1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физикохимия поверхности и защита материалов
  4. T. 55, № 6, 2019

Физикохимия поверхности и защита материалов, 2019, T. 55, № 6, стр. 593-600

Новые адсорбенты на основе гетеросистемы InSb–CdSe. Объемные и поверхностные свойства

И. А. Кировская *

Омский государственный технический университет
644050 Омск, просп. Мира, 11, Россия

* E-mail: kirovskaya@omgtu.ru

Поступила в редакцию 15.11.2018
После доработки 02.06.2019
Принята к публикации 06.06.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

На основе системы гетеровалентного замещения InSb–CdSe получены новые адсорбенты – твердые растворы со структурой сфалерита и вюрцита, в зависимости от состава. Изучены их кристаллохимические, структурные, оптические (сняты КР-, ИК-спектры), электрофизические (определены удельная электропроводность, эффект Холла, ширина запрещенной зоны) и поверхностные (химический состав поверхностей, кислотно-основные, адсорбционные) свойства. Установлены механизмы поверхностных атомно-молекулярных процессов, закономерности изменений изученных свойств, связь между закономерностями, вытекающие из нее прогнозы, подкрепленные конкретными результатами о поверхностной активности компонентов системы. Соответственно даны практические рекомендации по изготовлению газовых сенсоров-датчиков, а также p-n-гетеропереходов и в дальнейшем люминесцентных диодов и фотоэлектрических преобразователей.

Ключевые слова: новые адсорбенты, твердые растворы, объемные и поверхностные свойства, закономерности, корреляции, сенсоры-датчики

ВВЕДЕНИЕ

При возрастающих темпах развития современной техники, гетерогенного катализа возрастают и требования к соответствующим базовым объектам. Здесь привлекают к себе внимание многокомпонентные алмазоподобные полупроводники – твердые растворы на основе бинарных соединений типа AIIIBV, AIIBVI. Варьирование их соотношения позволяет варьировать физические и физико-химические свойства в широких пределах как при плавном, так и, что особенно важно, экстремальном изменении с составом. А отсюда открывается относительно продуктивный путь поиска новых, перспективных адсорбентов, катализаторов, запрашиваемых материалов, в том числе, нано-, сенсорной техникой. При этом возможности их использования определяются знаниями как объемных, так и поверхностных, зачастую определяющих свойств.

В аспекте выше изложенного в данной работе выполнены синтез и исследования объемных (кристаллохимических, структурных, оптических, электрофизических) и поверхностных (химического состава поверхностей, кислотно-основных, адсорбционных) свойств многокомпонентных полупроводников (твердых растворов) системы InSb–CdSe, в сравнении с исходными бинарными соединениями (InSb, CdSe).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Объекты исследований представляли собой порошки (Sуд = 0.31–0.91 м2/г) и наноразмерные пленки (d = 20–100 нм) InSb, CdSе и их твердых растворов (InSb)х(CdSе)1 –х (х = 20, 30, 40, 45, 50, 55, 60, 64, 70 мол. %). Порошки твердых растворов получали методом изотермической диффузии бинарных соединений InSb, CdSе в эвакуированных, запаянных кварцевых ампулах при температурах соответственно выше температуры плавления легкоплавкого соединения (InSb) и – ниже температуры плавления высокоплавкого соединения (CdSе), по созданной программе температурного нагрева [1]; пленки – дискретным термическим напылением в вакууме (Тконд = 298 К, Р = 1.33 × 10–4 Па) на электродные площадки пьезокварцевых резонаторов АТ-среза [2, 3], с последующим отжигом в парах исследуемых объектов. На этих же образцах определяли изменения сопротивления и соответственно электропроводности (∆σ). Толщину пленок оценивали по изменению частоты пьезокварцевого резонатора, интерферометрически и, исходя из условий напыления [1, 4].

О получении твердых растворов, их структуре, как и завершении синтеза, судили по результатам рентгенографических исследований в сочетании с результатами КР-, ИК-спектроскопических и электрофизических исследований [5–10]. При этом критериями служили относительное положение и распределение по интенсивностям основных линий на рентгенограммах бинарных соединений и твердых растворов; относительное положение и распределение по интенсивностям основных полос в КР-, ИК-спектрах; зависимости от состава значений параметров кристаллических решеток (а, с), межплоскостных расстояний (dhkl), плотности (ρr), удельной электропроводности (σ), эффекта Холла (Rh), ширины запрещенной зоны (∆Е). Названные зависимости в пределах составов, отвечающих одной и той же структуре (сфалерита или вюрцита), имеют плавный характер [1].

Рентгенографические исследования проводили на дифрактометрах ДРОН-3 (CuKα,β-излучение, λ = 0.154178 и 0.139217 нм) и Advance D8 фирмы “Bruker” (CuKα-излучение, λ = 0.15406 нм), по методике большеугловых съемок [5, 6], с использованием позиционно-чувствительного детектора Lynxeye; КР-спектроскопические – на дисперсионном спектрометре DXR Smart Raman фирмы Thermo Scientific (в геометрии обратного рассеяния, в диапазоне 39–3411 см–1, при спектральном разрешении 2.4–4.4 см–1, с вычетом КР-спектров воздуха) [7]; ИК-спектроскопические – на Фурье-спектрофотометре инфракрасном ИнфраЛЮМ ФТ-02, в диапазоне 400–4000 см–1 [1]. При проведении этих исследований предусматривалось также определение ширины запрещенной зоны (∆Е) полученных твердых растворов (InSb)х(CdSе)1 –х, основанное на изучении их оптического поглощения и включающее следующие основные операции [8].

По ИК-спектрам рассчитывали коэффициент поглощения α, применяя известное уравнение, справедливое при многократном прохождении излучения через образец:

$Т = {\text{ }}{{(1{\text{ }}--R)}^{2}}{{{{e}^{{--\alpha D}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{e}^{{--\alpha D}}}} {(1{\text{ }}}}} \right. \kern-0em} {(1{\text{ }}}}--{{R}^{2}}{{e}^{{--2\alpha D}}}),$
где D – толщина образца; T – коэффициент пропускания; R – коэффициент отражения.

Расчеты α и α2 проводили с помощью ЭВМ, по специально составленной программе. По полученным расчетным и экспериментальным данным строили графики зависимостей Т = f(λ), α2 = f(hν). Экстраполируя линейный участок зависимости α2 = f(hν) до пересечения с осью hν, находили ширину запрещенной зоны (∆Е).

Удельную электропроводность определяли, используя метод Ван-дер-Пау, представляющий собой видоизмененный четырехзондовый метод (применимый для плаcтин произвольной формы) [9]; эффект Холла (Rh) – используя метод, описанный в [10]. Найденные электрофизические характеристики (σ, Rh) можно считать поверхностными, поскольку для их определения использовали тонкопленочные образцы, в которых влияние поверхностных уровней на их физические свойства становится преобладающим.

Для определения кислотно-основных свойств поверхностей компонентов системы InSb–CdSe использовали методы гидролитической адсорбции (оценка рН изоэлектрического состояния – рНизо), неводного кондуктометрического титрования, механохимии, ИК-спектроскопии многократного нарушенного полного внутреннего отражения (ИКС МНПВО).

При использовании метода гидролитической адсорбции конечная задача заключалась в нахождении рН среды, в которой адсорбенты-амфолиты (амфотерные соединения) отщепляют равные (незначительные) количества ионов Н+ и ОН– [11]. В роли адсорбентов-амфолитов выступали InSb, CdSe и твердые растворы (InSb)х(CdSе)1 –х с характерными изоэлектрическими точками, отвечающими минимуму растворимости. По значениям рНизо можно судить о средней силе и соотношении кислотных и основных центров.

В методе неводного кондуктометрического титрования [12] определяли электропроводность равновесной смеси (диспергированный компонент системы InSb–CdSe + растворитель – метилэтилкетон) при добавлении титранта (этилата калия), строили дифференциальные кривые зависимости удельной электропроводности от объема титранта, на основе которых рассчитывали концентрацию кислотных центров (для отдельных пиков и общую) по формуле:

$C = \frac{{NV \times 1000}}{m},$
где N – нормальная концентрация раствора этилата калия, г-экв/л; V – объем этилата калия, пошедшего на титрование, мл; m – масса адсорбента, г.

Использование механохимического метода в сочетании с ИКС МНПВО [13] позволило иметь дело со свежеобразованными поверхностями, следить за их поведением в выбранной реакционной среде (H2O) по продуктам ее взаимодействия с поверхностными атомами полупроводников – компонентов изучаемой системы и, таким образом, более четко выявлять природу активных центров, промежуточных соединений, а также возможности механохимической активации поверхностей.

Адсорбцию изучали методом пьезокварцевого микровзвешивания (чувствительность 10–11 г/см2 Гц) [4] в интервалах температур 258–477 К и давлений 1–18 Па.

Газы-адсорбаты (СО, NH3) получали по известным методикам [14].

Воспроизводимость и точность экспериментальных данных проверяли по результатам параллельных измерений с использованием методов математической статистики и обработки результатов количественного анализа. Статическую обработку полученных численных значений, расчет погрешностей измерений, построение и обработку графических зависимостей проводили с использованием компьютерных программ Stat-2, Microsoft Exel и Origin.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В соответствии с выше отмеченными критериями, результаты рентгенографических исследований свидетельствуют об образовании в системе InSb–CdSe (при заданных составах) твердых растворов замещения со структурой сфалерита (при избытке InSb) и вюрцита (при избытке CdSe). Действительно, на рентгенограммах линии твердых растворов сдвинуты относительно линий бинарных соединений при постоянном их числе [8], зависимости от состава компонентов системы значений параметров кристаллических решеток (a, с), межплоскостных расстояний (dhkl) и рентгеновской плотности (ρr) близки к линейным в пределах одной и той же структуры (рис. 1, [8]). Наблюдаемые при 45–55 мол. % CdSe отклонения от закона аддитивности (закона Вегарда) можно объяснить изменением типа структуры: переходом от структуры сфалерита к структуре вюрцита, а также неравномерным распределением катион-анионных комплексов [15].

Рис. 1.

Зависимости от состава параметра кристаллических решеток – a (I) и рентгеновской плотности – ρr (II) компонентов системы InSb–CdSe.

На образование в системе InSb–CdSe твердых растворов замещения указывают также КР-спектры, результаты определения значений ширины запрещенной зоны (∆Е) (на основе ИК-спектров), удельной электропроводности (σ), эффекта Холла (Rh) (рис. 2–4).

Рис. 2.

Спектры комбинационного рассеяния (КР-спектры) компонентов системы InSb–CdSe: InSb (1); (InSb)0.30(CdSe)0.70 (2); CdSe (3).

Рис. 3.

Зависимости от состава ширины запрещенной зоны – ΔE (I), удельной электропроводности – σ (II) и рН изоэлектрического состояния поверхностей – рНизо (III) компонентов системы InSb–CdSe.

Рис. 4.

Зависимости от состава холловской подвижности – Un (1) и концентрации свободных носителей заряда – n (2) компонентов системы InSb–CdSe.

В КР-спектрах (рис. 2) отмечаем изменение относительной интенсивности, уширение пиков излучения и их смещение с увеличением содержания CdSe, что является следствием замещения атомов металлов в узлах кристаллической решетки, сопровождающегося уменьшением частоты колебаний и соответственно интенсивности, положения пиков, отвечающих продольным (LO) и поперечным (TO) колебаниям. Отсюда логичное изменение координационного окружения атомов, ширины запрещенной зоны (∆Е).

Найденные по ИК-спектрам значения ширины запрещенной зоны с составом компонентов системы InSb–CdSe изменяются линейно, укладываясь в пределе 0.18–1.88 эВ (рис. 3). То есть, ∆Е нарастает с увеличением в системе более ионного (более широкозонного) компонента (CdSe).

Со значениями ∆Е связаны такие электрофизические характеристики, как электропроводность, эффект Холла.

Напомним:

$\sigma = enu\,\,\,\,{\text{или}}\,\,\,\,\sigma = epu$
(е – заряд электрона, n – концентрация свободных электронов, р – концентрация свободных дырок, u – подвижность свободных носителей).

Концентрация свободных носителей (n и р) в кристаллических телах определяется следующими соотношениями с шириной запрещенной зоны и положением в ней уровня Ферми [15]:

$\begin{gathered} n = С{\text{ехр}}(--({{Е}_{2}}--{{{{Е}_{{\text{F}}}})} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{Е}_{{\text{F}}}})} {KT}}} \right. \kern-0em} {KT}}); \hfill \\ p = С{\text{ехр}}(({{Е}_{1}}--{{{{Е}_{{\text{F}}}})} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{Е}_{{\text{F}}}})} {KT)}}} \right. \kern-0em} {KT)}}, \hfill \\ \end{gathered} $
где Е1 и Е2 – энергии, соответствующие потолку валентной зоны и дну зоны проводимости, ЕF – энергия Ферми, K – постоянная Больцмана, С – постоянная, зависящая от эффективной массы носителей и температуры.

Согласно приведенным соотношениям, с ростом ширины запрещенной зоны (∆Е) должна уменьшаться электропроводность (σ), что мы и наблюдаем: с увеличением в системе InSb–CdSе содержания CdSе σ плавно уменьшается от 5 × 102 до 0.1 × 102 Ом–1 см–1 (рис. 3). А это дополнительно подтверждает образование в ней твердых растворов замещения.

Отмеченное изменение удельной электропроводности уместно также связать с предложенным в [8] механизмом проводимости компонентов систем типа AIIIBV–AIIBVI.

В рассматриваемом случае образование и гомогенизация твердых растворов происходят за счет медленной диффузии компонентов. Полагая, что система обогащалась ионами Cd+2 (при бо́льшей летучести Sb, Se, по сравнению с In, Cd), следовало ожидать постепенное уменьшение концентрации свободных носителей в исходном соединении (InSb). Кроме того, с ростом вклада ионной составляющей в системе InSb–CdSе при добавлении селенида кадмия происходит дополнительное рассеяние носителей на ионах, уменьшение их подвижности и в результате – уменьшение проводимости n-типа.

Результаты определения удельной электропроводности были дополнены результатами исследования эффекта Холла, позволившими определить тип проводимости компонентов системы (коэффициент Холла – Холл-фактор Rh для полупроводников n-типа – отрицательный, для полупроводников р-типа – положительный), а также весьма глубокие характеристики – концентрацию и подвижность свободных носителей заряда. При этом показано: InSb, CdSе и твердые растворы (InSb)0.45(CdSе)0.55, (InSb)0.5(CdSе)0.5 оказались полупроводниками n-типа, а твердые растворы (InSb)0.30 (CdSе)0.70, (InSb)0.40(CdSе)0.60, (InSb)0.60(CdSе)0.40 – p-типа проводимости. Значения концентрации и подвижности свободных носителей, как и значения параметров (a, с) кристаллических решеток, рентгеновской плотности (ρr) с изменением состава изменяются нелинейно (рис. 4), что, как уже отмечалось выше, можно объяснить изменением типа структуры и неравномерным распределением катион-анионных комплексов.

Возможность получения бинарных полупроводников (InSb, CdSе) n-типа, а твердых растворов (указанных составов) – p-типа позволяет предложить их в качестве материалов для p-n-гетеропереходов и последующего изготовления люминесцентных диодов и фотоэлектрических преобразователей.

Выявленные закономерности в изменениях объемных свойств компонентов изучаемой системы, таких как ширина запрещенной зоны, удельная электропроводность позволяют прогнозировать поверхностные свойства (кислотно-основные, адсорбционные) и тенденции в их изменениях.

Действительно, с ростом ширины запрещенной зоны затрудняется переход свободных электронов из валентной зоны в зону проводимости, тем самым, затрудняется локализация их на координационно-ненасыщенных атомах, усиливающая действие центров Льюиса, растут также доля ионной связи, а значит и степень гидратации поверхностей (увеличивается содержание ОН–-групп). В итоге должна увеличиваться основность поверхностей.

После таких прогнозов целесообразно обратиться к результатам прямых исследований поверхностей компонентов системы InSb–CdSе.

Химический состав поверхностей

ИК-спектры поверхностей компонентов системы, экспонированных на воздухе, содержат полосы, отвечающие координационно-связанной воде (3300–3400 и 1610–1640 см–1), молекулярно-адсорбированному диоксиду углерода (2300–2400 см–1), группам OH– (3600 см–1), HO–CO2 (1640 и 1390 см–1), различным формам связанного кислорода (1000–1200 см–1) (см., например, рис. 5, [17]).

Рис. 5.

ИК-спектры поверхности CdSe, экспонированного на воздухе (1), в СО (2) и смеси газов СО : О2 = = 1 : 2 (3).

Экспонирование в СО сопровождается понижением интенсивностей полос колебаний OH–-групп, координационно-связанной воды, повышением интенсивности полосы колебаний группы HO–CO2, что позволяет говорить об адсорбции СО и на бренстедовских кислотных центрах.

Из анализа ИК-спектров можно сделать также выводы о практически полном удалении с поверхностей компонентов системы адсорбированных примесей после выдержки их в вакууме, оксидной фазы после экспонирования в СО и повышенной адсорбируемости в смеси CO + O2 оксида углерода.

Последний вывод позволяет предварительно (до проведения прямых исследований) рекомендовать полученные в работе новые материалы для изготовления чувствительных и селективных сенсоров-датчиков на оксид углерода.

Кислотно-основные свойства поверхностей

По силе кислотных центров (значениям рНизо) компоненты системы InSb–CdSe располагаются в последовательности:

${\text{InSb}} \to {{({\text{InSb}})}_{x}}{{\left( {{\text{CdSe}}} \right)}_{{1{\text{ }}--x}}} \to {\text{CdSe}}$
с переходом от рНизо = 6.3 до рНизо = 6.81. Т.е., имеем дело со слабокислыми поверхностями, что позволяет ожидать их повышенную активность по отношению к основным газам [1].

Согласно нашим работам (см., например, [1, 8]), ответственными за кислотность таких поверхностей должны выступать преимущественно координационно-ненасыщенные атомы (центры Льюиса), адсорбированные молекулы воды, группы ОН– (центры Бренстеда). Подтверждением служат результаты выполненных в данной работе механохимических исследований и неводного кондуктометрического титрования.

При диспергировании в воде крупнодисперсных порошков InSb, CdSе, твердых растворов (InSb)х (CdSе)1 –х происходит подкисление (уменьшение pH) среды (рис. 6).

Рис. 6.

(а) Кинетические кривые изменения рН среды при диспергировании в воде компонентов системы InSb–CdSe: InSb (1); (InSb)0.64(CdSe)0.36 (2); (InSb)0.5(CdSe)0.5 (3); CdSe (4). (б) Дифференциальные кривые неводного кондуктометрического титрования InSb, экспонированного на воздухе (1) и в атмосфере СО (2).

В согласии с [13], подкисление среды связано с образованием на поверхностях остатков кислот H3SbO4, H2SeO4 (${\text{SbO}}_{{\text{4}}}^{{{\text{3}} - }},$ ${\text{SeO}}_{{\text{4}}}^{{{\text{2}} - }}$) – продуктов взаимодействия воды с координационно-ненасыщенными атомами Sb, Se, находящимися на вновь созданных поверхностях. В процессе механохимического воздействия эти поверхностные продукты взаимодействия переходят в образовавшуюся суспензию “диспергируемый полупроводник–вода”, обусловливая подкисление.

Дифференциальные кривые неводного кондуктометрического титрования компонентов системы InSb–CdSe, экспонированных на воздухе, содержат по два пика, отвечающих, скорее всего, центрам Льюиса и Бренстеда (см., например, рис. 6). Рассчитанные на их основе значения общей концентрации кислотных центров (Coбщ) с составом изменяются экстремально (через максимум при 70 мол. % CdSe), что можно объяснить конкурирующим количественным соотношением между центрами Льюиса и Бренстеда.

При экспонировании компонентов системы в атмосфере СО происходит снижение общей концентрации кислотных центров и исчезновение пика I. Опираясь на ранее предложенный механизм адсорбции СО на алмазоподобных полупроводниках [1, 10], логично считать, в подтверждение высказанным соображениям о происхождении пиков I и II, что пик I определяет концентрацию центров Льюиса. Связывание последних с молекулами СО и обуславливает его исчезновение.

Таким образом, результаты механохимических исследований, позволивших проследить за поведением свежеобразованных поверхностей в заданной среде во времени, и неводного кондуктометрического титрования подтвердили результаты определения рН изоэлектрического состояния и дополнили сведения о силе и природе кислотных центров.

Адсорбционные свойства

Внешний вид изобар адсорбции (αP = f(Т)), результаты анализа равновесных и кинетических изотерм адсорбции (αT = f(р); αT = f(t)) (см., например, рис. 7), расчеты значений энергий активации (Eα = 43.4–104.4 кДж/моль) и теплот (qα = = 6.17–36.0 кДж/моль) адсорбции [4] свидетельствуют о протекании химической активированной адсорбции СО уже при комнатной температуре. Подтверждением может служить и рост электропроводности адсорбентов в этих условиях [8].

Рис. 7.

(а) Изобара адсорбции СО на InSb при Рн = = 4.4 Па. (б) Равновесные изотермы адсорбции СО на InSb при 396 (1), 428 (2) К. (в) Кинетические изотермы адсорбции СО на InSb при 353 (1), 373 (2) К и Рн = = 4.4 Па.

Равновесные изотермы адсорбции описываются в основном уравнением Лэнгмюра, кинетические изотермы адсорбции – уравнением Рогинского–Зельдовича–Еловича [4, 8]. С ростом степени заполнения поверхностей энергия активации адсорбции увеличивается, теплота адсорбции уменьшается, что в дополнение к результатам неводного кондуктометрического титрования указывает на неоднородный характер поверхностей и присутствие на ней различных по силе и энергетическому состоянию активных центров [1, 8].

На основе результатов выполненных адсорбционных исследований с учетом электронной природы молекул CO, их “поведения” на других алмазоподобных полупроводниках [1, 8], кислотно-основных свойств поверхностей компонентов системы InSb–CdSe, логично считать, что в данном случае адсорбция СО протекает по донорно-акцепторному механизму с участием преимущественно координационно-ненасыщенных атомов (скорее всего, атомов А с более выраженными металлическими свойствами), с образованием поверхностных соединений типа карбонилов линейной структуры [8]:

Здесь донором электронных пар выступает молекула газа, а акцептором – поверхностный атом со свободными d- и p-орбиталями. При различной координационной ненасыщенности поверхностных атомов возможно образование нескольких связей, отличающихся степенью делокализации электронов и прочностью.

При изучении адсорбции аммиака было обнаружено сходство с адсорбцией оксида углерода по опытным зависимостям, характеру, механизму (см., например, рис. 8). При этом наиболее активным по отношению к СО – более кислотному газу оказался CdSe, а по отношению к NH3 – основному газу – твердый раствор (InSb)0.30(CdSe)0.70.

Рис. 8.

Изобары адсорбции NH3 на (InSb)0.3(CdSe)0.7 (1); CdSe (2); InSb (3).

Следует заметить, что поверхность этого твердого раствора отличается и наибольшей концентрацией кислотных центров (Coбщ). То есть, наблюдается прямая связь между кислотно-основными и адсорбционными свойствами. Она подтверждается одинаковыми закономерностями в изменениях силы кислотных центров (рНизо) и величин адсорбции на исходных бинарных соединениях (InSb, CdSe), коррелирующими, в свою очередь, с закономерностями в изменениях их объемных физико-химических свойств (таких как температура плавления – Тпл, ширина запрещенной зоны – ∆Е, разность электроотрицательностей – ∆х) (табл. 1).

Таблица 1.  

Значения объемных (Тпл, ∆Е, ∆х) и поверхностных (рНизо) свойств исходных бинарных соединений системы InSb–CdSe, экспонированных на воздухе

Состав Температура плавления (Тпл), °С Ширина запрещенной зоны (∆Е), эВ Разность электроотрицательностей (∆х) рНизо
InSb 525 0.18 0.1 6.3
CdSe 1258 1.88 0.8 6.81

Эти корреляции существенно дополняет корреляция между ∆Е и рНизо (рис. 3).

В итоге можно говорить о подтверждении прогнозируемых возможностей (о них речь шла выше) оценки поверхностных свойств полупроводников данной и подобных систем, опираясь на известные объемные свойства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Методом изотермической диффузии исходных бинарных соединений (InSb, CdSe) получены твердые растворы (InSb)х(CdSе)1 –х, аттестованные (преимущественно на основе результатов рентгенографических исследований) как твердые растворы замещения со структурой сфалерита и вюрцита (в зависимости от состава).

Выполнены оптические (КР-, ИК-спектроскопические) и электрофизические (удельной электропроводности, эффекта Холла) исследования полученных твердых растворов, в сравнении с исходными бинарными соединениями, результаты которых пополнили сведения о свойствах перспективных сложных алмазоподобных полупроводников и использованы для более однозначной аттестации твердых растворов.

На основе выявленных закономерностей в изменениях (с составом) оптических и электрофизических свойств высказаны прогнозы о поверхностных свойствах компонентов системы InSb–CdSe.

Исследованы их поверхностные свойства (химический состав поверхностей, кислотно-основные, адсорбционные – по отношению к СО и NH3).

Установлены природа активных центров (кислотно-основных, адсорбционных), характер и механизм изученных поверхностных атомно-молекулярных процессов, их взаимосвязанные закономерности, корреляции с закономерностями в изменениях объемных физико-химических свойств, облегчающие поиск новых материалов для газовых сенсоров-датчиков. В данном случае такими претендентами являются твердый раствор (InSb)0.30(CdSe)0.70 и CdSe.

В практическом плане заслуживает внимания и установленный неодинаковый тип проводимости бинарных компонентов (InSb, CdSe) и твердых растворов (InSb)х(CdSе)1– х указанных составов: соответсвенно n- и p-тип. Это позволяет предложить их в качестве материалов для p-n-гетеропереходов и последующего изготовления люминесцентных диодов и фотоэлектрических преобразователей.

Список литературы

  1. Кировская И.А. Физико-химические свойства бинарных и многокомпонентных алмазоподобных полупроводников. Новосибирск: СО РАН, 2015. 367 с.

  2. Тонкие пленки антимонида индия. Получение, свойства, применение / Под ред. Касьяна В.А., Кетруша П.И., Никольского Ю.А. и др. Кишинев: Штиинца, 1989. 162 с.

  3. Гладких Н.П. Структура тонких пленок. Х.: ХНУ, 2006. 185 с.

  4. Кировская И.А. Адсорбционные процессы. Иркутск: ИГУ, 1995. 300 с.

  5. Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электронооптический анализ. М.: Металлургия, 1970. 107 с.

  6. Смыслов Е.Ф. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2006. Т. 72. № 5. С. 33.

  7. Сушинский М.М. // Успехи физических наук. 1988. Т. 154. Вып. 3. С. 353.

  8. Кировская И.А. Твердые растворы бинарных и многокомпонентных полупроводниковых систем. Омск: ОмГТУ, 2010. 400 с.

  9. Павлов Л.П. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов. М.: Высшая школа, 1975. 203 с.

  10. Кировская И.А. Поверхностные свойства алмазоподобных полупроводников. Адсорбция газов. Иркутск: ИГУ, 1984. 186 с.

  11. Майдановская Л.Г. // Каталитические реакции в жидкой фазе. Алма-Ата: Изд-во АН КазССР, 1963. С. 212.

  12. Крешков А.В., Быкова Л.Н., Казарян Н.А. Кислотно-основное титрование в неводных растворах. М.: Химия, 1967. 192 с.

  13. Кировская И.А. Поверхностные явления. Омск: ОмГТУ, 2001. 175 с.

  14. Рапопорт Ф.М., Ильинская А.А. Лабораторные методы получения чистых газов. М.: Госхимиздат, 1963. 300 с.

  15. Вест А. Химия твердого тела. Теория и приложения. Ч. 1. М.: Мир, 1988. 558 с.

  16. Волькенштейн Ф.Ф. Электронные процессы на поверхности полупроводников при хемосорбции. М.: Наука, 1987. 432 с.

  17. Литтл Л. Инфракрасные спектры адсорбированных молекул. М.: Мир, 1969. 514 с.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физикохимия поверхности и защита материалов

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал