稀土摻雜Sn-Te基稀磁半導體高緻密度塊體材料的製備方法
2023-06-18 00:47:21 1
專利名稱：稀土摻雜Sn-Te基稀磁半導體高緻密度塊體材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及物理材料領域中製備稀土摻雜Sn-Te基稀磁半導體高緻密度塊體材料的制 備方法。
二背景技術：
稀磁半導體材料具有半導體材料和磁性材料的雙重特性，它將半導體的信息處理與 磁性材料的信息存儲功能、半導體材料的優點和磁性材料的非易失性兩者融合在一起， 具有極高的應用價值，愈來愈受到人們的重視。近年來人們發現Sn-Te基稀磁半導體材料具 有一系列新穎的磁光、磁運輸和寫擦迅速的可逆相變光儲存特性，可以製成各種新型的功 能器件。由於稀土元素和Sn、 Te的熔沸點相差較大，用常規的製備方法及合成工藝很難 製備出高純度、晶粒均勻的高緻密度塊體稀磁半導體材料。目前，對於熔沸點較低金屬 材料合金的製備方法及合成工藝在一些文獻中也報導過，如文獻1) Andreas Schli印er， Frank Rofone匿nn and Roger Blachnik, Thermochimica Acta 314(1998) 213—227. 2) N. Mehta and A. K咖ar, Materials Chemistry and Physics 96 (2006) 73 - 78. 3) A. S. Maan， D. R. Goyal, Sachin K. Sharma， and T. P. Sharma， Journal of Non-Crystalline Solids 183 (199.5， 186-190)。眾多文獻研究表明，對於高溫易揮發的金屬材料利用常規的熔煉爐進行 製備高純合金材料是不可能的。
三
發明內容
本發明的目的在於提供一種製備摻雜稀土 Sn-Te基的高緻密塊體稀磁半導體材料的 方法，它能夠克服Te在高溫下易揮發的難題，有效避免了在常規製備工藝中由於Te高 溫揮發導致合成的合金材料成分偏差較大的問題，並且製備出的材料晶粒尺寸細小、純 度高。
本發明採用以下技術方案實現上述目的 一種製備稀土摻雜Sn-Te基高緻密度塊體稀 磁半導體材料的方法，所述方法採用的原料組分及用量(重量份)如下 稀土元素 1 10 金屬Sn 40 47金屬Te 50 52
按上述原料組分及用量製備稀土摻雜Sn-Te基高緻密度塊體稀磁半導體材料的方法如
下
(1) 依據稀土-Sn-Te三元合金相圖，計算出要製備的稀磁半導體材料的原材料配比， 然後將所述原材料混合均勻；
(2) 將(1)所得混合料真空封裝進石英管中，放進高溫箱式電阻爐中於500 60(TC保 溫1 3個小時，再用高頻爐熔煉，然後把熔煉好的材料研磨成粉末，經高溫燒結即得到高 緻密塊體稀磁半導體材料。
所述稀土元素為鑭系金屬。所述原料純金屬Sn、 Te及稀土元素純度均在99.9W以上。 若稀土元素的摻雜量在1 6%,則將(1)所得混合料真空封裝進石英管中，放進高溫箱 式電阻爐中於500 60(TC保溫1 3個小時，再用高頻爐熔煉，直接得到稀磁半導體材料。 在將所得混合料真空封裝進石英管之前，先在石英管內壁鍍一層石墨。 由於稀土元素和Sn、 Te的物理性質有很大的差異，用常規的材料製備方法及合成工藝 很難製備出高緻密度塊體稀磁半導體材料，本發明首次運用封裝真空石英管、粉末冶金工藝 製備高純度稀土摻雜Sn-Te基高緻密度塊體稀磁半導體材料，所製備得的稀磁半導體材料晶 粒均勻、純度高，製備得的高緻密塊體稀磁半導體材料可用於製成各種新型功能材料以及作 為製備各種功能薄膜的靶材，便於實現工業化生產。 本發明具備以下優點和積極作用
(1) 利用真空封裝石英管的方法進行材料的合成，有效地解決了金屬Te高溫揮發 導致的材料成分偏離較大的問題。
(2) 將高溫熔煉好的材料進行機械研磨，再高溫燒結可製備出高緻密的塊體材料；
(3) 綜合運用封裝石英管及粉末冶金合成工藝兩種方法，製備出晶粒均勻、高純的 塊體稀磁半導體材料。
(4) 為解決輕稀土元素與石英管內壁發生反應的難題，在將所得混合料真空封裝進 石英管之前，先在石英管內壁鍍一層石墨，可有效防止稀土元素與石英發生反應。
(5) 製備出的塊體稀磁半導體材料，根據需要製備所需功能材料。
四
圖1為本發明所述摻雜稀土Sn-Te基稀磁半導體製備方法的工藝流程圖。 圖2為不摻雜稀土元素的Sn-Te稀磁半導體材料的XRD譜線。 圖3為實施例1製備的Sn-Te基稀磁半導體材料的XRD譜線。圖4為實施例2製備的Sn-Te基稀磁半導體材料的XRD譜線。 圖5為實施例3製備的Sn-Te基稀磁半導體材料的XRD譜線。 圖6為實施例4製備的Sn-Te基稀磁半導體材料的XRD譜線。 圖7為實施例5製備的Sn-Te基稀磁半導體材料的XRD譜線。 圖8為實施例6製備的Sn-Te基稀磁半導體材料的XRD譜線。
利用jade5. 0軟體分析這些XRD譜線可以看出慘雜稀土元素後，所得的譜線(圖4 圖8)與SnTe單相的XRD譜線(圖3) —致，說明所摻雜的稀土完全固熔在Sn-Te基材 料中。
五具體實施例方式
實施例1
用機械方法將稀土 Gd表面的氧化層去掉，然後將1份Gd、 47份Sn及52份Te均 勻混合，封裝到真空石英管中；然後把封裝好的石英管放在高溫箱式電阻爐中在500°C 保溫1小時，再放入高頻爐中進行熔煉並進行均勻化處理即可。製備得的稀磁半導體材
料測試結果為密度6. 516g/cm3，對其XRD譜線用jade5.0軟體分析鑑定為SnTe相，
所製備材料的XRD譜線如圖3所示。 實施例2
用機械方法將稀土 Gd表面的氧化層去掉，然後將4份Gd、 45份Sn及51份Te均 勻混合，封裝到真空石英管中，再把封裝好的石英管在高溫箱式電阻爐中55(TC保溫1.5 小時，然後再在高頻爐中熔煉並進行均勻化處理。製備得的塊體材料進行性能測試結果 為密度6.672g/cm3，對其XRD譜線用jade5. 0軟體分析鑑定為SnTe相，所製備材料
的XRD譜線如圖4所示。 實施例3
用機械方法將稀土 Gd表面的氧化層去掉，然後將6份Gd、 43份Sn及51份Te均 勻混合，封裝到真空石英管中，再把封裝好的石英管在高溫箱式電阻爐中500'C保溫1 小時，然後再在高頻爐中熔煉並進行均勻化處理。將製備得的塊體材料進行性能測試結 果為密度6.475g/cm3，對其XRD譜線用jade5. 0軟體分析鑑定為SnTe相，所製備材
料的XRD譜線如圖5所示。 實施例4
用機械方法將稀土Gd表面的氧化層去掉，然後將10份Gd、 40份Sn及50份Te均勻混合，封裝到真空石英管中；再把封裝好的石英管在高溫箱式電阻爐中60(TC保溫2 小時，然後再在高頻爐中熔煉；將高頻爐熔煉出的塊體材料用機械方法研磨成粉狀，最 後運用粉末冶金的製備工藝及高溫燒結製備出高緻密塊體材料。將製備得到的塊體材料
進行性能測試結果為密度6. 428g/cm3 ，對其XRD譜線用jade5. 0軟體分析鑑定為SnTe
相，所製備材料的XRD譜線如圖6所示。 實施例5
用機械方法將稀土 La表面的氧化層去掉，然後將9份La、 40份Sn及51份Te均 勻混合，封裝到內壁鍍有石墨的真空石英管中，再把封裝好的石英管在高溫箱式電阻爐 中55(TC保溫2.5小時，然後再在高頻爐中熔煉；將高頻爐熔煉出的塊體材料用機械方 法研磨成粉狀，最後運用粉末冶金的製備工藝及高溫燒結製備出高緻密塊體材料。將制 備得的塊體材料進行性能測試結果為密度6.402g/cm3，對其XRD譜線用jade5. 0軟
件分析鑑定為SnTe相，所製備材料的XRD譜線如圖7所示。 實施例6
用機械方法將稀土 Dy表面的氧化層去掉，然後將9份Dy、 41份Sn及50份Te均 勻混合，封裝到真空石英管中，再把封裝好的石英管在高溫箱式電阻爐中60(TC保溫3 小時，然後再在高頻爐中熔煉，將高頻爐熔煉出的塊體材料用機械方法研磨成粉狀，最 後運用粉末冶金的製備工藝及高溫燒結製備出高緻密塊體材料。將製備得的塊體材料進
行性能測試結果為密度6. 518g/cm3 ，對其XRD譜線用jade5. 0軟體分析鑑定為SnTe
相，所製備材料的XRD譜線如圖8所示。
權利要求
1. 製備稀土摻雜Sn-Te基高緻密度塊體稀磁半導體材料的方法，其特徵在於，所述方法採用的原料組分及用量(重量份)如下稀土元素1～10金屬Sn 40～47金屬Te 50～52按上述原料組分及用量製備稀土摻雜Sn-Te基高緻密度塊體稀磁半導體材料的方法如下(1)依據稀土-Sn-Te三元合金相圖，計算出要製備的稀磁半導體材料的原料配比，然後將所述原料混合均勻；(2)將(1)所得混合料真空封裝進石英管中，放進高溫箱式電阻爐中於500～600℃保溫1～3個小時，再用高頻爐熔煉，然後把熔煉好的材料研磨成粉末，經高溫燒結即得到高緻密塊體稀磁半導體材料。
2、 根據權利要求1所述的製備稀土摻雜Sn-Te基高緻密度塊體稀磁半導體材料的方法， 其特徵在於，所述稀土元素為鑭系金屬。
3、 根據權利要求1所述的製備稀土摻雜Sn-Te基高緻密度塊體稀磁半導體材料的方法， 其特徵在於，若稀土元素的摻雜量在1 6%，則將(1)所得混合料真空封裝進石英管中，放 進高溫箱式電阻爐中於500 60(rC保溫1 3個小時，再用高頻爐熔煉，直接得到稀磁半導 體材料。
4、 根據權利要求1所述的製備稀土摻雜Sn-Te基高緻密度塊體稀磁半導體材料的方法， 其特徵在於，摻雜輕稀土時，則將(1)所得混合料真空封裝進內壁鍍有石墨的石英管中。
全文摘要
一種製備稀土摻雜Sn-Te基高緻密度塊體稀磁半導體材料的方法，採用的原料組分及用量(重量份)為稀土元素1～10，金屬Sn 40～47，金屬Te 50～52，按所述原料組分及用量製備所述稀磁半導體材料的方法是依據稀土-Sn-Te三元合金相圖，計算出要製備的稀磁半導體材料的原料配比，然後將所述原料混合均勻；將混勻料真空封裝進石英管中，放進高溫箱式電阻爐中於500～600℃保溫1～3個小時，再用高頻爐熔煉，然後把熔煉好的材料研磨成粉末，經高溫燒結即得高緻密塊體稀磁半導體材料。採用本發明製備得的稀磁半導體材料晶粒均勻、純度高，可用於製作各種功能材料以及功能薄膜的靶材，便於工業化生產。
文檔編號C22C1/05GK101521074SQ200810073890
公開日2009年9月2日 申請日期2008年11月7日 優先權日2008年11月7日
發明者張廣華, 湛永鍾, 馬建波 申請人:廣西大學