一种非掺杂导电碲化锌靶材及其制备方法与流程

1.本发明属于溅射靶材制备技术领域，具体涉及一种非掺杂导电碲化锌靶材及其制备方法。


背景技术：

2.碲化锌是一种
ⅱ‑ⅵ
族化合物，化学式为znte，在光致发光和电致发光器件、太阳能电池、红外探测器、热成像技术等领域应用越来越多。目前应用比较大的是在碲化镉薄膜太阳能电池上。薄膜太阳能电池飞速发展，对碲化锌的要求越来越高。
3.当前碲化锌薄膜主要通过磁控溅射形成，磁控溅射制备过程需要靶材有一定的导电性，但是纯的碲化锌靶材导电性较差，目前常通过掺杂铜、银等导电性好的物质提高其导电性。但增加导电性的同时，也增加了铜、银等含量，对薄膜有一定的影响。
4.专利cn 113121232 a公开了一种导电性碲化锌靶材的制备方法，包括以下步骤：将碲化锌粉末和碲化亚铜粉末混合均匀后进行热压烧结，得到导电性碲化锌靶材；其中热压烧结过程中，在500～900℃下加压至45～70mpa，再保温保压。该发明通过在碲化锌中掺杂碲化亚铜，使所得碲化锌靶材具有非常好的导电性。但该方法在靶材中引入了铜元素，对薄膜有一定的影响；且为实现良好的均匀性及提高靶材相对密度，其热压烧结的温度及压力相对较高。
5.专利cn 113402276 a公开了一种碲化锌掺锌平面靶材的制备方法，包括：s1)混料：将碲化锌粉体、锌单质粉体与碲单质粉体混合，得到混合物料；s2)烧结：将所述混合物料加热烧结，得到烧结物料；s3)球磨：将所述烧结物料进行球磨，得到球磨物料；s4)预压：将所述球磨物料进行预压，得到成型坯体；s5)热压：将所述成型坯体进行真空热压烧结，得到碲化锌掺锌平面靶材。该发明在碲化锌中掺锌以及掺碲可以使原本的碲化锌靶材的导电性得到改善，使制得的靶材纯度和密度均较高且可以提高靶材溅射的电导率。但该方法在靶材中引入了锌元素和过量的碲元素，存在游离锌和碲，对薄膜有一定的影响；且为实现良好的均匀性，需采用多次多阶段烧结及球磨处理等步骤，工艺相对复杂。
6.专利cn 107805788 a公开了一种碲化锌靶材的制备方法，包括如下步骤：s1、研磨制粉：将4.5n及以上纯度的碲化锌合金用球磨机进行研磨并用筛网过筛，得到粒径在10～200 微米的粉体；s2、预压：将上述粉体装入一石墨模具中，进行预压，成型为坯体；s3、坯料制备：将坯体装入一包套中，然后包套进行抽真空密封，接着将包套移入一烧结炉的炉体内；将炉体抽真空至绝对真空度低于5pa，然后以5～10℃/min的升温速度升温到400～550℃，保温1～2小时，不加压；随后以10～20℃/min的升温速度升温，并开始不断加压，当温度升高至700～850℃，压力达到30～70mpa时，开始保温保压，保温保压2-4小时后，关闭烧结炉的加热电源开始降温，等炉体温度降到600℃，逐渐缓慢泄压至常压；待炉体完全冷却至室温后，从炉体内取出包套，剥离包套得到碲化锌靶材坯料；s4、坯料后加工处理：对碲化锌靶材坯料进行机械加工和电加工，然后抛光、清洗、烘干，即得到碲化锌靶材。然而，本征的碲化锌是不导电的，且为了获得较高的相对密度其热压温度及压力相对较高。因此，如何得
到一种非掺杂的导电碲化锌靶材，及在相对较低的温度及压力下得到高相对密度碲化锌靶材具有显著的意义。


技术实现要素：

7.针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种非掺杂导电碲化锌靶材的制备方法。本发明制备方法无其它元素掺杂，在热压温度及压力相对较低的情况下即可实现良好的均匀性，所得碲化锌靶材相对密度高，且具有良好的导电性。
8.本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的非掺杂导电碲化锌靶材。
9.本发明目的通过以下技术方案实现：
10.一种非掺杂导电碲化锌靶材的制备方法，包括如下制备步骤：
11.(1)混合配料：将碲化锌粉、碲粉和锌粉混合均匀，其中碲化锌粉重量占比为70％～90％，碲粉与锌粉摩尔比为1:1；
12.(2)预烧结：将步骤(1)的混合粉末放入管式炉中，惰性气氛下加热至300～350℃进行预烧结；
13.(3)热压：将步骤(2)预烧结后的粉末装入模具中，然后放入真空热压炉内，升温至 500～550℃进行真空热压处理；
14.(4)出炉及后加工处理：步骤(3)处理后的物料随炉降温后出炉，得到毛坯靶材，然后将毛坯靶材进行后加工处理，得到非掺杂导电碲化锌靶材成品。
15.进一步地，步骤(1)中所述碲化锌粉、碲粉和锌粉的纯度不低于5n。
16.进一步地，步骤(1)中所述碲化锌粉的粒径＜150μm，所述碲粉和锌粉的粒径＜45μm。
17.进一步地，步骤(2)中所述加热的升温速率为10～15℃/min。
18.进一步地，步骤(2)中所述预烧结的时间为20～30min。
19.进一步地，步骤(3)中所述升温速率为5～10℃/min。
20.进一步地，步骤(3)中所述真空热压处理的真空度＜5pa，热压压力为30～45mpa。
21.进一步地，步骤(3)中所述真空热压处理的时间为60～100min。
22.进一步地，步骤(4)中所述后加工处理的步骤为：cnc加工靶材的表面。
23.一种非掺杂导电碲化锌靶材，通过上述方法制备得到。
24.进一步地，所述非掺杂导电碲化锌靶材的相对密度＞96％，电阻率＜1500ω
·
cm。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
26.(1)本发明制备方法简单，对设备要求低，制备成本低。
27.(2)本发明所得导电碲化锌靶材无其它元素掺杂，对制备的碲化锌薄膜无影响。
28.(3)本发明通过加入理论配比的碲粉和锌粉，在无其它元素掺杂条件下，使热压后的靶材具有导电性，解决了非掺杂碲化锌靶材不导电的技术问题。
29.(4)本发明的无掺杂碲化锌靶材在可在相对较低的热压温度及压力条件下制备，所得碲化锌靶材相对密度高，且具有良好的导电性。
具体实施方式
30.下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
31.实施例1
32.(1)混合配料：选用高纯5n碲化锌粉，5n碲粉，5n锌粉，其中碲化锌粉末颗粒＜150 微米，碲粉和锌粉颗粒小于45微米。将碲化锌粉、碲粉、锌粉混合均匀，其中碲化锌粉重量占比90％，碲粉与锌粉摩尔比为1:1。
33.(2)预烧结：将上述粉末放入惰性气体氛围的管式炉中加热预烧结，其中，升温速率为 15℃/min，预烧结温度为300℃，预烧结时间30分钟。
34.(3)热压：将预烧结后的粉末装入模具中，然后放入真空热压炉内进行真空热压，其中，升温速率5℃/min，热压温度为520℃，压力为35mpa，保温保压时间为100min，真空度小于5pa。
35.(4)出炉及后加工处理：随炉降温后，出炉得到毛坯靶材，经过cnc加工靶材的表面，得到纯导电碲化锌靶材。
36.实施例2
37.(1)混合配料：选用高纯5n碲化锌粉，5n碲粉，5n锌粉，其中碲化锌粉末颗粒＜150 微米，碲粉和锌粉颗粒小于45微米。将碲化锌粉、碲粉、锌粉混合均匀，其中碲化锌粉重量占比80％，碲粉与锌粉摩尔比为1:1。
38.(2)预烧结：将上述粉末放入惰性气体氛围的管式炉中加热预烧结，其中，升温速率为 12℃/min，预烧结温度为350℃，预烧结时间25分钟。
39.(3)热压：将预烧结后的粉末装入模具中，然后放入真空热压炉内进行真空热压，其中，升温速率10℃/min，热压温度为500℃，压力为45mpa，保温保压时间为60min，真空度小于5pa。
40.(4)出炉及后加工处理：随炉降温后，出炉得到毛坯靶材，经过cnc加工靶材的表面，得到纯导电碲化锌靶材。
41.实施例3
42.(1)混合配料：选用高纯5n碲化锌粉，5n碲粉，5n锌粉，其中碲化锌粉末颗粒＜150 微米，碲粉和锌粉颗粒小于45微米。将碲化锌粉、碲粉、锌粉混合均匀，其中碲化锌粉重量占比70％，碲粉与锌粉摩尔比为1:1。
43.(2)预烧结：将上述粉末放入惰性气体氛围的管式炉中加热预烧结，其中，升温速率为 10℃/min，预烧结温度为320℃，预烧结时间20分钟。
44.(3)热压：将预烧结后的粉末装入模具中，然后放入真空热压炉内进行真空热压，其中，升温速率8℃/min，热压温度为550℃，压力为40mpa，保温保压时间为70min，真空度小于 5pa。
45.(4)出炉及后加工处理：随炉降温后，出炉得到毛坯靶材，经过cnc加工靶材的表面，得到纯导电碲化锌靶材。
46.对比例1
47.本对比例与实施例3相比，未加入碲粉和锌粉，采用100％碲化锌粉，其余制备工艺相同。
48.对比例2
49.本对比例与实施例3相比，降低碲化锌粉重量占比至60％，其余制备工艺相同。
50.对以上实施例及对比例所得碲化锌靶材进行相对密度测试(利用排水法测试靶材的密度并计算相对密度)和电阻率测试(采用四探针电阻率测试仪测试电阻率)，测试结果如表1 所示。
51.表1
[0052][0053][0054]
由表1结果可见，纯碲化锌粉制备的靶材不具备导电性，通过加入理论配比的碲粉和锌粉，在无其它元素掺杂条件下，使热压后的靶材具有导电性，且碲化锌粉重量占比为70％～90％范围时，导电性能良好，电阻率＜1500ω
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cm。本发明的无掺杂碲化锌靶材在可在相对较低的热压温度(500～550℃)及压力(30～45mpa)条件下制备，所得碲化锌靶材相对密度高，相对密度＞96％。且碲化锌粉重量占比过高或过低均会导致靶材的相对密度明显降低。
[0055]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。