[发明专利]锡锗砷合金及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及轻金属合金制备技术，尤其涉及一种锡锗砷合金材料及其制备方法和应用。

背景技术

隧道二极管是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管：

当其P侧和N侧均为重掺杂的情况下有些载流子可能穿透势垒而产生额外的电流，这种机制称为量子力学的隧道效应。在下列情况下可以实现：

(1)费米能级位于导带或价带内部；

(2)空间电荷的宽度很窄，因而有高的隧道穿透概率；

(3)在相同的能量水平上，在一侧的能带中有电子，而在另一侧能带中有空穴。

当结的两侧均为重掺杂，从而成为简并半导体时，上述条件就得到满足。

产生隧道效应的前提必须是PN结两侧都是重掺杂。

现国产的隧道二极管一般是在P⁺型锗半导体上溅射或蒸镀N⁺型锗半导体而形成P⁺N⁺结的，该种方法制备的隧道二极管的各项性能还不够优越，不能满足一些高性能产品的需求。

故目前国内出现一种新的利用P⁺型半导体向N⁺型半导体转化来制备隧道二极管的方法，要想用这种方法开发优质性能的隧道二极管，首先就应制备出高性能的隧道二极管基础材料，还应精确控制隧道二极管制备过程中有高的掺杂浓度及均匀的杂质分布，进而才能达到该种隧道二极管的独有特性。

隧道电流的大小受N⁺侧提供的能够隧道穿透的电子数目和P⁺侧提供的与可穿透电子处于相同能量水平的空穴限制。这就要求在烧结电极的合金薄膜中要有相应更高浓度的砷含量(N⁺掺杂)来补偿P⁺中的B的作用。并通过之实 现转型使重掺杂浓度P⁺转型成为N⁺。在形成N⁺P⁺工艺过程中只有足够高的砷浓度才能实现转型，并形成N⁺P⁺及窄的空间电荷区宽度。由此看出符合锗隧道二极管制作N⁺P⁺结工艺要求的砷浓度是实现隧道效应和制作优质锗隧道二极管的重要的基础条件。

砷在锗中有很高的固溶度，因而利用得到高浓度的砷向P⁺(掺硼)锗中扩散补偿并转型形成N⁺，可以使成为制作锗隧道二极管的关键。一般配制合金是在真空或非真空状态下，将所有合金元素按先后顺序放在坩埚内进行合金化。但砷是一种低沸点(升华现象)易挥发物质，很难添加到其它金属中形成合金。采用常规配制合金的方法不但得不到高含量砷合金(因为砷的蒸汽压非常高，最高只能添加1％的砷元素)，而且容易造成环境污染，发生砷中毒等。所以必须采用新技术新工艺才有可能制备出高含量砷的合金材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种锡锗砷合金材料，其是制备优质隧道二极管的基础合金材料，该材料在隧道二极管中既能起到电极的作用，又能将P⁺转型为N⁺，形成N⁺P⁺及窄的空间电荷区。

本发明的另一目的是提供一种由锡锗砷合金材料制得的蒸镀材料和溅射靶材，它们制得的隧道二极管性能优质。

本发明的再一目的是提供一种锡锗砷合金材料的制备方法，其利用独特的掺杂技术，能够将低沸点、易挥发的砷加入到中间合金中，解决了合金中砷元素添加难的问题，同时符合环保政策，没有污染问题。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种锡锗砷合金，其成分组成及各组分质量百分比为：As：1-10％，Ge：0.05-5％，Sn：余量。

在锡中除砷外掺入少量锗，目的在于有利于锡与锗的更好浸润与烧结为一体形成欧姆接触；因此锗在锡中的含量可在一定区间内调整。

对锡锗砷合金材料的基础要求是把砷含量提高到优质锗隧道二极管要求的范围里，As所占质量为4-8％更佳。

用本发明锡锗砷合金铸锭继续冷压力加工可制成隧道二极管用蒸镀材料；用本发明锡锗砷合金铸锭继续热压力加工可制成隧道二极管用溅射靶材。

一种锡锗砷合金的制备方法，其方法步骤如下：

首先制备锡锗砷中间合金，再精炼为权利要求1所述的锡锗砷合金，方法步骤如下：

1)按不超权利要求1所述的配比范围计算、称重准备高纯锡、锗、砷材料；