[发明专利]一种碲硒砷镉化合物、靶材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碲硒砷镉化合物/靶材及制备方法，由摩尔比为(60‑90):(0.999‑39.99):(0.001～0.01)的碲化镉颗粒、碲硒镉颗粒和砷化镉颗粒研磨成粉、混匀，将混匀的物料装入石墨坩埚中，或者将混匀的物料放入模具中室温压片成靶材坯，压片成形的靶材坯装入石墨治具内，石墨治具放入真空烧结炉内，在真空烧结炉内压实，真空状态加热烧结，自然降温至室温，打开真空烧结炉即得到碲硒砷镉化合物/靶材。上述制备方法能够适应市场规模化生产需求，工序简单、环境友好。制备出的碲硒砷镉化合物结晶度好，制备出的碲硒砷镉靶材相对密度高于90％（晶粒尺寸小于300nm）。

技术领域

本发明属于半导体材料领域，具体涉及一种碲硒砷镉化合物、靶材及其制备方法。

背景技术

Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料在微电子、红外调制、红外探测器和太阳电池等方面有着广泛的应用。其中，由Ⅱ-Ⅵ族元素碲与镉组成的二元化合物碲化镉（CdTe）带隙值为1.5eV，与太阳可见光谱匹配，处于理想的太阳电池带隙范围，有很好的光电转换效率，成为薄膜太阳电池研究热点。

随着对Ⅱ-Ⅵ族元素化合物半导体研究深入以及相关产业的飞速发展，人们逐渐认识到这类半导体具有自补偿效应。这种自补偿效应限制了该类化合物载流子浓度的增加，进而影响了尤其构成的器件的开路电压和填充因子的提高。为了提高载流子浓度及其少子寿命，于是人们尝试在二元化合物碲化镉（CdTe）中掺入硒元素。尽管硒元素掺杂碲化镉组成的三元化合物碲硒镉（CdSeTe）带隙略下降到1.4eV，较好地扩展了其红外响应，增加了器件的光电流密度，但是因硒掺杂引起带隙降低造成器件开路电压下降成为了新的挑战。为了解决这一问题，人们实验发现，通过在由Ⅱ-Ⅵ族元素碲、镉、硒组成的化合物中掺杂V族元素，尤其是掺杂元素砷能较好地钝化碲硒镉化合物薄膜中的缺陷，利于提高载流子浓度及少子寿命,使器件开路电压和电流密度增加。正如上述，碲化镉基多元化合物半导体在性能上有优良的表现，作为一种多元化合物薄膜太阳电池材料，具有广阔的发展前景。但是，目前有关在碲硒镉化合物薄膜中掺砷的方法是先沉积好碲硒镉化合物薄膜，然后再把该薄膜放置在砷源气氛中热扩散得到碲硒砷镉化合物薄膜，工艺过程中必须严苛控制砷源温度、工艺气压，工艺过程复杂且对设备要求苛刻，砷和硒的化学计量比难以控制，重金属砷、镉泄露风险也比较高。若采用碲硒砷镉化合物或靶材为原料制备碲硒砷镉化合物薄膜，上述问题迎刃而解，因此，开展碲硒砷镉化合物、靶材制备方法的研究是必要的。目前国内外关于碲硒砷镉化合物、靶材制备的方法还未见报道。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种碲硒砷镉化合物、靶材及其制备方法，利用此方法合成的碲硒砷镉化合物或制备的靶材，通过热蒸发或溅射等技术可以在真空镀膜设备内一步完成预期化学计量比的碲硒砷镉薄膜制备，实现简化工艺、降低设备成本，有利于多元化合物碲硒砷镉薄膜材料的发展。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种碲硒砷镉化合物的制备方法，包括以下步骤：

1）将碲化镉颗粒、碲硒镉颗粒和砷化镉颗粒混合均匀，置于研磨机内研磨成粉末，碲化镉颗粒、碲硒镉颗粒和砷化镉颗粒三者的摩尔比为(60-90): (0.999-39.99): (0.001～0.01)；

2）将上述研磨好的混合物料装入石墨坩埚内，将石墨坩埚放入带有液压装置的真空烧结炉内，液压装置将坩埚内的混合物料压实，抽真空至10-9Torr，然后向真空烧结炉内充保护气体，最后对石墨坩埚密封，并充保护气体使真空烧结炉内气压在0.1-100Torr之间；

3）对密封好的石墨坩埚进行加热，升温速率为1～5℃/min，加热至700～900℃，保温30～60min，保温结束后，停止加热，自然降温至室温，即得碲硒砷镉化合物。

步骤1）中碲化镉颗粒、碲硒镉颗粒和砷化镉颗粒的纯度均为5N级以上；所述研磨机为行星研磨机。

步骤1）中碲化镉颗粒、碲硒镉颗粒和砷化镉颗粒研磨成粉末，研磨时间4-6h，粉末粒径为不大于200微米。