром 28 мм и длиной 160 мм загружали шихту, содержащую механическую смесь химических элементов, ат. доля -0,2507,- 0,2256,- 0,0251,- 0,4986. После загрузки ампулу откачивали до остаточного давления 1,3-10-3 Па, запаивали и размещали в вертикальной печи сопротивления. Печь медленно нагревали в сочетании с изотермическими выдержками, необходимыми для контролируемого протекания процесса, до температуры, на 30 К превышающей температуру плавления, и выдерживали расплав в течение 2 часов в сочетании с вибрационным перемешиванием. Затем вибрацию отключали и понижали температуру до 1023 К со скоростью 60 К/ч и проводили изотермический гомогенизирующий отжиг в течение 500 часов. После гомогенизирующего отжига полупроводниковый материал исследовали с помощью рентгенофазового анализа, который показал, что образовавшийся материал является однофазным и кристаллизуется в структуре типа халькопирита. Тип проводимости, определенный по знаку термо-э.д.с., был -типа. Другие примеры конкретных полученных материалов в сравнении с прототипом и фазовый состав полученных образцов, а также их тип проводимости приведены в таблице. Исходный состав, наличие фаз и тип проводимости полупроводникового материала 1- 1,99-(1-) в сравнении с прототипом 1-2 Исходный состав Наличие фаз Тип проводимости Фаза со струк- Дополнительтурой типа наяфаза халькопирита Материал 1 0 1,95 присутствует отсутствует Прототип 0 2 присутствует присутствуют фазы типа борнита и пирротита Атомарная доля галлияи недостаток серыварьируются в пределах 01 и 00,08 соответственно, а их крайние значения обусловлены следующим. При атомарной доле галлия 1 состав полупроводникового материала 1-1,99-(1-) соответствует соединению 1,99, которое обладает только -типом проводимости. При атомарной доле галлия 0 и недостатке серы , превышающем 0,08, получаемый материал является неоднофазным и содержит помимо основной фазы на основе халькопирита фазу на основе мооихоекита. При атомарной доле галлия 0 и 0 получаемый материал является неоднофазным и содержит помимо основной фазы на основе халькопирита фазы на основе борнита и пирротита. При недостатке серы 00,02 образцы полупроводникового материала обладают проводимостью -типа, а при недостатке серы 0,020,08 - проводимостью -типа. Таким образом, предложенный полупроводниковый материал, содержащий химические элементы , , , , кристаллизующийся в структуре типа халькопирита, химический состав которого соответствует формуле 1-1,99-(1-), где- атомарная доля 3 16032 1 2012.06.30 галлия и- недостаток серы, варьирующиеся в пределах 01 и 00,08, возможно получать как с проводимостью -типа, так и с проводимостью -типа, что расширяет класс полупроводниковых материалов. Источники информации 1..,.,.,.-.,.,,271. - 153170 (1953). 2..,.,.,.,1-2, 13. - . 8. - 1828-1834 (1974). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4