专利名称：稀土掺杂Sn-Te基稀磁半导体高致密度块体材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及物理材料领域中制备稀土掺杂Sn-Te基稀磁半导体高致密度块体材料的制 备方法。
二背景技术：
稀磁半导体材料具有半导体材料和磁性材料的双重特性，它将半导体的信息处理与 磁性材料的信息存储功能、半导体材料的优点和磁性材料的非易失性两者融合在一起， 具有极高的应用价值，愈来愈受到人们的重视。近年来人们发现Sn-Te基稀磁半导体材料具 有一系列新颖的磁光、磁运输和写擦迅速的可逆相变光储存特性，可以制成各种新型的功 能器件。由于稀土元素和Sn、 Te的熔沸点相差较大，用常规的制备方法及合成工艺很难 制备出高纯度、晶粒均匀的高致密度块体稀磁半导体材料。目前，对于熔沸点较低金属 材料合金的制备方法及合成工艺在一些文献中也报道过，如文献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)。众多文献研究表明，对于高温易挥发的金属材料利用常规的熔炼炉进行 制备高纯合金材料是不可能的。
三
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备掺杂稀土 Sn-Te基的高致密块体稀磁半导体材料的 方法，它能够克服Te在高温下易挥发的难题，有效避免了在常规制备工艺中由于Te高 温挥发导致合成的合金材料成分偏差较大的问题，并且制备出的材料晶粒尺寸细小、纯 度高。
本发明采用以下技术方案实现上述目的 一种制备稀土掺杂Sn-Te基高致密度块体稀 磁半导体材料的方法，所述方法采用的原料组分及用量(重量份)如下 稀土元素 1 10 金属Sn 40 47金属Te 50 52
按上述原料组分及用量制备稀土掺杂Sn-Te基高致密度块体稀磁半导体材料的方法如
下
(1) 依据稀土-Sn-Te三元合金相图，计算出要制备的稀磁半导体材料的原材料配比， 然后将所述原材料混合均匀；
(2) 将(1)所得混合料真空封装进石英管中，放进高温箱式电阻炉中于500 60(TC保 温1 3个小时，再用高频炉熔炼，然后把熔炼好的材料研磨成粉末，经高温烧结即得到高 致密块体稀磁半导体材料。
所述稀土元素为镧系金属。所述原料纯金属Sn、 Te及稀土元素纯度均在99.9W以上。 若稀土元素的掺杂量在1 6%,则将(1)所得混合料真空封装进石英管中，放进高温箱 式电阻炉中于500 60(TC保温1 3个小时，再用高频炉熔炼，直接得到稀磁半导体材料。 在将所得混合料真空封装进石英管之前，先在石英管内壁镀一层石墨。 由于稀土元素和Sn、 Te的物理性质有很大的差异，用常规的材料制备方法及合成工艺 很难制备出高致密度块体稀磁半导体材料，本发明首次运用封装真空石英管、粉末冶金工艺 制备高纯度稀土掺杂Sn-Te基高致密度块体稀磁半导体材料，所制备得的稀磁半导体材料晶 粒均匀、纯度高，制备得的高致密块体稀磁半导体材料可用于制成各种新型功能材料以及作 为制备各种功能薄膜的靶材，便于实现工业化生产。 本发明具备以下优点和积极作用
(1) 利用真空封装石英管的方法进行材料的合成，有效地解决了金属Te高温挥发 导致的材料成分偏离较大的问题。
(2) 将高温熔炼好的材料进行机械研磨，再高温烧结可制备出高致密的块体材料；
(3) 综合运用封装石英管及粉末冶金合成工艺两种方法，制备出晶粒均匀、高纯的 块体稀磁半导体材料。
(4) 为解决轻稀土元素与石英管内壁发生反应的难题，在将所得混合料真空封装进 石英管之前，先在石英管内壁镀一层石墨，可有效防止稀土元素与石英发生反应。
(5) 制备出的块体稀磁半导体材料，根据需要制备所需功能材料。
四
图1为本发明所述掺杂稀土Sn-Te基稀磁半导体制备方法的工艺流程图。 图2为不掺杂稀土元素的Sn-Te稀磁半导体材料的XRD谱线。 图3为实施例1制备的Sn-Te基稀磁半导体材料的XRD谱线。图4为实施例2制备的Sn-Te基稀磁半导体材料的XRD谱线。 图5为实施例3制备的Sn-Te基稀磁半导体材料的XRD谱线。 图6为实施例4制备的Sn-Te基稀磁半导体材料的XRD谱线。 图7为实施例5制备的Sn-Te基稀磁半导体材料的XRD谱线。 图8为实施例6制备的Sn-Te基稀磁半导体材料的XRD谱线。
利用jade5. 0软件分析这些XRD谱线可以看出惨杂稀土元素后，所得的谱线(图4 图8)与SnTe单相的XRD谱线(图3) —致，说明所掺杂的稀土完全固熔在Sn-Te基材 料中。
五具体实施例方式
实施例1
用机械方法将稀土 Gd表面的氧化层去掉，然后将1份Gd、 47份Sn及52份Te均 匀混合，封装到真空石英管中；然后把封装好的石英管放在高温箱式电阻炉中在500°C 保温1小时，再放入高频炉中进行熔炼并进行均匀化处理即可。制备得的稀磁半导体材
料测试结果为密度6. 516g/cm3，对其XRD谱线用jade5.0软件分析鉴定为SnTe相，
所制备材料的XRD谱线如图3所示。 实施例2
用机械方法将稀土 Gd表面的氧化层去掉，然后将4份Gd、 45份Sn及51份Te均 匀混合，封装到真空石英管中，再把封装好的石英管在高温箱式电阻炉中55(TC保温1.5 小时，然后再在高频炉中熔炼并进行均匀化处理。制备得的块体材料进行性能测试结果 为密度6.672g/cm3，对其XRD谱线用jade5. 0软件分析鉴定为SnTe相，所制备材料
的XRD谱线如图4所示。 实施例3
用机械方法将稀土 Gd表面的氧化层去掉，然后将6份Gd、 43份Sn及51份Te均 匀混合，封装到真空石英管中，再把封装好的石英管在高温箱式电阻炉中500'C保温1 小时，然后再在高频炉中熔炼并进行均匀化处理。将制备得的块体材料进行性能测试结 果为密度6.475g/cm3，对其XRD谱线用jade5. 0软件分析鉴定为SnTe相，所制备材
料的XRD谱线如图5所示。 实施例4
用机械方法将稀土Gd表面的氧化层去掉，然后将10份Gd、 40份Sn及50份Te均匀混合，封装到真空石英管中；再把封装好的石英管在高温箱式电阻炉中60(TC保温2 小时，然后再在高频炉中熔炼；将高频炉熔炼出的块体材料用机械方法研磨成粉状，最 后运用粉末冶金的制备工艺及高温烧结制备出高致密块体材料。将制备得到的块体材料
进行性能测试结果为密度6. 428g/cm3 ，对其XRD谱线用jade5. 0软件分析鉴定为SnTe
相，所制备材料的XRD谱线如图6所示。 实施例5
用机械方法将稀土 La表面的氧化层去掉，然后将9份La、 40份Sn及51份Te均 匀混合，封装到内壁镀有石墨的真空石英管中，再把封装好的石英管在高温箱式电阻炉 中55(TC保温2.5小时，然后再在高频炉中熔炼；将高频炉熔炼出的块体材料用机械方 法研磨成粉状，最后运用粉末冶金的制备工艺及高温烧结制备出高致密块体材料。将制 备得的块体材料进行性能测试结果为密度6.402g/cm3，对其XRD谱线用jade5. 0软
件分析鉴定为SnTe相，所制备材料的XRD谱线如图7所示。 实施例6
用机械方法将稀土 Dy表面的氧化层去掉，然后将9份Dy、 41份Sn及50份Te均 匀混合，封装到真空石英管中，再把封装好的石英管在高温箱式电阻炉中60(TC保温3 小时，然后再在高频炉中熔炼，将高频炉熔炼出的块体材料用机械方法研磨成粉状，最 后运用粉末冶金的制备工艺及高温烧结制备出高致密块体材料。将制备得的块体材料进
行性能测试结果为密度6. 518g/cm3 ，对其XRD谱线用jade5. 0软件分析鉴定为SnTe
相，所制备材料的XRD谱线如图8所示。
权利要求
1. 制备稀土掺杂Sn-Te基高致密度块体稀磁半导体材料的方法，其特征在于，所述方法采用的原料组分及用量(重量份)如下稀土元素1～10金属Sn 40～47金属Te 50～52按上述原料组分及用量制备稀土掺杂Sn-Te基高致密度块体稀磁半导体材料的方法如下(1)依据稀土-Sn-Te三元合金相图，计算出要制备的稀磁半导体材料的原料配比，然后将所述原料混合均匀；(2)将(1)所得混合料真空封装进石英管中，放进高温箱式电阻炉中于500～600℃保温1～3个小时，再用高频炉熔炼，然后把熔炼好的材料研磨成粉末，经高温烧结即得到高致密块体稀磁半导体材料。
2、 根据权利要求1所述的制备稀土掺杂Sn-Te基高致密度块体稀磁半导体材料的方法， 其特征在于，所述稀土元素为镧系金属。
3、 根据权利要求1所述的制备稀土掺杂Sn-Te基高致密度块体稀磁半导体材料的方法， 其特征在于，若稀土元素的掺杂量在1 6%，则将(1)所得混合料真空封装进石英管中，放 进高温箱式电阻炉中于500 60(rC保温1 3个小时，再用高频炉熔炼，直接得到稀磁半导 体材料。
4、 根据权利要求1所述的制备稀土掺杂Sn-Te基高致密度块体稀磁半导体材料的方法， 其特征在于，掺杂轻稀土时，则将(1)所得混合料真空封装进内壁镀有石墨的石英管中。
全文摘要
一种制备稀土掺杂Sn-Te基高致密度块体稀磁半导体材料的方法，采用的原料组分及用量(重量份)为稀土元素1～10，金属Sn 40～47，金属Te 50～52，按所述原料组分及用量制备所述稀磁半导体材料的方法是依据稀土-Sn-Te三元合金相图，计算出要制备的稀磁半导体材料的原料配比，然后将所述原料混合均匀；将混匀料真空封装进石英管中，放进高温箱式电阻炉中于500～600℃保温1～3个小时，再用高频炉熔炼，然后把熔炼好的材料研磨成粉末，经高温烧结即得高致密块体稀磁半导体材料。采用本发明制备得的稀磁半导体材料晶粒均匀、纯度高，可用于制作各种功能材料以及功能薄膜的靶材，便于工业化生产。
文档编号C22C1/05GK101521074SQ200810073890
公开日2009年9月2日 申请日期2008年11月7日 优先权日2008年11月7日
发明者张广华, 湛永钟, 马建波 申请人:广西大学