[發明專利]一種半導體材料及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 201710481771.0
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN109119527A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 靳常青;張俊;望賢成
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L35/14
• 分類號: H01L35/14;H01L35/16;H01L35/34
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 郭廣迅

1.一種半導體材料，其化學通式為：M₉Sn₃X₁₅，其中，M為Ca、Sr和Ba中的一種或幾種，X為S、Se和Te中的一種或幾種；所述半導體材料的晶體結構屬于六方晶系，空間群為空間群號為188，其晶體結構沿著c軸方向由三聚化的SnX₆八面體通過面共享方式連接，呈一維鏈狀結構；而a//b平面由SnX₆鏈組成三角晶格，鏈與鏈之間平行排列，保持長度為晶格常數a的距離。

2.一種制備權利要求1所述半導體材料的方法，包括以下步驟：

(1)前驅體MX的制備：將金屬M顆粒和X粉末在高純惰性氣氛中按照化學計量比M：X＝1:1進行簡單混合，并將其混合物置于陶瓷容器中；然后將包含上述混合物的陶瓷容器置于高真空度的石英管中，密封；最后將石英管加熱到400～800℃，優選700℃，保溫5～80小時，優選20小時；

(2)將上述步驟(1)中得到的MX、金屬Sn粉和X粉按照摩爾比MX:Sn:X＝3:1:2均勻混合，然后通過壓片機壓成具有所需直徑和高度的圓柱；

(3)將步驟(2)中所得的圓柱置于壓機中，將壓機內壓力升到3.0～20GPa；

(4)在步驟(3)中的壓力穩定后，將壓機內溫度升高到900～1500℃并保溫10～120分鐘；

(5)待步驟(4)中保溫結束，將壓機內溫度降為室溫，慢慢釋放壓力，即可獲得圓柱樣品M₉Sn₃X₁₅；

其中，上述步驟中，M為Ca、Sr和Ba中的一種或幾種，X為S、Se和Te中的一種或幾種。

3.根據權利要求2所述的方法，其中，步驟(1)中所述高純惰性氣氛為氬氣氣氛；和/或所述高真空度為Pa<10^-3Pa。

4.根據權利要求2所述的方法，其中，步驟(2)中所述圓柱的直徑為1.5～8mm，高度為2～5mm。

5.根據權利要求2所述的方法，其中，步驟(3)中升壓的速率為0.5～2GPa/min，優選地將壓力升到5.5GPa。

6.根據權利要求2所述的方法，其中，步驟(4)中升溫的速率為100～400℃/min，最終溫度為1000～1500℃，保溫時間為40-120min。

7.根據權利要求6所述的方法，其中，所述最終溫度為1200-1400℃。

8.根據權利要求6所述的方法，其中，所述保溫時間為40-60min。

9.根據權利要求2所述的方法，其中，步驟(5)中釋放壓力的速率為0.3～1.0GPa/min。

10.根據權利要求1所述的半導體材料在制備熱電轉化器材中的用途。