Главная
страница 1
3.7 Соединения АIIВVI и другие халькогениды

Практически все металлы образуют соединения с элементами VI-группы – халькогенами – серой, селеном, теллуром, причем большая часть таких соединений – полупроводники, обладающие фото- и пьезоэлектрическими свойствами.

Доказана активная роль точечных дефектов в химических реакциях в халькогенидах, причем удельное сопротивление таких соединений может быть изменено в значительных пределах путем термообработки в парах одного из собственных компонентов. Но инверсии типа проводимости в этой группе полупроводников достичь не удается ни за счет точечных стехиометрических дефектов, ни за счет примесей. И в них возможны переходы типа n-i, но не p-n (исключение составляют PbS, PbSe, CdTe, в которых возможны оба типа проводимости и ZnTe с проводимостью p-типа).

В большинстве приборов соединения АIIВVI работают в виде спеченных порошков и поликристаллических пленок. Структура таких материалов дефектна из-за отклонения от стехиометрии существования различных кристаллических модификаций (кубической, гексагональной с адсорбцией кислорода на поверхности зерен). Такие приборы обладают повышенными шумами и склонны к деградации во времени.

Выращивание монокристаллов или эпитаксиальных структур сульфидов и селенидов из-за высокой температуры плавления, упругости паров компонентов относится к группе науко-, энерго- и трудоемких процессам. Поэтому монокристаллы АIIВVI выпускаются в малых объемах для разработки наиболее перспективных приборов.

Наиболее массовая область применения (несколько сотен тонн) соединений АIIВVI являются люминесцентные покрытия и экраны. Высокой яркостью обладают цинк-сульфидные люминофоры, свечение которых под действием переменного электрического поля или электрического луча (активирующие примеси Cu, Cl, Al, Eu, Mn), которые в зависимости от вида примеси и концентрации излучение может быть зеленым, синим, желтым.

Электролюминофоры применяются в специальных источниках света типа электролюминесцентных конденсаторов, катодолюминофоры – для изготовления кинескопов, ЭЛТ, экранов ЭОП.

Соединения АIIВVI чувствительны к видимому свету и применяются в качестве материалов тонкопленочных солнечных элементов с плотностью тока 10..15 мА/см2 и U = 0,6..0,4 В работает гетеропереход pCu2S – nCdS c КПД  10%.


Рис. 41


Образуется в результате реакции Cu (покрывают обложку перед осаждением CdS – 20 мкм) с CdS  Cu2S, который вытесняется на поверхность зерен и пленки. Таким образом, это гетеропереход pCu2S-nCdS (рис.41).

Наиболее распространенные оптоэлектронные приборы – фоторезисторы изготавливаемые из полупроводников АIIВVI CdS, CdSe, CdHgTe (есть и из АIVВVI – PbS и PbSnTe). Наилучшими сочетаниями свойств по отношению к видимому свету обладают поликристаллические пленки CdS и CdSe, но особенно CdSxSe1-x, спектральная характеристика которых совпадает со спектром солнечного излучения, захватывая даже ближнюю ИК-область.

Такие фоторезисторы применяются в качестве приемников света в резистивных оптопарах и в кинофотоаппаратуре для непороговых измерений освещенности. По обнаружительной способности материал CdHgTe (КРТ) не имеет равных, намного превосходит Ge и Si, стабильно работает при температуре жидкого гелия, тогда как другие материалы требуют более глубокого охлаждения.

КРТ – лучший материал для ИК-техники, в задачи, которой входит обнаружение стартов ракет, наведение средств доставки оружия на цель, преобразование теплового излучения в видимое, наблюдение и фотографирование местности из космоса через атмосферные окна ночью и в условиях облачности. КРТ – материал стратегического значения, интересный и в теоретическом отношении, так как вследствие очень малой  в нем наблюдается фазовый переход из металлического состояния в диэлектрическое. Такие материалы принято называть «бесщелевыми» полупроводниками. Фотоэлектрические свойства таких полупроводников (как и узкозонных) проявляются лишь при криогенных температурах. КРТ пытались выращивать и в космосе – но без особых успехов. КРТ – самый дорогой в современной технологии, для его гомогенизации твердотельной диффузией необходимы 30..50 суточные отжиги; плохо воспроизводятся параметры, материал взрывоопасен.

Узкозонные теллуриды и селениды имеют высокую n и, следовательно, большое значение постоянной Холла и магнитосопротивления. Они используются в качестве датчиков Холла (приборов для измерения напряженности постоянных и переменных магнитных полей) для измерения мощности (в ваттметрах), в генераторах электрических колебаний.

Теллуриды и селениды висмута и ртути (Bi2Te3, Bi2Se3, Sb2Te3) и их твердые растворы являются основными материалами для термоэлектрических источников тока и охлаждающих устройств (на эффекте Пельтье).

Термоэлемент, образованный Bi2Te3 - Sb2Te3 (положительная ветвь) и Bi2Te3 - Bi2Se3 (отрицательная ветвь), обеспечивает получение термоЭДС около 400 мкВ/К, а напряжение при   400 К составляет всего 0,1..0,15 В. КПД таких батарей не более 4..10 %, то есть конкуренцию с солнечными элементами могут выдержать лишь термобатареи с атомными источниками тепла, выделяющегося при распаде, например, церия 144.

Интересно и обратное применение – полупроводниковые холодильники, которые за счет последовательного подключения, когда тепловыделяющая ветвь одного элемента охлаждается теплопоглощающим контактом следующего. При этом удается получить глубокие отрицательные температуры (в малом объеме) для работы микроэлектронных ИК-фотоприемников.

Структуры прямозонных соединений АIIВVI применяются и в квантовой электронике для создания инжекционных ИК-лазеров (так как это должны быть материалы, обладающие двумя типами проводимости, то это PbS, PbSn, Te). Пригодны и униполярные сульфиды и селениды но для лазеров с электронным возбуждением (которое основано на катодолюминесценции, возбуждаемой электронным лучом в монокристаллах, причем в CdS возникает зеленая, в CdSe – красная, в ZnSe – голубая люминесценция).

По сравнению с инжекционными лазерами, лазеры с электронным возбуждением (ЭВ) имеют большую мощность излучения; широкий выбор активных материалов; простую систему реализации двухкоординатного сканирования электронного пучка, преобразуемого в кристалле в лазерный луч.

Лазеры с ЭВ пригодны для проекционного (S > 10 м2) цветного телевидения, так как обеспечивают яркость в десятки раз большую, чем в электронно лучевые трубки с катодолюминофорами. Ясно, что лазерное возбуждение возможно лишь в монокристалле, причем требуются образцы большой площади и однородности, что представляется сложной задачей.

Используются рассматриваемые соединения и для построения внешних (вне лазерного кристалла) модуляторов сигнала при оптической связи. Классическим электроннооптическим кристаллом (в котором показатель преломления изменяется пропорционально напряженности внешнего электрического поля (эффект Поккельса)), является дигидрофосфат калия – КДР и другие сегнетоэлектрики. Перспективными являются и пьезополупроводники – сульфиды и теллуриды кадмия и цинка.



Однако технология полупроводниковых халькогенидов и изготовления совершенных монокристаллов и эпитаксиальных слоев сегодня сложная задача, которая, как и в случае соединений АIIIВV, далека от полного решения.


Смотрите также:
3. 7 Соединения аiiвvi и другие халькогениды
48.31kb.
1 стр.
Комплексные соединения. Комплексными
30.39kb.
1 стр.
Управления объединений и соединения, полки, отдельные батальоны и другие подразделения и учреждения, входившие в состав действующей армии в районе озера хасан в 1938 г
136.36kb.
1 стр.
Урок №9 «атф и другие органические соединения клетки. Решение задач по молекулярной биологии».
39.04kb.
1 стр.
Кислородсодержащие соединения галогенов
100.88kb.
1 стр.
Лекция 14. Полимерные материалы
35.47kb.
1 стр.
Соединение деталей гвоздями
73.67kb.
1 стр.
Сварка пластиков pvc, pp, pe
563.13kb.
4 стр.
Руководство пользователя предисловие 3 Информация по системе контроля выбросов 4 Информация по безопасности 10
349.23kb.
1 стр.
Урок かぞくは 3にんです Kazoku wa san-nin desu Форма
42.27kb.
1 стр.
Космическая техника и технологии
53.99kb.
1 стр.
Сера и ее соединения
183.37kb.
1 стр.