Фізико–хімічні властивості плюмбум телуриду та дефектна підсистема твердих розчинів PbTe-Sb2Te3 презентация

Фізико–хімічні властивості плюмбум телуриду та дефектна підсистема твердих розчинів PbTe-Sb2Te3. Виконала Студентка групи ФА(М)-21(З) Климович Марія

Актуальність теми. Плюмбум телурид є основним матеріалом для створення термоелектричних перетворювачів енергії, фотоприймальних пристроїв, а також випромінювальних структур інфрачервоного діапазону оптичного спектру. Він кристалізується у структурі типу NaCl, яка є характерною для іонних кристалів. Перевагою твердих розчинів у порівнянні із бінарними сполуками є можливість за рахунок зміни складу ефективно впливати на основні властивості матеріалу: ширину забороненої зони, спектральні і температурні характеристики. Актуальність теми. Плюмбум телурид є основним матеріалом для створення термоелектричних перетворювачів енергії, фотоприймальних пристроїв, а також випромінювальних структур інфрачервоного діапазону оптичного спектру. Він кристалізується у структурі типу NaCl, яка є характерною для іонних кристалів. Перевагою твердих розчинів у порівнянні із бінарними сполуками є можливість за рахунок зміни складу ефективно впливати на основні властивості матеріалу: ширину забороненої зони, спектральні і температурні характеристики.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є встановлення домінуючих моделей атомних дефектів та механізмів утворення твердих розчинів у системах PbTe-Sb2Te3. Виходячи із вище викладеного у кваліфікаційній роботі були поставлені і виконані наступні завдання: 1) Здійснити синтез бінарних сполук PbTe, Sb2Te3 а також твердих розчинів на їх основі із різним ступенем відхилення від стехіометричного складу. 2) Методами хімічного аналізу, рентгенографії і металографії уточнити межі існування твердих розчинів Pb–Sb–Te. 3) Експериментально дослідити залежність комплексу фізико-хімічних параметрів вище вказаних матеріалів від складу і технологічних факторів їх синтезу. 4) Запропонувати кристалоквазіхімічні рівняння основних механізмів дефектоутворення у кристалі Pb-Te та твердих розчинах на їх основі. 5) На основі аналізу експериментальних результатів і кристалохімічних розрахунків зробити висновки про переважаючі точкові дефекти і механізми утворення твердих розчинів у досліджуваних системах. 6) Визначити склад і технологічні фактори синтезу та вирощування сплавів систем Pb-Sb-Te, із наперед заданими властивостями, необхідними для потреб напівпровідникової техніки.

Рис. 1. Діаграма фазової рівноваги системи Pb–Te Рис. 1. Діаграма фазової рівноваги системи Pb–Te

Кристалоквазіхімічний кластер n – PbTe (надлишок Плюмбуму у границях області гомогенності) з врахуванням диспропорціювання вакансій у катіонній підгратці Pb буде: Кристалоквазіхімічний кластер n – PbTe (надлишок Плюмбуму у границях області гомогенності) з врахуванням диспропорціювання вакансій у катіонній підгратці Pb буде: Тут “0”– нульовий заряд, PbPb – плюмбум у вузлі кристалічної гратки, Pb0 – нейтральний атом свинцю, ТеТе – телур у вузлах кристалічної гратки, α – мольні долі легуючої компоненти, “х” – нейтральний стан атома, – концентрація дірок. Діркова провідність телуриду свинцю, пов’язана із вакансіями у катіонній підгратці та зростанням концентрації вільних дірок. (діркова провідність плюмбум телуриду пов'язана із вакансіями у катіонній , (1), а електронна – у аніонній (2) підгратках кристалічної структури плюмбум телуриду)   (1) (2)  

Механізм (АІ) Механізм (АІ) Легуючий кластер: Суперпозицією легуючого кластера з основною матрицею n-PbTe одержимо: При взаємодії кластера з р-типом плюмбум телуриду буде: Механізм (АІІ) Легуючий кластер буде: Для твердого розчину на базі n-PbTe: Утворення твердого розчину на основі плюмбум телуриду р-типу описується формулами:

Механізм (ВІ) Механізм (ВІ) Легуючий кластер: Для n–типу провідності отримаємо: Для р–типу провідності кристалохімічні рівняння утворення твердого розчину будуть наступними: Механізм (ВІІ) Легуючий кластер: Для твердого розчину з n-типом PbTe, за рахунок добудови аніонної підгратки, будуть зростати катіонні вакансії, що призведе до зменшення основних носіїв . Для р- PbTe:

Висновки 1 ) Достатньо детально вивчені фазові діаграми рівноваги бінарних систем Pb–Te, SbTe. Розроблені способи синтезу кристалів із заданими структурною досконалістю, відхиленням від стехіометрії і електричними параметрами. 2) Найбільш широке використання і практичне застосування знайшли способи вакуумного синтезу сполук та їх наступної гомогенізації методом двотемпературного відпалу. 3) Описана технологія синтезу сплавів: температурні режими, часи витримки і гомогенізації, гартування та вирощування монокристалів: методи Бріджмена, Чохральського з парової фази. Звернена увага на переваги і недоліки їх використання. 4) Запропоновано кристалоквазіхімічні рівняння утворення твердих розчинів n-PbTe-Sb2Te3. 5) Розраховано концентрації дефектів і холлівської концентрації носіїв заряду від вмісту легуючої домішки Sb2Te3. 6) На основі порівняння результатів експерименту і розрахунків визначено домінуючі механізми утворення твердих розчинів. 7) Обробку експериментальних результатів проводили статистичними методами з використанням комп’ютерних технологій

Дякую за увагу!