新型硫属化合物半导体材料制造技术

新型硫属化合物半导体材料涉及新型硫属化合物半导体材料系列Ｍ３Ｑ２Ｘ２（Ｍ＝Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ；Ｑ＝Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ；Ｘ＝Ｃｌ，Ｂ?ｒ，Ｉ）。该材料采用固相反应法制备，用ＭＸ２和Ｑ粉（Ｍ＝Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ；Ｑ＝Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ；Ｘ＝Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ），真空密封后加热反应合成并同时制备单晶体。该材料可以被应用于直流输电、太阳能电池和光电开关。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新型硫属化合物半导体材料系列M3Q2X2(M = Zn,Cd,Hg ；Q = S, Se,Te ； X = Cl, Br, I)。
技术介绍
材料、信息和能源三大产业的发展程度已经被公认为是一个国家综合国力强弱的 重要标志，其中材料又是信息和能源产业的物质基础。每一种重要新材料的产生都是人类 社会发展过程的里程碑。本世纪最重要的研究领域之一就是新材料的研发。半导体材料作 为一种重要的高科技材料，在当代能源技术如直流输电和太阳能电池等中起着异常重要的 作用。在直流输电中半导体主要应用于长途大功率输电，它有着非常明显的优点输送同 样功率的电造价比较低——因为交流电需要三根输送线，直流电却只需要两根电线，输电 线路杆的结构也比输送交流电的简单；输电过程中功耗小，除了电阻损耗外，没有电感、电 容形成的阻抗；输电过程中对电磁波的干扰比较小；以及输电过程不受相位同步的限制等 等。鉴于上述优点，直流输电已经得到越来越广泛的应用。我国长江三峡电站就是采用直 流输电，葛洲坝电站向广东和华东输电也采用了直流50万伏的输电办法。太阳能光伏发电的核心部件是太阳能电池。阳光照在半导体的p-n结上，形成电 子和空穴对，在p-n结电场的作用下，电子由ρ区流向η区，空穴由η区流向ρ区，接通电路 后就可以产生电流。这就是光伏效应太阳能电池的工作原理。1877年R. Ε. Day和W. G. Adams 研究了硒的光伏效应，并成功制作出第一片硒太阳能电池。这使得人们感到用太阳能直接 发电是十分有前景的。但是经过多年的研究后，人们发现这种方式发电的光电转换效率很 低(< )。为了能够提高太阳能发电的光电转换效率，100多年来人们做出了持续不懈 的努力。1954年的时候光电转换效率已经提高到了 10%。1958年，美国卫星Vanguard-I 号第一次装上了太阳能电池，并成功地连续运行了 8年。人们在以后发射的人造卫星上，几 乎都采用了太阳能电池供电。在各国的宇宙探索中，由于太阳能电池使用寿命长、重量轻、 不需要燃料供给，奠定了它的无竞争对手的牢固地位。现在各国太阳能电池的研发工作主 要是围绕着提高光电转换效率和克服因太阳光辐射而造成的光电性能方面的衰退问题。目前，太阳能电池材料除了采用已有的单晶硅外，人们还研发了砷化嫁、硫化镉、 多晶硅、铜铟硒、碲化镉等太阳能电池材料。但是，一方面由于它的发电成本太高，另一方 面由于它的光电转换效率还有待进一步提高，所以直到现在太阳能电池仍然未得到普遍应 用。不过随着我国的《可再生能源法》的实施，我国的太阳能光伏发电将得到迅速的发展。 据预测在近几年内我国在太阳能光伏电池研究、生产、应用产品的开发方面将形成一个世 界级的产业基地，并且在国际太阳能光伏产业领域中会占据比较重要的地位。所以，开发具 有高的光电转换效率和低的发电成本的可用于太阳能电池的半导体材料仍然是很有意义 的。为了获得良好的可以用于制造太阳能电池的半导体材料，带隙宽度为1.35eV的 化合物是最佳的选择。因为在这个带隙宽度，材料可以充分利用太阳光，有利于提高光电较3换效率。例如以下两种材料的光电较换效率就比较高=CuInSe2的带隙宽度为1. 04eV，它的 光电较换效率为17%;CdTe的带隙宽度为1. 50eV，它的光电较换效率为15. 8%。我们的研 究工作是通过研究新的化合物半导体，为研究这类光电转换材料提供新的思路，最终获得 带隙宽度接近1. 35eV的化合物半导体材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是要合成带隙宽度接近1. 35eV的化合物半导体材料。为此，需要选 择合适的元素来进行合成反应。为此我们采用IIB族的Hg，VIA族元素S和VIIA族元素Cl通过固相反应法，合成 了新型化合物半导体材料Hg3S2Cl2。考虑到在元素周期表中的同一族元素具有比较类似的 物理化学性质，所以可通过选择Zn和Cd代替Hg，Se或Te替代S，Br或I替代Cl，依照反应 式中各反应物的摩尔比准确使用相应质量的反应物，在特定的温度下反应，就可以得到异 质同构的一系列化合物 M3Q2X2 (M = Zn，Cd，Hg ；Q = S，Se，Te ；X = Cl，Br, I)，如 Hg3Se2Cl2, Zn3S2Br2, Cd3Se2I2等。同时由于同族元素之间存在的一些差别，使得该系列化合物半导体材 料的带隙宽度存在着一点差异，所以通过调整材料的组成可以获得具有不同带隙宽度的化 合物半导体材料。新型化合物半导体材料M3Q2X2 (M = Zn，Cd，Hg ；Q = S，Se，Te ；X = Cl, Br, I)具有 如下优点反应过程不引入杂质，制备简单易行；反应条件温和，无须复杂的设备；可以直 接得到体单晶，无须进一步生长单晶。具体实施例方式实施实例1，关于化合物半导体材料Hg3S2Cl2的合成和单晶生长。化合物半导体材料Hg3S2Cl2的合成和体单晶生长是采用固相反应法同时完成的。化学反应式为3HgCl2+2S+2H20+02— Hg3S2Cl2+4HC10所用化学试剂、生产厂家及投料量为HgCl2 May&Baker (England)纯度彡 99. 95% 3mmol 0. 816gS粉 四川半导体材料厂 纯度彡99. 999% 2mmol 0. 064g先按化学反应式中各反应物的摩尔比准确称得相应质量的反应物，放入研钵中研 磨均勻，然后将研磨好的混合物压片，装入玻璃管内。将玻璃管抽到接近真空然后用火焰封 闭玻璃管。把封闭好的玻璃管放入马福炉内，用温度控制仪控制温度，由室温6小时内升温 至200°C，在200°C恒温24小时，再6小时内升温至300°C，在300°C恒温144小时，再33小 时内降温至100°C，再5小时内降至35°C，然后关掉电源。从马福炉中取出玻璃管，打开，可 得到黄色块状晶体(产率> 50% )。经X-射线单晶结构测定，化合物Hg3S2Cl2的空间群为R3(No. 146)，其单胞参数为 a = b = 12. 654(3) A, c = 7. 753(4) A, Z = 6，单胞体积 V = 1075. 1(6) Α3。紫外-可见光 谱测试表明，化合物Hg3S2Cl2的禁带宽度约为2. 51eV。权利要求新型硫属化合物半导体材料，其特征是该材料的通式为M3Q2X2(M＝Zn，Cd，Hg；Q＝S，Se，Te；X＝Cl，Br，I)。2.该材料的特征是分子式为Hg3S2Cl2，空间群为R3(No. 146)，其单胞参数为a = b = 12. 654(3) A, c = 7. 753(4) A, Z = 6，单胞体积 V = 1075. 1(6) A303.该材料制备方法，其特征是用固相反应法，用MX2和Q粉(M= Zn, Cd，Hg ；Q = S， Se, Te ；X = Cl, Br, I)，真空密封后加热反应合成并同时制备单晶体。全文摘要新型硫属化合物半导体材料涉及新型硫属化合物半导体材料系列M3Q2X2(M＝Zn，Cd，Hg；Q＝S，Se，Te；X＝Cl，B r，I)。该材料采用固相反应法制备，用MX2和Q粉(M＝Zn，Cd，Hg；Q＝S，Se，Te；X＝Cl，Br，I)，真空密封后本文档来自技高网...

【技术保护点】
新型硫属化合物半导体材料，其特征是：该材料的通式为Ｍ↓［３］Ｑ↓［２］Ｘ↓［２］（Ｍ＝Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ；Ｑ＝Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ；Ｘ＝Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文通，
申请(专利权)人：陈文通，
类型：发明
国别省市：36[中国|江西]