Синтез и кислотно-основные свойства поверхности новой полупроводниковой системы CdS–ZnTe

Реховская, Е. О. Синтез и кислотно-основные свойства поверхности новой полупроводниковой системы CdS–ZnTe / Е. О. Реховская, И. Ю. Нагибина, А. С. Макарова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2014. — № 2 (61). — С. 252-257. — URL: https://moluch.ru/archive/61/9083/ (дата обращения: 10.05.2022).

В работе, используя метод изотермической диффузии, впервые получены твердые растворы (CdS)х–(ZnTe)1–х. Рентгенографический метод позволил идентифицировать и определить структуру полученных твердых растворов. Кислотно-основные свойства поверхности оценивали методами гидролитической адсорбции (рН–изоэлектрического состояния), механохимии, кондуктометрического титрования.

Ключевые слова: полупроводники, поверхность, объемные свойства, твердые растворы.

Одной из основных задач химии полупроводников является поиск новых материалов, обладающих разнообразными полупроводниковыми свойствами, отвечающими новым требованиям современной техники. Среди них важное место занимают бинарные соединения А II В VI и твердые растворы типа А II В V I –А II В VI . Сейчас ведутся исследования, посвященные получению и изучению многокомпонентных систем на основе бинарных соединений типа А III В V , А II В VI , А I В VII с целью создания теории управления их поверхностными свойствами и получения новых материалов, с заданными характеристиками.

Настоящая работа является частью этих исследований. Для изучения были выбраны бинарные компоненты и твердые растворы системы CdS–ZnTe.

2. Экспериментальные данные

2.1. Получение твердых растворов

В качестве объектов исследования использовали порошки исходных бинарных соединений CdS и ZnTe и порошки твердых растворов (CdS)х(ZnTe)1-х.

Синтез твердых растворов проводили в эвакуированных и запаянных кварцевых ампулах при температуре ниже температуры плавления бинарных компонентов. Полученные образцы подвергались отжигу, для придания им равновесных свойств. Синтезированные твердые растворы представляли собой компактные поликристаллические слитки.

2.2. Рентгенографический анализ

Для идентификации исследуемых твердых растворов был проведен рентгеноструктурный анализ на приборе ДРОН-3 с использованием медного Cu-Кα излучения, при температуре 293 К по методике большеугловых съемок [1, 2]. По рентгенограммам строили штрих–диаграммы, вертикальные линии которых соответствуют положению и интенсивности рефлексов. По полученным данным рассчитывали значения постоянной решетки а, межплоскостных расстояний dhkl и рентгеновской плотности рг компонентов.

2.3. Исследование кислотно-основных свойств

Исследования поверхностных свойств полупроводниковых материалов в жидких средах дает дополнительную информацию о природе активных центров поверхности и механизме их взаимодействия с жидкостями. В работе проведена оценка средней силы кислотно-основных центров поверхности CdS, ZnTe и их твердых растворов по результатам измерения pH–изоэлектрического состояния в водной среде и исследовано кислотно-основное состояние свежеприготовленной поверхности образцов методом механохимии [3, 4]. Данные методы получили всеобщее признание и их применение отражено в ряде работ.

2.3.1. Определение водородного показателя изоэлектрического состояния поверхности (рНизо)

Водородный показатель изоэлектрического состояния определяли методом гидролитической адсорбции [4]. Он характеризует среднюю силу кислотных центров поверхности твердого тела.

2.3.2. Исследование кислотно-основных свойств методом механохимического диспергирования

Теоретические основы механохимии заключаются в том, что процесс измельчения рассматривается не только как процесс увеличения поверхности, но и как процесс возникновения различных дефектов в кристаллах и увеличения поверхностной энергии, то есть к значительному повышению химической активности поверхностных слоев. Молекулы жидкостей, адсорбированные на твердых частицах, будут разрушаться в процессе измельчения [5]. Продукты диссоциации жидкостей в момент своего возникновения обладают высокой активностью и поэтому могут образовывать прочные соединения с частицами твердых тел, находящихся в поверхностных слоях, либо проникать в объем по дефектам структуры. В качестве контроля взаимодействия поверхности материала с данной средой используем измерение водородного показателя.

2.3.3. Неводное кондуктометрическое титрование

Кондуктометрическое титрование образцов изучаемой системы проводили с целью получения количественной оценки концентрации кислотных центров на их поверхности, а также выявления природы этих центров [6].

3. Экспериментальные результаты

3.1. Рентгенографический анализ

Как показал рентгенографический анализ, в полученных слитках имеется в основном одна фаза: линии на рентгенограммах сдвинуты относительно линий бинарных компонентов при постоянном их числе. Отсутствие на рентгенограммах дополнительных линий, соответствующих непрореагировавшим бинарным компонентам, а также размытость основных линий указывают на полное завершение синтеза твердых растворов (рис. 1.).

В соответствии с положением основных линий на рентгенограммах и распределении их интенсивностей CdS и твердые растворы (CdS)0.9(ZnTe)0.1, (CdS)0.75(ZnTe)0.25, (CdS)0.5(ZnTe)0.5 имеют структуру вюрцита, а твердые растворы (CdS)0.25(ZnTe)0.75, (CdS)0.1(ZnTe)0.9 и ZnTe — структуру сфалерита.

Рассчитанные значения параметров кристаллической решетки а ис, межплоскостных расстояний dhkl и рентгеновской плотности ρг компонентов системы CdS−ZnTe представлены в табл. 1.

Рентгеновская плотность компонентов системы ZnTe−CdS с составом изменяется практически линейно, что, в частности, подтверждает образование твердых растворов замещения.

Значения параметров кристаллической решетки (а, с), межплоскостных расстояний (dhkl) и рентгеновской плотности (ρ) компонентов системы CdS−ZnTe