本发明属于真空蒸镀，具体涉及一种用于高温热蒸镀碲的复合材料及其制备方法，该复合材料可用于碲层的高温蒸发镀覆，能显著降低蒸镀源中碲的饱和蒸气压，抑制碲的过快蒸发，避免污染腔室及影响产品器件性能。
背景技术：
1、高温热蒸发法即热蒸镀是目前制备膜层的常用方法，在半导体、光电、热电等领域具有重要的应用，其是经过加热使源材料蒸发为气态粒子，利用载气把生成的源材料蒸气输运到低温区或通过高温环境使得气态粒子向上蒸发，随后抵达基底（如玻璃、硅片），并在特定的温度区沉积，成核和生长，反应一定时间后即得到最终所需的产品材料。这是物理气相沉积法的一种，与其他成膜或镀膜方法如化学气相沉积、溅射镀膜、电镀等相比，具有以下优势：成膜质量高，产物纯度高，杂质缺陷相对较少；良好的均匀性，通过对参数的控制可使原料均匀沉积，适合大面积基镀膜；高温环境下有利于晶体生长，结晶性能好；镀膜效率高，可以实现较快的镀膜速度，能够在较短的时间内达到所需的薄膜厚度，生产效率高。热蒸发法的工艺相对简单，设备组成和操作流程不复杂，主要设备包括真空镀膜室、蒸发源、加热装置、真空系统等，操作人员可以通过控制蒸发源的加热功率、镀膜时间、真空度等参数来精确控制薄膜的生长，易于实现自动化操作，提高生产效率和镀膜质量的稳定性，适合大规模工业化生产。
2、碲（te）是众所周知的制备化合物半导体材料的基础材料，具有优秀的光电性能、高载流子迁移率、极低的室温晶格热导率和优异的环境稳定性。较小的带隙使其可能具备宽光谱探测能力，较为丰富的光电性能使其具备应用的多样性，例如碲化镉可以用来制造发光二极管、辐射探测器和太阳能电池；碲汞镉合金是红外发射体和探测器的最佳材料；碲铋硒锑合金是一种重要的温差热电材料，可以用来发电和致冷，如用于饮水机、冰箱、空调等民用产品的致冷，也可以使用在宇宙动力系统、航空航天、高空天气记录仪表、军用雷达冷却器及潜艇空调装置中。然而，用于制备上述材料的碲的纯度必须达到4n以上才能满足原料要求，否则直接影响到器件性能和效果，因此在碲的应用尤其关注体系中杂质的影响。碲的熔点为450℃，可实现低温生长，常见制备碲薄膜的方法有热蒸发法、磁控溅射法等。当用纯碲作为蒸发源，高温制备碲层时对温度有较为严格的限制，由于纯碲在高温下容易发生不均匀蒸发，并且可能伴随杂质元素的共蒸发现象，导致薄膜成分不稳定、性能下降。同时由于纯碲的饱和蒸气压较高，如当温度高于200℃时即可显著蒸发，导致其在高温下蒸发速度太快，影响反应或者碲膜的形成；同时在高温热蒸镀反应前常需要进行高温除气处理（通常需300℃以上），而该过程会导致碲大量挥发，一方面浪费原料，增加生产成本，另一方面也会污染腔室并影响薄膜质量。如cn113241298a公开了一种碲半导体薄膜及其制备方法，所述碲半导体薄膜中的与基底接触的晶粒的生长方向与基底平行，所述制备方法包括：在0.003～25torr的条件下，将放置于气相传输沉积管加热区的固相te源，加热，获得气相te；将所述气相te沉积在位于气相传输沉积管非加热区的基板上，获得所述碲半导体薄膜。cn113517371a公开了一种黑体灵敏的室温低维碲红外光电探测器，采用化学气相沉积方法在si衬底上生长制备低维te纳米线以及纳米片材料，并采用物理转移方法将低维te纳米线或纳米片半导体3转移至氧化物层2表面，首先将snte2粉末放置在陶瓷舟上并置于石英管中央，石英管外围的管式炉可对系统进行加热。si片平放在石英舟上，一起放入石英管气流下游距粉末15cm处。抽真空至1×10-1pa，反应过程中系统保持流量是为100sccm的氩气作为载气，从室温开始加热到650℃，气压维持在1000pa，然后保温30分钟，实验完成后，停止加热并持续通入载气，让反应管自然冷却到室温。最后将生长的纳米线或者纳米片物理转移到有sio2氧化层带mark的p型硅衬底上。然而化学气相沉积所需设备体积大、操作复杂、真空度要求高且得到的te薄膜均匀性较差。使用纯碲源时，其蒸发速率较难精确控制。蒸发速率过快，会导致碲原子在基底表面沉积不均匀，影响碲膜的质量和性能；蒸发速率过慢，则会降低生产效率，增加制备成本，此外碲在高温下容易与空气中的氧气发生反应，使用纯碲靶材进行高温热蒸镀时，如果真空环境不够理想，碲靶材容易被氧化，不仅会影响靶材的使用寿命，还会使蒸镀出的碲膜中混入氧化物杂质，降低碲膜的纯度和性能。而高温蒸镀用碲合金的方法虽能一定程度上降低碲的饱和蒸气压，实现在高温除气阶段碲稳定存在体系中，但目前的碲合金体系较为复杂且未有效平衡蒸气压、抑制碲蒸发，晶粒粗大或相分布不均的合金易在蒸镀过程中产生成分偏析，降低薄膜均匀性且会在体系中因合金元素同步蒸发导致引入杂质，影响产品质量。
3、为解决上述问题，现有技术中常通过掺杂其他金属或添加增强相来改善材料的热稳定性、抗蒸发性能及微观结构。然而，这些方法往往存在成分偏析、界面结合不良或工艺复杂等问题，难以满足高性能热蒸镀材料的需求。基于此，有必要提供一种可用于高温热蒸镀碲的复合材料，用来制备可在碲高温蒸镀中稳定长时间使用的复合材料，使其能稳定的蒸发制备碲产品且不会因高温除气影响产品质量。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中的缺陷，本发明提供了一种用于高温热蒸镀碲的复合材料及其制备方法，该复合材料以碲粉、铋颗粒以及金属铈颗粒为原料经熔炼获得，至少包括bi2te3相以及富te相，按质量分数计原料包含以下组分：碲粉（te）：70%~74%；铋颗粒（bi）：25%~29%；金属铈颗粒（ce）：0.5%~1%；碳化硅纳米线：0~0.5%。本发明中的复合材料能够控制碲的蒸发量，确保薄膜成分稳定，在热蒸镀前期高温除气阶段碲蒸发较少，在高温条件下也能抑制铋的蒸发，材料成分偏移小，产品纯度较高，成分稳定；此外还可提高材料的热稳定性及抗蠕变性能，蒸发源可在长时间热循环后保持性能稳定，使用寿命长；制备的复合材料能够在200℃时碲不蒸发，在350℃左右才有碲蒸出，且铋元素不随碲的蒸发而蒸发，不会污染器件或蒸镀腔室。
2、为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种用于高温热蒸镀碲的复合材料，该复合材料以碲粉、铋颗粒以及金属铈颗粒为原料经熔炼获得，复合材料至少包括bi2te3相以及富te相。该复合材料选择具有更低饱和蒸气压更低的金属铋、铈与碲形成合金，bi2te3热稳定性高，该复合材料需要在比除气温度高许多的情况下才会将碲蒸发释放出来，同时合金化的铋、铈在蒸镀过程中也不会蒸发，产品纯度较高。
3、进一步的，所述碲粉、铋颗粒以及金属铈颗粒的纯度均为4n及以上，使用该纯度原料能避免了杂质对材料性能的影响，提升了最终产品的纯度和均匀性。
4、进一步的，原料中还包括碳化硅纳米线，所述直径为5~50nm，长度为0.1~20μm。加入碳化硅纳米线，其可沿bi2te3晶界定向分布，能钉扎晶界，抑制bi2te3在600℃以上的晶格畸变，增强复合材料高温抗蠕变性能和高温力学性能，延长复合材料的使用寿命。
5、进一步的，按质量分数计原料包含以下组分：碲粉（te）：70%~74%；铋颗粒（bi）：25%~29%；金属铈颗粒（ce）：0.5%~1%；碳化硅纳米线：0~0.5%。
6、进一步的，所述熔炼具体为：称取原料，将称取的铋颗粒、金属铈颗粒、碳化硅纳米线及90%重量份的碲粉混合后置于真空熔炼炉中，保持真空度为0.01~100pa，在620℃下熔炼0.5~2h；之后采用平衡凝固工艺，保持凝固速率为0.05k/s至室温得到合金；将合金取出并破碎至100~300目粉末，并加入剩余的碲粉置于真空熔炼炉中，保持真空度为0.01~100pa，在600℃下熔炼1~2h；之后采用平衡凝固工艺，保持凝固速率为0.05k/s至室温得到复合材料。本发明采用平衡凝固工艺与二次熔炼细化晶粒，提升材料热稳定性与蒸镀均匀性，同时经过大量的试验选定特定的凝固速度，可有效避免快速冷却导致的成分偏析，两次熔炼能有效细化晶粒，减少内部缺陷，有效降低了熔炼过程中内部产生孔隙的可能。
7、进一步的，所述熔炼升温为程序升温，具体为：以10℃/min的速度从室温升至400℃，之后以5℃/min的速度升至目标温度。
8、进一步的，所述复合材料由bi2te3相以及富te相组成，平均粒径为1~10μm。金属铈由于含量较少，并未呈现明显的特殊晶相，材料整体具有良好的致密性和均匀性。
9、进一步的，该复合材料用于热蒸镀时，在 200℃以下无te或bi蒸发，在300℃除气处理中，材料表面无喷溅或孔洞，在350℃时碲开始可控蒸发，初始蒸发量蒸发量低于0.1wt%，而铋仍保持固态，在350℃下未出现蒸发，可见该复合材料具有较好的热稳定性。
10、本发明的另一个目的在于提供一种用于高温热蒸镀碲的复合材料的制备方法，按质量分数计该复合材料使用包含以下组分的原料：碲粉（te）：70%~74%；铋颗粒（bi）：25%~29%；金属铈颗粒（ce）：0.5%~1%；碳化硅纳米线：0~0.5%，所述制备方法包括如下步骤：
11、1）称取原料，将称取的铋颗粒、金属铈颗粒、碳化硅纳米线及90%重量份的碲粉混合后置于真空熔炼炉中，保持真空度为0.01~100pa，在620℃熔炼0.5~2h；保持凝固速率为0.05k/s平衡凝固冷却至室温得到合金；
12、2）将合金取出并破碎至100~300目得到粉末，向其中加入剩余的碲粉，并置于真空熔炼炉中，保持真空度为0.01~100pa，在600℃下熔炼1~2h；保持凝固速率为0.05k/s平衡凝固冷却至室温得到复合材料。
13、进一步的，所述熔炼升温为程序升温，具体为：以10℃/min的速度从室温升至400℃，之后以5℃/min的速度升至目标温度。
14、采用上述制备方法能获得具有优异高温力学性能及高温抗蠕变性能的复合材料，且晶粒尺寸较均匀，减少了避免成分偏析和内部缺陷，能改善材料的致密性，在保证材料的热稳定性下，又能满足蒸镀过程中成分控制的需求。
15、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果如下：
16、1、通过特定原料体系的设定，使得复合材料中bi2te3相与富te 相产生协同作用，热稳定的bi2te3相能有效抑制了铋在高温下的蒸发行为，在350℃下无铋蒸发；优化碲蒸发量，富te相的存在确保了碲的有效蒸发，从而实现薄膜成分的稳定性和可控性；复合材料具有较高的热稳定性，可实现碲的高温热蒸镀，避免了传统材料中因高温导致的成分偏移和产品污染问题。
17、2、通过引入金属铋和铈，与碲形成合金，有效降低了碲的饱和蒸气压，确保在高温条件下不会发生不必要的元素的蒸发引入，产品成分稳定；避免了传统材料中常见的成分偏析问题，确保了蒸镀薄膜的纯度和均匀性，产品质量高。
18、3、复合材料寿命长，引入碳化硅纳米线，能够钉扎晶界并抑制高温下的晶格畸变，显著增强了复合材料的高温抗蠕变性能，使得复合材料能够在长时间热循环后保持性能稳定；特定的制备工艺也可改善微观结构，提高材料的致密性和均匀性，内部缺陷少，材料使用寿命显著延长。