Гидрохимическое осаждение высокофункциональных пленок селенида свинца селеномочевиной с использованием различных антиоксидантов : диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук : 02.00.04
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………. 5
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА, МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И
ПРИМЕНЕНИЕ PbSe (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)…………………………………………… 14
1.1. Функциональные свойства и применение материалов на основе PbSe………… 15
1.2. Методы получения тонких пленок селенида свинца ………………………………….. 20
1.3. Гидрохимическое осаждение тонких пленок селенида свинца …………………… 24
1.4. Строение и химические свойства селеномочевины ……………………………………. 29
1.4.1. Структура молекулы селеномочевины ……………………………………………………. 29
1.4.2. Химические свойства селеномочевины …………………………………………………… 32
1.4.3. Окисление селеномочевины……………………………………………………………………. 34
Постановка цели и задач диссертационной работы ………………………………………….. 41
ГЛАВА 2. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ …………………………………………………………. 43
2.1. Используемые реактивы и материалы ……………………………………………………….. 43
2.2. Исследование процесса окисления водных растворов селеномочевины ……… 44
2.3. Методика гидрохимического осаждения тонких пленок селенида свинца ….. 45
2.3.1. Подготовка поверхности подложки ………………………………………………………… 45
2.3.2. Приготовление реакционной смеси для осаждения пленок PbSe ……………… 45
2.4. Кинетические исследования образования твердой фазы PbSe…………………….. 46
2.5. Метод динамического рассеяния света для исследования кинетики роста
частиц в процессе образования PbSe………………………………………………………………… 47
2.6. Исследование толщины, морфологии, состава, и структуры пленок PbSe …… 48
2.6.1. Определение толщины тонких пленок ……………………………………………………. 48
2.6.2. Растровая электронная микроскопия ………………………………………………………. 49
2.6.3. Рентгеноструктурный анализ ………………………………………………………………….. 50
2.6.4. Атомно-силовая микроскопия ………………………………………………………………… 50
2.7. Методика термического отжига тонких пленок …………………………………………. 50
2.8. Измерения фотоэлектрических свойств отожженных пленок PbSe …………….. 51
2.9. Оптические измерения………………………………………………………………………………. 52
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
СЕЛЕНОМОЧЕВИНЫ В ПРИСУТСТВИИ РАЗЛИЧНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ
……………………………………………………………………………………………………………………….. 54
3.1. Исследование окисления водных растворов селеномочевины кислородом
воздуха ……………………………………………………………………………………………………………. 55
3.2. Исследование устойчивости селеномочевины в щелочных и кислых средах 57
3.3. Влияние восстановителей различной природы на устойчивость водных
растворов селеномочевины ……………………………………………………………………………… 63
3.3.1. Устойчивость водного раствора селеномочевины в присутствии сульфита
натрия …………………………………………………………………………………………………………….. 63
3.3.2. Устойчивость водного раствора селеномочевины в присутствии
аскорбиновой кислоты …………………………………………………………………………………….. 65
3.3.3. Устойчивость водного раствора селеномочевины в присутствии хлорида
олова (II), гидроксиламина солянокислого и гидразин-гидрата ………………………… 68
3.4. Устойчивость водных растворов селеномочевины при одновременном
присутствии сульфита натрия и аскорбиновой кислоты …………………………………… 70
Выводы по главе 3 …………………………………………………………………………………………… 73
ГЛАВА 4. ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ, СОСТАВ, СТРУКТУРА И
МОРФОЛОГИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК PbSe, СИНТЕЗИРОВАННЫХ В
ПРИСУТСТВИИ РАЗЛИЧНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ …………………………………… 75
4.1. Кинетические особенности гидрохимического осаждения твердой фазы PbSe
в присутствии различных антиоксидантов ……………………………………………………….. 76
4.2. Особенности зарождения и роста пленок в присутствии различных
ингибиторов окисления селеномочевины ………………………………………………………… 87
4.3. Исследование состава и структуры пленок PbSe, полученных в присутствии
различных ингибиторов окисления селеномочевины ……………………………………….. 96
Выводы по главе 4 …………………………………………………………………………………………. 105
ГЛАВА 5. ТЕРМОСЕНСИБИЛИЗАЦИЯ ПЛЕНОК PbSe, ХИМИЧЕСКИ
ОСАЖДЕННЫХ В ПРИСУТСТВИИ РАЗЛИЧНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ, И ИХ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ……………………………………………………………… 107
5.1. Исследование состава и структуры свежеосажденных пленок PbSe(I) ……… 108
5.2. Полупроводниковые характеристики отожженных пленок PbSe(I),
синтезированных в присутствии различных ингибиторов ………………………………. 126
5.3. Фотоэлектрические свойства термоактивированных пленок PbSe(I),
синтезированных в присутствии различных ингибиторов ………………………………. 135
5.4. Выбор перспективного антиоксиданта для гидрохимического синтеза пленок
PbSe(I) …………………………………………………………………………………………………………… 143
Выводы по главе 5 …………………………………………………………………………………………. 144
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………….. 147
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………………………. 150
Актуальность работы. Селенид свинца PbSe рассматривается в настоящее
время как один из наиболее востребованных функциональных материалов для
различных областей техники. На его основе разрабатываются термоэлементы,
фотодетекторы, наноструктурированные катализаторы, квантовые точки и
преобразователи солнечной энергии. Особую важность этот материал имеет для
оптоэлектроники, выступая в качестве чувствительного элемента для
инфракрасного диапазона 1-5 мкм, обеспечивая создание высокочувствительных
фотоприемных устройств в оборонной технике, приборов контроля
высокотемпературных технологических процессов в металлургии,
металлообработке, машиностроении, в тепловидении и пирометрии. Связано это,
в первую очередь, с тем, что это полупроводниковое соединение обладает
комплексом уникальных электрофизических и фотоэлектрических свойств.
Однако, несмотря на проводимые исследования и широкое коммерческое
использование селенида свинца, многие аспекты формирования структуры,
физико-химических и функциональных свойств тонкопленочного PbSe остаются
неясными. В частности, немногочисленны и противоречивы данные о природе
фоточувствительных свойств PbSe, полученных как физическими, так и
химическими способами. К настоящему времени российскими и зарубежными
исследователями накоплен обширный экспериментальный материал,
посвященный использованию для получения пленок PbSe способа
гидрохимического осаждения. Способ аппаратурно и технологически прост и
доказал свою эффективность для получения пленок широкого круга веществ. Из
предлагаемых и исследуемых в настоящее время халькогенизаторов − веществ,
участвующих в реакции образования PbSe, наиболее высокими
фотоэлектрическими характеристиками обладают слои, полученные с
использованием селеномочевины (селеноамида угольной кислоты N2H4CSe) [1-6].
Однако серьезным ее недостатком является слабая устойчивость к окислению
кислородом воздуха с образованием металлического селена. В результате
достаточно дорогой халькогенизатор используется неэффективно. К тому же
образующиеся в объеме реактора коллоидные частицы селена влияют на процесс
зарождения новой фазы и могут неконтролируемо входить в состав
синтезируемых пленок, приводя к ухудшению воспроизводимости их оптических
и электрофизических свойств. Перспективным путем решения этой проблемы
является установление физико-химических закономерностей синтеза
высокочувствительных пленок PbSe с использованием в составе реакционной
смеси антиоксидантов − веществ, способных за счет своих восстановительных
свойств ингибировать процесс окисления селеномочевины кислородом воздуха.
С этой целью рядом исследователей при синтезе пленок селенида свинца
вводятся добавки в реакционную смесь: сульфита натрия [7,8], аскорбиновой
кислоты, гидразин-гидрата и других веществ [9-12]. Однако имеющиеся в
научной литературе сведения носят фрагментарный характер и не позволяют
выстроить цепочку “состав – структура − свойство”, что, как известно, является
одной из фундаментальных задач материаловедения.
Об актуальности проводимых исследований свидетельствует поддержка
работы Министерством образования и науки на госзадание № 4.1270.2014/K
“Разработка физико-химических основ и алгоритма коллоидно-химического
синтеза пленок халькогенидов металлов для фотоники и сенсорной техники”
(2014-2016 гг.).
Степень разработанности темы исследования
Теме получения полупроводниковых тонкопленочных материалов на основе
селенида свинца посвящены достаточно многочисленные работы как
отечественных, так и зарубежных ученых, в которых предлагаются различные
методы их получения. Последние десятилетия ознаменованы переходом синтеза
селенида свинца в область нанодиапазона, что обуславливает новые перспективы
его применения. Это касается, в первую очередь, создания устройств
альтернативной энергетики. Актуальным остается вопрос развития методов
синтеза пленок PbSe с целью достижения высоких функциональных
характеристик и их воспроизводимости. Гидрохимическое осаждение является
наиболее перспективным методом получения фотопроводящих тонких пленок
PbSe. В литературе приводится достаточно много материала о влиянии
компонентов реакционной системы на ход процесса осаждения, однако при этом
не уделяется должного внимания халькогенизатору, в частности, селеномочевине,
которая считается одним из основных компонентов системы, ответственным за
достижение высоких функциональных свойств пленок селенида свинца. В
развитие метода гидрохимического синтеза материалов в тонкопленочном
состоянии основополагающий вклад был внесен работами уральской коллоидно-
химической школы, выполненными в УрФУ, в которых были заложены физико-
химические и технологические основы осаждения пленок селенидов металлов.
Представленная работа является результатом комплексных систематических
исследований по влиянию состава реакционной смеси, условий
термосенсибилизации на состав, структуру, морфологию и функциональные
свойства осаждаемых пленок PbSe(I).
Целью настоящей работы является установление физико-химических
закономерностей и технологических условий гидрохимического синтеза
высокочувствительных пленок селенида свинца с использованием в составе
реакционной смеси антиоксидантов различной природы, установление их влияния
на состав, кристалло-структурные, полупроводниковые и фотоэлектрические
свойства.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать методику и исследовать устойчивость водных растворов
селеномочевины к окислению кислородом воздуха в присутствии различных
ингибиторов в зависимости от состава среды.
2. Исследовать кинетические особенности зарождения и образования
твердой фазы PbSe с определением константы скорости и энергии активации
процесса в присутствии антиоксидантов различной природы.
3. Исследовать влияние добавки веществ с различной антиоксидантной
активностью в реакционную смесь на морфологию, гранулометрический и
химический состав, кристаллическую структуру пленок PbSe, в том числе
легированных йодом при их получении гидрохимическим осаждением.
4. Установить физико-химические закономерности и технологические
условия гидрохимического синтеза высокочувствительных к ИК-излучению
легированных йодом пленок селенида свинца (обозначим PbSe(I)) с выбором
наиболее перспективного антиоксиданта селеномочевины и установлением
оптимального режима термосенсибилизации слоев.
Научная новизна
1. Впервые проведены комплексные исследования устойчивости
селеномочевины к окислению в кислых и щелочных водных растворах,
содержащих ингибиторы Na2SO3, С6Н8О6, смеси Na2SO3 с С6Н8О6 и SnCl2.
Обнаружен синергетический эффект антиоксидантной активности и стабилизации
водного раствора селеномочевины при совместном присутствии в нем сульфита
натрия Na2SO3 и аскорбиновой кислоты С6Н8О6.
2. Впервые установлены особенности зарождения и роста твердой фазы
PbSe с определением константы скорости и энергии активации процесса в
реакционной смеси, содержащей антиоксиданты селеномочевины различной
природы.
3. Впервые проведено систематическое исследование морфологии,
элементного и фазового состава, а также кристаллической структуры пленок
PbSe, полученных гидрохимическим осаждением из реакционной смеси,
содержащей различные ингибиторы окисления селеномочевины. Получены новые
данные, позволяющие установить тенденцию к уменьшению периода
кристаллической решетки и увеличению доли частиц нанодиапазона в составе
слоя PbSe в ряду используемых ингибиторов Na2SO3 + С6Н8О6, Na2SO3, С6Н8О6,
SnCl2.
4. Определена оптимальная температура термосенсибилизации осажденных
пленок селенида свинца к ИК-излучению, составившая 653 K. Установлено
содержание в термообработанных пленках кислородсодержащих фаз: селенита
PbSeO3, селената PbSeO4 и оксидов свинца (Pb3O4 и PbOх).
5. Показано влияние вводимых антиоксидантов на термическую и
оптическую ширину запрещенной зоны, полупроводниковые и функциональные
свойства отожженных пленок PbSe(I). Установлено участие в непрямых
переходах преимущественно примесных носителей зарядов, в частности, с
увеличением содержания йода в термообработанных пленочных образцах PbSe
величина непрямого энергетического барьера уменьшается от 0.25 (добавка
С6Н8О6) к 0.19 эВ (добавка SnCl2), 0.15 эВ (добавка Na2SO3) до 0.13 эВ (добавка
Na2SO3 + С6Н8О6).
Теоретическая и практическая значимость работы
Работа вносит существенный вклад в развитие гидрохимического способа
синтеза селенидов металлов, исключающего необходимость в сложном
дорогостоящем оборудовании и нагреве до высоких температур, как
перспективного метода для промышленного получения не только
крупнокристаллических тонкопленочных структур, но и полупроводниковых
нанокристаллических частиц с различной структурой. Предложенный в работе
подход к изучению устойчивости водных растворов селеномочевины и путей их
стабилизации имеет важное практическое значение для оптимизации условий
получения пленок селенидов металлов с высокими функциональными
характеристиками.
Выявлены физико-химические закономерности и условия
гидрохимического синтеза высокочувствительных к ИК-излучению пленок
селенида свинца с выбором наиболее перспективного антиоксиданта
селеномочевины. Полученные результаты могут быть использованы в технологии
гидрохимического осаждения селенидов металлов и твердых растворов на их
основе с целью получения высокофункциональных полупроводниковых
соединений.
Методология и методы диссертационного исследования
Для достижения поставленных задач использован комплекс современных
методов исследования. Синтез пленочных образцов селенида свинца выполнен по
технологии гидрохимического осаждения, разработанной на кафедре физической
и коллоидной химии УрФУ. Кинетические исследования гидрохимического
осаждения твердой фазы PbSe изучали обратным трилонометрическим
титрованием методом избыточных концентраций. Распределение частиц селенида
свинца по размерам на начальной стадии процесса определяли методом
динамического рассеивания света на специальном анализаторе роста частиц
Photocor Compact. Фазовый состав был охарактеризован методом рентгеновской
дифракции на дифрактометре ДРОН-4. Обработка рентгенограмм выполнена с
использованием программы FullProf. Морфологию, шероховатость поверхностии
и микроструктуру пленок исследовали методами электронной и атомно-силовой
микроскопии с использованием растрового электронного микроскопа
MIRA 3 LMU и сканирующего зондового микроскопа NTEGRA Prima.
Температурные исследования проводимости отожженных пленок PbSe(I) изучали
в вакууме при остаточном давлении 0.1 Па в интервале температур 213-333 K.
Измерение спектров пропускания и диффузного отражения пленок селенида
свинца, по которым рассчитывали оптическую ширину запрещенной зоны,
выполнено на UV-спектрофотометре в диапазоне длин волн 1000-2500 нм.
Измерение фотоэлектрических характеристик проводили на установке К.54.410
при облучении фоточувствительных образцов ИК-излучением, источником
которого являлось АЧТ, нагретое до температуры 573 K.
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты исследования устойчивости водных растворов
селеномочевины к окислению в присутствии различных ингибиторов процесса и
средообразующих агентов (кислот и оснований).
2. Результаты определения влияния различных антиоксидантов на скорость
реакции гидрохимического осаждения селенида свинца и особенности
зарождения твердой фазы PbSe.
3. Элементный, фазовый и гранулометрический состав, морфология и
кристаллическая структура пленок свежеосажденных PbSe и PbSe(I) в
присутствии различных ингибиторов окисления водных растворов
селеномочевины.
4. Взаимосвязь между условиями отжига пленок PbSe(I) и
полупроводниковыми и функциональными свойствами. Выбор перспективного
антиоксиданта для гидрохимического синтеза пленок PbSe(I).
Личный вклад автора
Анализ литературных данных, синтез пленок селенида свинца, подготовка и
проведение экспериментов по изучению фотоэлектрических и
низкотемпературных исследований, обработка и интерпретация данных по
рентгеноструктурному анализу, оптическим исследованиям выполнены самим
автором или при его непосредственном участии. Обсуждение полученных
результатов и написание статей проводилось совместно с научным руководителем
работы и соавторами работ. Часть исследований выполнены на оборудовании
УрО РАН: рентгенофазовый анализ Ворониным В.И. (к.ф-м.н., ст.н.с. Института
физики металлов УрО РАН); оптическая спектрофотометрия – Липиной О.А.
(к.х.н., н.с. Института химии твердого тела УрО РАН) и Матюшкиным Л.Б.
(ассистент кафедры микро- и наноэлектроники Санкт-Петербургского
государственного электротехнического университета «ЛЭТИ»). Растровая
электронная микроскопия проводилась в центре коллективного пользования
УрФУ.
Степень достоверности результатов исследований
Достоверность результатов исследований работы определяется
воспроизводимостью экспериментальных результатов, комплексным подходом к
выбору современных взаимодополняющих инструментальных методов физико-
химического исследования материалов; всесторонним анализом
экспериментальных и теоретических результатов и согласованностью
установленных закономерностей с имеющимися в научной литературе
сведениями по изучаемой тематике.
Апробация результатов
Материалы диссертации в форме докладов и сообщений обсуждались на II
научно-практической конференции «Химия в федеральных университетах»
(Екатеринбург, 2014), III Международной научно-практической конференции
«Химия в федеральных университетах» (Екатеринбург, 2015), IX Международной
конференции «Менделеев-2015» (Санкт-Петербург, 2015), XXVI Российской
молодёжной научной конференции с международным участием «Проблемы
теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2016), Всероссийской
конференции «Химия твердого тела и функциональные материалы – 2016», IX
семинаре «Термодинамика и материаловедение» (Екатеринбург, 2016), третьей
Всероссийской молодежной научной конференции с международным участием
«Экологобезопасные и ресурсосберегающие технологии и материалы» (Улан-Удэ,
2017), II Международной научно-практической конференции «Современные
синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и
функциональных материалов» (MOSM 2018) (Екатеринбург, 2018).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 4 статьи в
журналах, рекомендованных ВАК РФ, из них 3 статьи размещены в базе данных
Scopus и Web of Science; получен 1 патент на изобретение; 9 тезисов докладов на
международных и всероссийских научных конференциях.
Список публикаций:
1. Юрк, В.М. Влияние йодсодержащей добавки на состав, морфологию и
структуру тонких пленок селенида свинца / В.М. Юрк, Л.Н. Маскаева, В.Ф.
Марков, З.М. Ибрагимова, В.С. Устюгова, Е.И. Степановских // Бутлеровские
сообщения. – 2015. – Т. 44. – № 10. – С. 44-49.
2. Юрк, В.М. Кинетика гидрохимического осаждения пленок PbSe в
присутствии аскорбиновой кислоты / В.М. Юрк, Л.Н. Маскаева, В.Ф. Марков,
О.А. Мокроусова // Журнал прикладной химии. – 2016. – Т. 89. – Вып. 6. – С. 124-
132.
3. Юрк, В.М. Влияние добавки аскорбиновой кислоты на механизм
формирования наноструктурированных пленок PbSe гидрохимическим
осаждением / В.М. Юрк, Л.Н. Маскаева, В.Ф. Марков, Е.В. Мараева, В.А.
Мошников, Л.Б. Матюшкин // Неорганические материалы. – 2018. – № – 3. – С.
231-239.
4. Юрк, В.М. Устойчивость водных растворов селеномочевины к
окислению кислородом воздуха в зависимости от состава среды / В.М. Юрк, Л.Н.
Маскаева, В.Ф. Марков, В.Г. Бамбуров // Журнал прикладной химии. – 2019. – Т.
92. – Вып. 3. – С. 128-137.
Патент РФ
5. Пат. 2617350. Российская Федерация МПК H01L 31/18, C30B 29/46,
C01G 21/00, C01B 19/00, C03C 17/22 (2006.01). Способ получения
фоточувствительных химически осажденных пленок селенида свинца / Маскаева
Л.Н., Марков В.Ф., Смирнова З.И., Белоусов Д.А., Юрк В.М.; заявитель и
патентообладатель Федеральное государственное автономное образовательное
1. Разработана методика оценки устойчивости водных растворов
селеномочевины к окислению кислородом воздуха в зависимости от состава
реакционной среды. Установлено, что свежеприготовленные водные растворы
селеномочевины устойчивы не более 2 минут. В щелочной среде разложение
селеномочевины усиливается за счет нуклеофильной атаки гидроксид-иона по
атому углерода в молекуле CSe(NH2)2. В кислой среде, создаваемой азотной либо
серной кислотами, окисление халькогенизатора замедляется, раствор остается
устойчивым до двух часов, а стабильность водного раствора селеномочевины в
присутствии уксусной кислоты снижается до 30 мин. Соляная кислота активно
интенсифицирует процесс разложения селеномочевины, в результате чего
выделение элементарного селена наблюдается уже через 2 минуты.
2. Установлена возможность использования в качестве ингибиторов
процесса окисления селеномочевины веществ, создающих восстановительную
среду: сульфита натрия Na2SO3, аскорбиновой кислоты С6Н8О6, и ее смеси с
сульфитом натрия, хлорида олова SnCl2. Обнаружен синергетический эффект
антиоксидантного действия на процесс окисления селеномочевины при
совместном использовании сульфита натрия и аскорбиновой кислоты.
3. Проведена оценка особенностей образования и гидрохимического
осаждения селенида свинца в присутствии ингибиторов окисления
селеномочевины различной природы с определением энергии активации процесса
образования твердой фазы PbSe, значения которой в реакционных системах,
содержащих Na2SO3, С6Н8О6, Na2SO3 + С6Н8О6 и SnCl2, соответственно составили
25.3±0.2, 34.8±0.3, 26.1±0.6, 24.7±0.1 кДж/моль. Показаны отличия в механизме
зародышеобразования селенида свинца в присутствии различных антиоксидантов.
4. Показано влияние веществ с различным антиоксидантным действием на
морфологию, гранулометрический и химический состав, кристаллическую
структуру пленок селенида свинца, осажденных из этилендиамин-ацетатной
реакционной смеси. В ряду добавок Na2SO3 + С6Н8О6, Na2SO3, С6Н8О6, SnCl2
наблюдается тенденция к уменьшению периода кристаллической решетки от
6.1531 ± 0.0001 до 6.1367 ± 0.0002 Å, а также возрастанию доли частиц
нанодиапазона в составе слоя.
5. Показано влияние добавки йодида аммония, играющего роль
сенсибилизатора к ИК-излучению, на состав и структуру свежеосажденных
пленок. Оцененный по уширению дифракционных отражений средний размер
частиц в пленках PbSe(I) уменьшается в 3 (C6H8O6), в 5 (SnCl2), в 10 (Na2SO3) и в
17 раз (Na2SO3 + C6H8O6). Вхождение йода в состав пленок способствует
увеличению в них микронапряжений, а также образованию в ряде случаев фазы
PbI2.
6. Определены условия термосенсибилизации пленок PbSe к ИК-излучению.
Отжиг при 653 K приводит к образованию в слоях кислородсодержащих фаз
селенита PbSeO3, селената PbSeO4 и оксидов свинца (Pb3O4 и PbOх). Содержание
кислорода в пленках после отжига монотонно увеличивается при использовании
антиоксидантов в ряду Na2SO3 (40±4 ат.%), Na2SO3 + C6H8O6 (42±4 ат.%), C6H8O6
(53±5 ат.%) и SnCl2 (54±5 ат.%).
7. Для пленок селенида свинца, синтезированных по разработанной
методике с использованием различных антиоксидантов, определены пороговые
фотоэлектрические характеристики. Максимальные значения сигналов
фотоотклика при комнатных условиях получены для слоев, осажденных с
использованием добавки Na2SO3 и его смеси с аскорбиновой кислотой, а при
низких температурах при введении SnCl2 и C6H8O6.
8. По результатам низкотемпературных исследований синтезированных
пленок определена энергия термической запрещенной зоны, значения которой
составили 0.265±0.007, 0.271±0.007, 0.308±0.008, 0.349±0.009 эВ для слоев,
полученных с использованием антиоксидантных добавок SnCl2, С6Н8О6,
Na2SO3 + С6Н8О6 и Na2SO3 соответственно. По спектрам пропускания определена
оптическая ширина запрещенной зоны полученных пленок, которая в случае
непрямых переходов составила 0.13±0.01 эВ (Na2SO3 + С6Н8О6), 0.15±0.01 эВ
(Na2SO3), 0.19±0.01 эВ (SnCl2) и 0.25±0.01 эВ (С6Н8О6), а при прямых переходах
0.79±0.02 эВ (Na2SO3), 0.74±0.02 эВ (Na2SO3 + С6Н8О6), 0.69±0.02 эВ (С6Н8О6),
0.60±0.02 эВ (SnCl2) и 0.39±0.01 эВ (Na2SO3), 0.37±0.01 эВ (Na2SO3 + С6Н8О6),
0.36±0.01 эВ (SnCl2), 0.34±0.01 эВ (С6Н8О6), что характерно для многофазовой
варизонной структуры.
9. Разработаны физико-химические и технологические условия
гидрохимического осаждения и последующей термосенсибилизации пленок
PbSe(I) с использованием различных ингибиторов окисления селеномочевины.
Изготовленные ИК-детекторы на основе PbSe(I) с размерами чувствительных
элементов 2×2 мм отличаются высокими значениями обнаружительной
способности (до 1.46·108 Вт–1·Гц1/2·см в случае использования Na2SO3). Для
пленок, осажденных с использованием SnCl2, в температурном диапазоне 213-333
K обнаружительная способность возрастает более, чем в 10 раз. Даны
рекомендации по практическому использованию синтезированных
термосенсибилизированных пленок PbSe(I), исходя из их пороговых
характеристик.
Перспективы дальнейшей разработки темы исследований
Полученные в работе результаты использования антиоксидантов различной
природы в качестве ингибиторов окисления селеномочевины могут быть
использованы для разработки технологии гидрохимического осаждения других
селенидов металлов и твердых растворов на их основе с целью получения
высокофункциональных полупроводниковых соединений. Пленки селенида
свинца, синтезированные с использованием Na2SO3 и смеси Na2SO3 + С6Н8О6,
обладают максимальной чувствительностью при комнатной температуре, поэтому
могут быть использованы при изготовлении на их основе ИК-детекторов, не
требующих глубокого охлаждения, в частности, спектрометров, лазерных радаров
и камер, находящих применение в спектрометрии и астрономии. Для пленок
PbSe(I), осажденных с использованием C6H8O6 и SnCl2, характерен рост
фоточувствительности при глубоком охлаждении чувствительного элемента
более, чем в 10 раз, что делает их привлекательными материалами для
ИК-детекторов, работающих в более дальнем диапазоне длин волн
(> 4.5 мкм).
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (174 отзыва)
4.8 (211 отзывов)
4.7 (46 отзывов)
5 (154 отзыва)
5 (158 отзывов)
5 (18 отзывов)
5 (22 отзыва)
5 (21 отзыв)
4.9 (522 отзыва)
