[发明专利]一种四元硫化物半导体材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种四元硫化物半导体材料及其制备方法和用途。以碱金属化合物、金属铜、二元固溶体硫化锑和单质硫为原料，水合肼和聚乙二醇为溶剂，在120‑190℃烘箱中反应4‑9天，得到四元硫化物半导体材料。化学组成式为：RbCuSb₂S₄，属于单斜晶系，空间群是C12/c1，β＝105.75°，Z＝4，能隙为1.74eV。本方法具有操作过程简单，原料成本低，反应条件温和，合成温度低等优点。采用本方法得到的四元硫化物，产率可达到60％‑90％，晶粒尺寸为150‑300μm，化学纯度高，用于制备光学半导体器件。

本申请为申请号为201510146636.1、申请日为2015年03月31日、发明名称为“一种四元硫化物半导体材料及其制备方法和用途”的发明专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种四元硫化物半导体材料及其制备方法和用途，属于无机半导体材料领域。

背景技术

红外非线性光学材料可制成二次谐波发生器、频率转换器、光学参量振荡器等光学器件，在激光通讯和军事技术等领域具有重要和广泛的应用，因而引起广泛关注。根据材料应用波段的差异，非线性光学材料主要分为紫外光区、可见和近红外光区和中远红外光区三大类。市场化的非线性光学晶体基本上都是由无机材料构成，包括KTiOPO₄(KTP)、β-BaB₂O₄(BBO)、AgGaS₂(AGS)等。近年来，多元硫属化合物材料因其独特的结构特征和优越的物理化学性能，在光学半导体领域具有不可替代的重要作用，特别是在中远红外二阶非线性晶体研究方向，例如AgGaSe₂(AGSe)和BaGa₄S₇(BGS)等，目前此类硫属化合物多为三元相。相对于三元硫属化合物，四元硫属化合物是由更多的元素构成，元素之间相互作用比较复杂和多样，因而，得到的晶体种类更多、结构更复杂、性能更加多样化。

目前，国内外制备四元硫属化合物的典型方法主要包括以下三种：

1)高温固相法：固体反应物直接参与的非均相化学反应，反应过程中不使用溶剂，具有选择性高、产率高、工艺过程简单等特点，是现阶段制备新型固体材料的主要方法之一。但由于反应温度较高、副反应多、实验操作复杂、实验成本较高等缺点，限制其广泛应用。

2)中温助溶剂法：在高温固相法中引入助溶剂，降低晶体生长温度，但生长周期延长，大多助熔剂都具有不同程度的毒性，挥发时对人体和环境造成危害，并且制备的晶体颗粒较小，存在副产物，需要除去助溶剂，因而不适用于工业生产。