[发明专利]一种n型碲化锡热电材料及其制备方法

说明书

本发明属于半导体材料技术领域，提供了一种n型碲化锡热电材料及其制备方法，所述制备方法包括：将Sn、Te、Pb和SnI₂按摩尔配比为：(1‑x‑y)、(1‑2y)、x和y进行混合，得到混合物料；将所述混合物料放入石英管中，并进行抽真空处理；将装有混合物料的石英管置于热处理炉中进行合成反应，得到n型SnTe铸锭；将n型SnTe铸锭磨成粉末，并装入石墨模具中，将装有n型SnTe铸锭粉末的石墨模具放入烧结炉中进行烧结，得到n型SnTe样品。本发明通过引入Pb元素，使其完全固溶到SnTe基体中，从而弥补本征Sn空位，降低SnTe的空穴浓度，为实现SnTe的p型到n型的转变目的提供先决条件，同时，I取代Te元素，进行电子掺杂，进而成功合成n型SnTe热电材料。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，尤其涉及一种n型碲化锡热电材料及其制备方法。

背景技术

碲化锡(SnTe)是一种重要的半导体材料，在热电能源材料领域和铁电材料领域都有重要的应用价值，尤其是作为热电材料受到了国内外的广泛关注。热电能源转换材料是一种新型功能材料，利用温差驱动载流子定向迁移实现热能与电能之间直接且可逆地相互转换。热电材料具有体积小、不排放污染物、可靠性高、适用温度范围广等优点，在航天航空领域、太阳能-热电高效发电以及回收利用工业余热等战略性新能源技术中具有广阔的发展前景。

热电材料转换效率的重要衡量指标是无量纲热电优值ZT(＝S²σT/κ)，其中S为Seebeck系数，σ为电导率，T为绝对温度，κ为热导率。碲化锡具有氯化钠晶体结构和双价带结构，由于其大量本征Sn空位导致的过高空穴浓度(～10²¹cm^-3)使其具有高电导率(室温～7000S cm^-1)而成为具有潜力的热电材料。

目前对碲化锡研究主要集中在p型半导体，采用晶格热导率和能带调控新策略可使其ZT值明显提升，目前p型碲化锡的热电优值已经达到1.9(929K)。而要实现热电器件的高转换效率需要同时提供性能匹配的n型与p型材料，可见n型碲化锡热电材料的制备合成技术对碲化锡热电器件的商业化应用至关重要，各国研究者们也尝试通过n型掺杂去降低空穴浓度合成n型半导体，但由于Sn(锡)空位形成能为负值，导致大量的本征Sn空位难以消除使得碲化锡的n型难以实现，目前尚未有对n型碲化锡的合成技术和性能进行报道和研究。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种n型碲化锡热电材料及其制备方法，主要应用于废热回收发电、太阳光电复合发电、半导体制冷以及微型器件精确控温，通过引入Pb元素，使其完全固溶到SnTe基体中，从而弥补本征Sn空位，降低SnTe的空穴浓度，为实现SnTe的p型到n型的转变目的提供先决条件，同时，I取代Te元素，进行电子掺杂，进而成功合成n型SnTe热电材料。

具体的，主要通过以下技术方案来实现：

一方面，本发明提供了一种n型碲化锡热电材料，包括Pb和SnI₂；Sn、Te、Pb和SnI₂的摩尔比为：(1-x-y)、(1-2y)、x和y，其中，0.26x0.5，0.002y。

另一方面，还提供了一种n型碲化锡热电材料的制备方法，包括：

将Sn、Te、Pb和SnI₂按摩尔配比为：(1-x-y)、(1-2y)、x和y进行混合，得到混合物料，其中，0.26x0.5，0.002y；

将所述混合物料放入石英管中，并进行抽真空处理；

将装有混合物料的石英管置于热处理炉中，进行合成反应，得到n型SnTe铸锭；

将所述n型SnTe铸锭磨成粉末，并装入石墨模具中，将装有n型SnTe铸锭粉末的石墨模具放入烧结炉中进行烧结，得到n型SnTe样品。