Работа посвящена получению, аттестации и исследованию физико-химических свойств твердых растворов и бинарных соединений системы ZnTe — CdSe. Она нацелена на поиск новых материалов для современной, прежде всего, нано-, сенсорной техники, а также новых полупроводниковых катализаторов [1].
Ключевые слова: полупроводники, сенсоры, твердые растворы, катализаторы.
Объектами исследований служили порошки и пленки бинарных соединений ZnTe, CdSe и твердых растворов (ZnTe)х (CdSe)1-х (х=0, 26, 68, 100 мол. %). Порошки твердых растворов получали методом изотермической диффузии в вакуумированных запаянных кварцевых ампулах при температуре, ниже температуры плавления бинарных соединений, пленки твердых растворов и бинарных соединений — дискретным термическим напылением в вакууме (Тконд = 298 К, Р=1,33*10–3 Па) на монокристаллы КВr с последующим отжигом в парах сырьевого материала в отработанных режимах [2]. Толщину пленок определяли, исходя из условий напыления и интерферометрически. О структуре порошков и пленок, как и о завершении синтеза твердых растворов, судили по результатам рентгенографического анализа, которые использовали и для аттестации полученных твердых растворов, наряду с результатами КР — спектроскопических исследований.
Электронномикроскопические исследования позволили установить распределение каждого бинарного компонента системы ZnTe-CdSe между объемом и поверхностью кристаллических зерен другого компонента, взятого в избытке, определить средний размер частиц, удельную поверхность, их распределение по размерам, коэффициент полидисперсности, элементный состав твердых растворов и бинарных компонентов
Результаты рентгенографических исследований свидетельствуют об образовании в системе ZnTe — CdSe (при заданных ее составах) твердых растворов замещения. Рассчитаны значения параметра решетки (а), межплоскостного расстояния (dhkl), рентгеновской плотности (ρr). Скачок приходится на область перехода структур (s→ω).
Образование твердых растворов замещения в системе ZnTe — CdSe подтверждают спектры комбинационного рассеяния: замещение атомов металлов в узлах кристаллической решетки сопровождается уменьшением частоты колебаний и соответственно уменьшением интенсивности КР-пиков, а также косвенно результаты измерения рН изоэлектрического состояния поверхности — практически линейное изменение рНизо с составом.
Результаты ИК–спектроскопических исследований поверхности бинарных и четверных компонентов твердых растворов системы ZnTe –CdSe, эвакуированных на воздухе, в СО и смеси газов СО:О2=1:2 описаны в работе [3]. Они показали в ИК-спектрах исходной поверхности компонентов системы (эвакуированных на воздухе) присутствуют полосы, ответственные за координационно-связанную воду, молекулярно-адсорбированный диоксид углерода, группу НО-СО2, различные формы связанного кислорода.
Экспонирование в СО сопровождается понижением интенсивности колебаний ОН--групп, молекулярно адсорбированной воды о появление полосы, соответствующей колебаниям связи НО–СО2. Из анализа ИК — спектров сделаны также выводы о практически полном удалении с поверхности компонентов системы адсорбированных примесей после выдержки их в вакууме, оксидной фазы (особенно с поверхности ZnTe) после экспонирования в СО и повышенной адсорбируемости в смеси СО+О2 оксида углерода. Это подтверждают и исследование кислотно-основных свойств.
Как видно из рис. 1, значения рНизо исследуемых полупроводников, экспонированных на воздухе, плавно возрастают с увеличением содержания ZnTe. При воздействии СО появляются экстремумы, отвечающие составам (ZnTe)0.68(CdSe)0.32 и (ZnTe)0.26(CdSe)0.74, а в целом отмечается смещение значений рНизо в щелочную область.
Поведение водородного показателя логично связать с электронной структурой и двойственной функцией молекул СО. Обладая избыточной электронной плотностью за счёт неподелённых электронных пар атомов углерода и кислорода, а также за счёт образования двойной связи между ними, СО может представлять собой льюисовское основание (донор электронных пар) [2].
Поверхность полупроводников системы содержит координационно-ненасыщенные атомы (Zn, Cd), которые, испытывая недостаток электронов, проявляют свойства льюисовских кислот (акцепторов электронных пар) [1]. В результате взаимодействия неподелённых электронных пар СО и свободных орбиталей координационно-ненасыщенных атомов льюисовские кислотные центры на поверхности частично гасятся. Это, скорее всего, и приводит к смещению рНизо в щелочную область, свидетельствуя о повышенной активности поверхности твердых растворов (ZnTe)0.68(CdSe)0.32 и (ZnTe)0.26(CdSe)0.74 к основным газам.
Рис. 1. Зависимости от состава компонентов системы ZnTe-CdSe количества частиц среднего размера (n) в интервале 21–31 мкм (1), рН изоэлектрического состояния поверхности, экспонированной на воздухе (2), в атмосфере CO (3), общей концентрации кислотных центров (4)
Последний вывод позволил рекомендовать полученные в работе новые материалы для изготовления чувствительных и селективных сенсоров — датчиков на оксид углеродам.
Литература:
1. Кировская И. А. Поверхностные свойства алмазоподобных полупроводников. Твердые растворы. Томск: Изд-во ТГУ, 1984. — 160 с.
2. Кировская И. А. Поверхностные явления.– Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001.- 175с.
3. Кировская И. А., Васина М. В., Екимов В. В., Дубина О. Н., Безбородова Т. Ю. Оптические свойства компонентов системы ZnTe-CdSe //. Материалы II Всерос. молодежной науч.-техн. конф. «Россия молодая: передовые технологии в промышленность». Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009.-Кн.2. — С. 142–148.
