[发明专利]新型氧化物半导体多晶块体的制备方法

说明书

新型氧化物半导体多晶块体的制备方法属于氧化物半导体材料技术领域。本发明以CaCO₃粉末和Al₂O₃粉末为初始原料，采用熔融反应‑放电等离子烧结(SPS)‑活性金属还原相结合的方法制备出高纯度的氧化物半导体[Cs₂₄Al₂₈O₆₄]⁴⁺·[2(1‑X)O^2‑]·4Xe^‑多晶块体，该制备方法可以在10¹⁷～10²¹/cm³范围内调控电子浓度，从而实现新型氧化物半导体电输运特性的可控，且该方法简单易于实现工业化生产。

技术领域

本发明属于氧化物半导体材料技术领域，具体涉及到一种利用熔融反应-放电等离子烧结(SPS)-活性金属还原制备[Ca₂₄Al₂₈O₆₄]⁴⁺·[2(1-x)O^2-]·4xe^-多晶块体材料的方法。

背景技术

12CaO·7Al₂O₃(以下简写为C12A7)以多孔陶瓷晶体的形式存在，属于钙铝石体系。1915年，由Rankin和Wright利用CaO和Al₂O₃合成，后来Eitel和Bussem确定了其中CaO与Al₂O₃的摩尔比为12:7，一个晶胞中包含两个C12A7分子，可采用[Ca₂₄Al₂₈O₆₄]⁴⁺·2O^2-的形式来表示一个单胞的化学分子式，带正电的[Ca₂₄Al₂₈O₆₄]⁴⁺部分是晶格的主体框架部分，为了保持电中性，2个O²-分别占据12个笼腔中的任意2个笼腔，因为O²-与带正电荷框架[Ca₂₄Al₂₈O₆₄]⁴⁺结合力较弱，所以可以在笼腔内自由穿梭。相邻的笼子之间依靠笼腔壁上的孔(直径约为0.4nm)相连通。自由O²-就很容易迁移到别处，也很容易被其他负离子(例如O-,H-,F-,Cl-,OH-,e-)取代，生成C12A7的各种衍生物(用C12A7:X-表示)。笼腔生成的衍生物仍然保留C12A7原有的框架结构。当C12A7晶体结构中的部分笼腔被电子填充或笼腔内的部分O^2-被电子e^-取代后，笼腔内将含有O^2-和电子e^-，即形成了[Ca₂₄Al₂₈O₆₄]⁴⁺·[2(1-x)O^2-]·4xe^-(简写为C12A7:e^-)，这是一类具有特殊晶体结构的氧化物半导体。这种氧化物半导体可以通过改变晶体结构中笼腔内的电子浓度而实现电输运特性的调控，而且在400℃以下的大气环境中可以稳定存在，因此，可用作还原剂、电子电路、光存储器、传感器、离子刻蚀、冷阴极电场电子发射、制冷设备等。

发明内容

本发明主要目的是提供一种制备高纯度氧化物半导体[Ca₂₄Al₂₈O₆₄]⁴⁺·[2(1-x)O^2-]·4xe^-多晶块体的简单、快速、高效的制备方法。本发明所提供的制备方法简单快速，制备周期短，而且制备的多晶块体纯度高，有利于工业化生产和应用。