一種黃銅礦結構的稀磁半導體材料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了屬于稀磁半導體材料制備技術領域的一種黃銅礦結構的稀磁半導體材料及其制備方法。該稀磁半導體材料的化學式為CuS1-xTxTe2；其中，S為Ga或In，T為Co、Mn、或Fe，x＝0-0.4。根據CuS1-xTxTe2的化學計量比配置Cu、S、T、Te四種單質元素；將Cu、S、T熔煉成Cu-S-T前驅合金后與Te混合研磨成粉并壓制成片，對其熱處理后冷卻，然后真空研磨成粉并烘干后得到粗品，經抽濾后得到該稀磁半導體材料。制成稀磁半導體材料更好地控制了非揮發性元素與揮發性元素之間的化學比例，并通過控制熱處理時的溫度，獲得了雜相較少、成分均勻且具有室溫鐵磁性的黃銅礦結構的稀磁半導體材料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于稀磁半導體材料制備
，具體涉及一種黃銅礦結構的稀磁半導體材料及其制備方法。
技術介紹
稀磁半導體(DilutedMagneticSemiconductors,DMS)一般是通過在半導體中引入少量的磁性離子而得到，可以將電荷自由度和自旋自由度結合起來，同時具備了磁性材料和半導體材料的特性，可以利用載流子控制技術產生磁性。稀磁半導體材料具有很多獨特的性質，如巨磁光效應、巨負磁阻效應、反常霍爾效應等。這類材料在新型磁電、磁光和光電器件領域展現出了非常廣闊的應用前景。從而稀磁半導體材料作為一種新興的功能材料獲得了廣泛的關注。但是決定稀磁半導體能否具有實際應用的關鍵是在室溫以及高于室溫時，能否依舊保持鐵磁性。因此制備具有室溫鐵磁性的稀磁半導體材料成為人們研究的熱點。Dietl采用平均場近似從理論上預言了氧化鋅(ZnO)可以通過元素摻雜得到室溫鐵磁性的稀磁半導體。人們選擇不同原料，采用化學氣相沉積、脈沖激光沉積、分子束外延等方法來制備ZnO基稀磁半導體。然而這些方法或是需要特殊的儀器，在高溫條件下經過復雜的操作過程才可以制備出材料，或是得到的材料中含有雜相等缺陷。有研究公開了一種Fe摻雜ZnO的制備方法，雖然依據該方法可以獲得室溫稀磁半導體材料，但其工藝過程復雜，而且Fe摻雜量≤2％，致使磁性能仍處于較低水平。典型的Ⅲ-Ⅴ基稀磁半導體(Ga，Mn)As和(Ga,Mn)N，Mn2+對Ga3+的不等價替換使得其化學溶解度很有限，所以制備時只能采用外延薄膜的技術，并且載流子和自旋不能分別進行調控。雖然其鐵磁轉變溫度可以達到180K,但還是遠低于室溫。也有基于Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族半導體LiZnAs的稀磁半導體Li(Zn，Mn)As被成功制備，但是其50k的鐵磁轉變溫度要遠遠低于實際應用的要求。InP因其優異的光學性質成為光學和高速電子器件的熱點研究材料。人們希望通過對InMnP稀磁半導體的研究，對其自旋性質也加以利用。Yoon等人通過Zn、Mn共摻，成功獲得了居里溫度約360K的InMnP:Zn樣品，為該材料的實際應用提供了可能。但目前主要是通過MBE分子束外延生長或離子注入技術制備獲得，這些方法不僅設備成本以及材料生長成本昂貴，而且工藝程序復雜，難以操作。對于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2基的黃銅礦結構稀磁半導體，有理論研究預測，磁性離子(eg.Mn2+)占據Ⅲ晶位會使該稀磁半導體有鐵磁性。但是，CuInTe2:Mn和CuInSe2:Mn稀磁半導體中未觀察到室溫鐵磁性。JinleiYao等人發現在Cu(In，Mn)Se2稀磁半導體中，Mn2+離子更容易占據Cu2+晶位，會使該稀磁半導體具有反鐵磁性。
技術實現思路
本專利技術針對現存問題，其目的在于提供一種具有室溫鐵磁性的黃銅礦結構的稀磁半導體材料以及其制備方法。為了實現上述目的，本專利技術采取的技術方案如下：一種黃銅礦結構的稀磁半導體材料，所述稀磁半導體材料的化學式為CuS1-xTxTe2；其中，S為Ga或In，T為Co、Mn、或Fe，x＝0-0.4。所述稀磁半導體材料的晶體結構為黃銅礦結構。所述的稀磁半導體材料具有室溫鐵磁性。一種黃銅礦結構的稀磁半導體材料的制備方法，所述制備包括以下步驟：(1)根據化學式CuS1-xTxTe2的化學計量比配制Cu、S、T、Te四種單質元素；(2)在惰性氣體的保護下反復熔煉Cu、S、T單質3-4遍，得到成分均勻的Cu-S-T前驅合金；(3)將Cu-S-T前驅合金和Te混合后研磨成粉，并用壓片機壓制成片；(4)將壓制成的片裝入充滿惰性氣體的真空石英玻璃管中，并將其置于馬弗爐中在300-800℃下進行熱處理；(5)重復步驟(4)1-2遍，獲得經熱處理后的樣品；(6)取出經熱處理后的樣品在冷水中冷卻，然后真空研磨成粒徑為100-10000mm的粉末；(7)將粉末放入真空箱中烘干后得到粗品，再經抽濾分離提純后得到具有黃銅礦結構的稀磁半導體材料。步驟(1)中所述Cu、S、T和Te單質的純度在99.9％以上。步驟(2)中所述熔煉在非自耗真空電弧爐中進行，熔煉電壓為220V，熔煉電流為40A-200A。步驟(4)中所述熱處理的時間為4-6周。步驟(2)與步驟(4)中所述的惰性氣體為氮氣或氬氣。步驟(6)中所述的真空研磨在球磨機中進行，轉速為400-600r/min，球磨時間為6-14h。本專利技術的有益效果為：本專利技術所述的制備方法，將非揮發性元素配比進行熔煉，得到了成分均勻的前驅合金，可以更好的控制非揮發性元素與揮發性元素之間的化學比例；另外，通過控制熱處理時的溫度，獲得了雜相較少的、成分均勻的具有室溫鐵磁性的黃銅礦結構的稀磁半導體材料。附圖說明圖1為制備的CuIn0.9Co0.1Te2稀磁半導體材料的X射線衍射圖譜。圖2為制備的CuIn0.9Co0.1Te2稀磁半導體材料在室溫時磁矩與磁場的關系曲線圖。圖3為制備的CuIn0.9Co0.1Te2稀磁半導體材料在低溫時磁化率與溫度的關系曲線圖。圖4為制備的CuIn0.9Co0.1Te2稀磁半導體材料在高溫時磁矩與溫度的關系曲線圖。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優勢更加清楚，結合以下實例對本專利技術做進一步說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。實施例：制備CuIn0.9Co0.1Te2稀磁半導體材料。(1)根據化學式CuIn0.9Co0.1Te2的化學計量比配制Cu、In、Co、Te四種單質元素共30g；其中，Cu、In、Co、Te單質的純度均在99.9％以上；(2)使用非自耗真空電弧爐，在氬氣保護下，電流40A，電壓220V熔煉Cu、In、Co單質3遍，得到成分均勻的Cu-In-Co前驅合金；(3)將Cu-In-Co前驅合金和Te單質混合研磨成粉，并用壓片機壓制成片；(4)應用高溫真空固態反應把壓制成的片裝入充滿氬氣的真空石英玻璃管中，在馬弗爐中進行熱處理，熱處理溫度為500℃，保溫時間為6周；(5)重復一遍步驟(4)，獲得經熱處理后的樣品；(6)取經熱處理后的樣品在冷卻水中冷卻后，放入置于真空手套箱中的球磨機中進行真空研磨，球磨轉速為800r/min，球磨時間為8h，磨成粒徑為100-10000mm的粉末；(7)將粉末放入真空箱中烘干后得到粗品，經抽濾分離提純后的產物即為具有室溫鐵磁性的黃銅礦結構CuIn0.9Co0.1Te2稀本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種黃銅礦結構的稀磁半導體材料，其特征在于，所述稀磁半導體材料的化學式為CuS1?xTxTe2；其中，S為Ga或In，T為Co、Mn、或Fe，x＝0?0.4。

【技術特征摘要】
1.一種黃銅礦結構的稀磁半導體材料，其特征在于，所述稀磁半導體材料
的化學式為CuS1-xTxTe2；其中，S為Ga或In，T為Co、Mn、或Fe，x＝0-0.4。
2.根據權利要求1所述的一種黃銅礦結構的稀磁半導體材料，其特征在于，
所述稀磁半導體材料的晶體結構為黃銅礦結構。
3.根據權利要求1所述的一種黃銅礦結構的稀磁半導體材料，其特征在于，
所述的稀磁半導體材料具有室溫鐵磁性。
4.權利要求1-3任一項所述的一種黃銅礦結構的稀磁半導體材料的制備方
法，其特征在于，所述制備包括以下步驟：
(1)根據化學式CuS1-xTxTe2的化學計量比配制Cu、S、T、Te四種單質元素；
(2)在惰性氣體的保護下反復熔煉Cu、S、T單質3-4遍，得到成分均勻的
Cu-S-T前驅合金；
(3)將Cu-S-T前驅合金和Te混合后研磨成粉，并用壓片機壓制成片；
(4)將壓制成的片裝入充滿惰性氣體的真空石英玻璃管中，并將其置于馬弗
爐中在300-800℃下進行熱處理；
(5)重復步驟(4)1-2遍，獲得經熱處理后的樣品；
(6)取出經熱處...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭永權，解娜娜，
申請(專利權)人：華北電力大學，
類型：發明
國別省市：北京;11