[发明专利]一种半导体材料BaFxZnAs及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有ZrCuSiAs结构的半导体材料，尤其涉及一种具有ZrCuSiAs结构的半导体材料BaF_xZnAs及其制备方法。

背景技术

无机化合物的设计在材料科学是一项艰巨的任务。设计合理的真实例子仍然很少，其中一个主要的原因是很难预测新化合物的结构。ZrCuSiAs型的四元层状化合物由于其丰富的物理化学性能,近年来引起了材料学家和物理学家的极大兴趣。这一类型的化合物由与ZrSi层和CuAs层相类似的原子层在c轴方向上堆垛而成,空间群为P4/nmm。其中,铁基、钴基、镍基和铜基的这类化合物都已经进行了广泛的研究,并由此发现了铁基、钴基和镍基的超导体以及铜基的宽带隙透明半导体。

最近报道的具有ZrCuSiAs结构的材料，成功使用2维积木的概念和优化的方法成功合成了四个假设的化合物：BaFZnP，BaFZnSb，BaFMnP和SrFZnP（Houria Kabbour et al.,J.Mater.Chem.,15,2005,3525–3531）。

但是这四种具有ZrCuSiAs结构的半导体材料都存在难以高纯度地制备的问题，且稳定性差，难以在空气中稳定存在。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种具有ZrCuSiAs结构的半导体材料，稳定性好，可在空气中稳定存在，容易形成高纯度的ZrCuSiAs结构。

本发明提供一种半导体材料，其化学式为BaF_xZnAs，其中0.5≤x≤1.5。

根据本发明提供材料，其中所述半导体材料的晶体结构具有ZrCuSiAs型结构。

根据本发明提供材料，其中所述半导体材料的晶体结构属四方晶系。

本发明还提供一种制备上述材料的方法，利用固相反应法，烧结前躯体，其中所述前躯体包括BaF₂、Ba、Zn和As，前躯体中的各种物质的含量为使得各种元素的原子百分比含量满足Ba:F:Zn:As=1:x:1:1，其中烧结温度为600-1000℃。

根据本发明提供的方法，其中所述烧结过程在常压下进行。

根据本发明提供的方法，其中所述烧结过程在高于一个大气压的压力下进行。

根据本发明提供的方法，其中所述烧结过程在与氧隔离的环境下进行。

根据本发明提供的方法，其中所述烧结过程在惰性气体中进行。

根据本发明提供的方法，其中所述烧结过程在真空环境中进行。

本发明提供的半导体材料BaF_xZnAs，稳定性好，可在空气中稳定存在，可较容易地制备出高纯度的BaF_xZnAs。本发明提供的制备方法能够制备出无杂相的半导体材料BaF_xZnAs。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1为根据实施例1提供的方法所制备的BaF_0.5ZnAs的X射线衍射图谱；

图2为根据本发明的半导体材料BaF_xZnAs的晶体结构示意图；

图3为根据实施例1提供的方法所制备的BaF_0.5ZnAs的直流磁化率与温度的关系曲线；

图4为根据实施例1提供的方法所制备的BaF_0.5ZnAs在空气中两个月后的X射线衍射图谱；

图5为根据实施例2提供的方法所制备的BaF_1.5ZnAs的X射线衍射图谱；

图6为根据实施例2提供的方法所制备的BaF_1.5ZnAs的直流磁化率与温度的关系曲线；

图7为根据实施例2提供的方法所制备的BaF_1.5ZnAs在空气中两个月后的X射线衍射图谱；

图8为根据实施例3提供的方法所制备的BaF_0.8ZnAs的X射线衍射图谱；

图9为根据实施例3提供的方法所制备的BaF_0.8ZnAs的直流磁化率与温度的关系曲线；

图10为根据实施例3提供的方法所制备的BaF_0.8ZnAs在空气中两个月后的X射线衍射图谱；

图11为根据实施例4提供的方法所制备的BaF_0.9ZnAs的X射线衍射图谱；

图12为根据实施例4提供的方法所制备的BaF_0.9ZnAs的直流磁化率与温度的关系曲线；