CN106637105A - 硫系玻璃或相变储存材料锗砷硒碲靶材的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硫系玻璃或相变储存材料锗砷硒碲靶材的生产工艺，包括：将Ge、As、Se、Te四种元素单质破碎成均匀小块或粉末，然后将四种单质按计算用量装入石英管中，抽真空后，进行密管合成。将合成好的GeAsSeTe化合物球磨，得到干燥的GeAsSeTe粉末。以GeAsSeTe粉末为原料进行热压烧结，制得GeAsSeTe靶坯。对靶坯进行机械加工得到GeAsSeTe靶材。本发明使用的密管合成法可合成杂相少、成分均匀的GeAsSeTe化合物，并可有效保证合成产物的高纯度。热压烧结成形生产工艺生产的GeAsSeTe靶材，相对密度高、成分均匀、晶粒小、性能好。

Description

硫系玻璃或相变储存材料锗砷硒碲靶材的生产工艺

技术领域

本发明涉及硫系玻璃或相变储存材料的靶材生产技术领域，涉及一种硫系玻璃或相变储存材料锗砷硒碲靶材生产工艺的技术。

背景技术

锗砷硒碲是四组分的硫系化合物，它的非晶态是硫系玻璃家族中的重要一员。和大多数多组分硫系化合物一样，在一定的条件，能实现由非晶态到多晶态或由多晶态到非晶态的转变，其非晶态呈现高阻、高的光反射率；多晶态呈现低阻、低的光反射率。因此特性被用于相变存储材料。由于锗砷硒碲比起锗锑碲相变材料来，相变温度更低，具很好的发展前景，是全球研究的热点。

生产锗砷硒碲靶材由合成-制粉-热压烧结成形-机械加工四个环节组成。合成环节是生产的关健环节之一，目前，普遍采用在中频炉中真空熔炼的方式合成，将Ge、As、Se、Te按比例装入坩埚中，置于中频炉中，经抽真空、加热、保温、冷却等过程来合成。由于As、Se、Te易挥发，合成产物中各元素的比例会严重偏离理论比例。受坩埚和中频炉空间的影响，合成产物的纯度很难达到99.99%，99.999%的纯度更是无从谈起，低纯度的锗砷硒碲是不能用于相变储存材料的。烧结成形是生产锗砷硒碲靶材的另一关键环节，多采用熔炼浇涛成形。熔炼浇涛方法有成份偏析、晶粒大而不均、致密度不高等缺陷，后续溅射成膜性能差。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种硫系玻璃或相变储存材料锗砷硒碲靶材生产工艺。采用双温区密管合成技术和靶材热压成型技术来解决上述问题。

本发明实施例提供一种硫系玻璃或相变储存材料锗砷硒碲靶材生产工艺，包括以下步骤：

（1）配料和封管

将纯度均为99.999%的单质Ge、As、Se、Te破碎为均匀小块或粉末，按原子比Ge:As:Se:Te=a:b:c:d（a+b+c+d=100%），（也含掺杂Si等其它元素半导体材料形成的比例，比如不同原子比的TeAsGeSi），计算用量，并考虑到As、Se、Te反应中有损耗，在理论用料的基础上，As过量1%~6%、Se过量4%~8%，Te过量8~12%，将四种单质精确称量后装入石英管中，As、Se、Te置于一端，Ge置于另一端，抽石英管真空至10^-2托，用氢氧焰封管待烧。

（2）双温区密管合成

将装好原料的密管放入双管炉中，双管炉两端分别按各自的时温曲线加热，高温端达到950~1000⁰C，低温端采用阶梯式升温方式，分别在650~700⁰C、750~800⁰C、950~1000⁰C等三个温度段各保温1小时。等合成完全后切断电源停止加热，随炉冷却。

（3）制粉

用上述方法合成的锗砷硒碲材料是块状的，从密管中取出合成物，通过筛选、破碎、球磨制成100~200目的粉末作为生产靶材的原料。

（4）热压烧结成形

将上述制得的粉末，按预先算好的用量，装入模具中，用热等静压烧结技术烧结成形，烧结温度300~600⁰C，施加压力12~25MPa，烧结时间10~30min，得到锗砷硒碲靶材的毛坯。

本发明实施例提供的一种锗砷硒碲靶的生产工艺。在合成环节，采用双温区密管合成，合成在石英管狭小真空中进行，预先精确计算As、Se、Te相对于Ge的损耗并进行过量弥补，分步骤按阶段有序升保温保证合成反应充分和安全，克服上述产物偏离计量比的问题；石英密管是一次性使用的，可有效保证产物的高纯度。在靶材烧结成形环节，采用了更先进的热压烧结成形技术，更高和更均匀的烧结压力使得生产的锗砷硒碲靶材致密度更高，性能更优，成膜效率更高。

具体实施方式

本实例提供了一种硫系玻璃或相变储存材料锗砷硒碲靶材的生产工艺，包括如下步骤：

（1）配料和封管

将纯度均为99.999%的单质Ge、As、Se、Te破碎为均匀小块或粉末，按原子比Ge:As:Se:Te=a:b:c:d（a+b+c+d=100%），（也含掺杂Si等其它元素半导体材料形成的比例，比如不同原子比的TeAsGeSi），计算用量，并考虑到As、Se、Te反应中有损耗，在理论用料的基础上，As过量1%~6%、Se过量4%~8%，Te过量8~12%，将四种单质精确称量后装入石英管中，As、Se、Te置于一端，Ge置于另一端，抽石英管真空至10^-2托，用氢氧焰封管待烧。

（2）双温区密管合成

将装好原料的密管放入双管炉中，双管炉两端分别按各自的时温曲线加热，高温端达到950~1000⁰C，低温端采用阶梯式升温方式，分别在650~700⁰C、750~800⁰C、950~1000⁰C等三个温度段各保温1小时。等合成完全后切断电源停止加热，随炉冷却。

（3）制粉

用上述方法合成的锗砷硒碲材料是块状的，从密管中取出合成物，通过筛选、破碎、球磨制成100~200目的粉末作为生产靶材的原料。

（4）热压烧结成形

将上述制得的粉末，按预先算好的用量，装入模具中，用热等静压烧结技术烧结成形，烧结温度300~600⁰C，施加压力12~25MPa，烧结时间10~30min，得到锗砷硒碲靶材的毛坯。

本实例还包括以下步骤：热压烧结成形的锗砷硒碲毛坯经热处理，热处理温度0.4Tm，再经水切割、外圆磨、平面磨、机床加工、抛光等机械加工工序制成可出售的靶材。其规格为Dia（25.4mm~480mm）X Th（3~10mm）或L（110mm~415mm）X W（110mm~418mm）X Th（3~10mm）等。其指标为：

1）、相对密度90%以上；

2）、纯度为99.999%以上，主要杂质含量之和小于10μg/g；

3）晶粒尺寸≤50μm。

Claims (2)

1.一种硫系玻璃或相变储存材料锗砷硒碲靶材的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

（1）配料和封管， 将纯度均为99.999%的单质Ge、As、Se、Te破碎为均匀小块或粉末，按原子比Ge:As:Se:Te=a:b:c:d（a+b+c+d=100%），，计算用量，并考虑到As、Se、Te反应中有损耗，在理论用料的基础上，As过量1%~6%、Se过量4%~8%，Te过量8~12%，将四种单质精确称量后装入石英管中，As、Se、Te置于一端，Ge置于另一端，抽石英管真空至10^-2托，用氢氧焰封管待烧；

（2）双温区密管合成，将装好原料的密管放入双管炉中，双管炉两端分别按各自的时温曲线加热，高温端达到950~1000⁰C，低温端采用阶梯式升温方式，分别在650~700⁰C、750~800⁰C、950~1000⁰C等三个温度段各保温1小时，等合成完全后切断电源停止加热，随炉冷却；

（3）制粉， 用上述方法合成的锗砷硒碲材料是块状的，从密管中取出合成物，通过筛选、破碎、球磨制成100~200目的粉末作为生产靶材的原料；

（4）热压烧结成形， 将上述制得的粉末，按预先算好的用量，装入模具中，用热等静压烧结技术烧结成形，烧结温度300~600⁰C，施加压力12~25MPa，烧结时间10~30min，得到锗砷硒碲靶材的毛坯。

2.根据权利要求1所述的一种硫系玻璃或相变储存材料锗砷硒碲靶材的生产工艺，其特征在于还包括以下步骤：热等静压烧结成形的锗砷硒碲毛坯经热处理，热处理温度0.4Tm，再经水切割、外圆磨、平面磨、机床加工、抛光加工工序制成可出售的靶材，其规格为Dia（25.4mm~480mm）X Th（3~10mm）或L（110mm~415mm）X W（110mm~418mm）X Th（3~10mm），其指标为：

1）、相对密度90%以上；

2）、纯度为99.999%以上，主要杂质含量之和小于10μg/g；

3）晶粒尺寸≤50μm。