На сайте 100500 рефератов в 150 категориях	Искать реферат
Рефераты на 5 с плюсом С нашим сайтом написать реферат проще простого

Получение квазибинарнои системы CuInS2-CdS, ее фазовая диаграмма, електричнита фотоэлектрические свойства

Категория: Физика, Астрономия

версия для печати

Страница: [1] [2] [3]

Получение квазибинарнои системы CuInS2-CdS, ее фазовая диаграмма, электрические

и фотоэлектрические свойства

1. Введение

В последние годы все большее внимание обращают на твердые растворы на основе широкозонного полупроводников.

В этой работе описано технология получения и результаты изучения фазовых равновесий в системе CuInS2-CdSи отдельных физических свойств образцов этой системы.

Состав CuInS2, которая относится к группе тернарных соединений I-III-VI2 (обладающих структурой халькопирит), является перспективной для использования в приборах электронной и оптоэлектронной техники [1]. Так, в виде монокристаллов или пленок она используется как эффективные термоэлектрические материалы[2]; в пленочном варианте — в приборах для аккумулирования солнечной энергии.

Как известно [3, 4], специально нелегированные кристаллы соединения CuInS2 являются полупроводниками p-типа проводимости с шириной запрещенной зоны Еg = 1,55 эВ . Монокристаллы CdS относятся к широкозонного фотопроводников n-типа проводимости [5].

Учитывая, что CuInS2 является электронныманалогом соединений II-VI (в частности CdS), можно надеяться на образование твердых растворов на основе этих полупроводников в системе CuInS2-CdS.

Система CuInS2-CdS частично изучалась Robbins & Lambrecht [6].

Полученные в [6] твердые растворы исследовались только с помощью рентгенофазового анализа, поскольку в то время еще не была известна природа образованияCuInS2. Неисследованными оставались электрические, термоэлектрические и фотоэлектрические свойства квазибинарнои системы СuInS2-CdS.

2. Условия получения твердого раствора СuInS2-CdS

Для изучения системы CuInS2-CdS было изготовлено 21 сплав. Они размещались через 5 мл.%. Синтез сплавов проводился с высокочистых элементов (copper 99,99 wt.%,cadmium 99,9999 wt.%, indium 99,99 wt.%, sulphur 99,997 wt.%) в вакуумированных кварцевых контейнерах; проходил в два этапа. Первый этап заключался в локальном нагреве ампул с шихтой в пламени кислородно-газовой горелки до полного связывания элементарной серы. На втором этапе ампулы переносили в однозонная печь и со скоростью 50 K / ч нагревали до 1420 К.При этой температуре проводилась выдержка в течение 2 ч с последующим медленным охлаждением (10 K / год) до 870 К i осуществлялся отжиг продолжительностью 250 часов. Образцы интервала 70-100 мл.% CdS после этого цикла синтеза были не расплавленные, поэтому для лучшей гомогенизации перетирались в агатовый ступке, прессовались в таблетки и подвергались повторному нагреву.При этом использовали режим второго этапа синтеза, увеличив выдержку при 1420 К (2 ч) и дополнительно видпалившы при 1170 К (10 ч).

Полученные сплавы исследовали методами дифференциально-термического, рентгенофазового и микроструктурного анализов. ДТА проводился с использованием Pt / Pt-Rh термопары на установке, составленной из печи регулируемогонагрева, двухкоординатные самописца ПДА-1 и блока усиления сигнала термопары. В качестве реперных веществ были использованы Cu, Ag, NaCl, Sb, Te i Cd. Скорость нагрева и охлаждения составляла 10 К / час. Рентгенофазового анализа проведено на дифрактометре ДРОН 4-13 со CuK (випроминюванням. Для обработки массивов данных и вычисление периодов элементарныхячеек использовали пакет программ PDWin. Микроструктурный анализ осуществлен на микроскопе MMU-3. В роли травника служила HNO3 (1:1) с добавкой H2O2 (10%).

Поскольку образцы в интервале 70-100 мл.% CdS получить в расплавленном виде не удалось, для проведения электрических измерений все сплавы были изготовлены по вышеописанной методике твердофазногосинтеза (максимальная температура составляла 1320 К). Отожженной при 870 К образцам придавалась форма правильного параллелепипеда. При электрических измерениях использовали контакты, которые приваривались к поверхности образцов с помощью электрической дуги. Омичнисть и линейность вольтамперной характеристики таких контактов сохранялась в широком интервалетемператур и приложенных к образцу напряжений.

3. Экспериментальные результаты

3.1. Фазовая диаграмма квазибинарнои системы СuInS2-CdS

Построена фазовая диаграмма системы CuInS2-CdS представлена ??на рис.1.

В системе образуется непрерывный ряд твердых растворов (НСТР) между ВТР (2)-модификацией CuInS2 , которая владеет структуройвюрциту, и CdS, который изоструктурные ей. Кристаллизация (-твердого раствора происходит в очень узком температурном интервале. Несмотря на это, эффекты ликвидуса и солидуса на кривых нагрева является хорошо разделены. Для проверки результатов ДТА был проведен отжиг двух серий сплавов при 1170 К и 1270 К. Сплавы нагревались до 1420 К и со скоростью10 К / ч охлаждались до температуры отжига. Продолжительность отжига составляла 72 ч и 48 ч соответственно для каждой серии. Анализ дифрактограмм и полнопрофильных анализ дифракционных отраженный подтверждает неограниченную растворимость ВТР (2) CuInS2 и CdS.

Меньшей и сдвинутой в сторону CuInS2.

Растворимость на основе НТР-модификации (низкотемпературной)CuInS2, что кристаллизуется в структуре халькопирит, увеличивается с понижением температуры. При 870 К величина g-твердого раствора лежит в интервале 0-11 мол.% CdS (рис. 2). Параметры тетрагональной ячейки растут от a = 0,55222 (7), c = 1,1136 (2) нм в CuInS2 до a = 0,5540 (3), c = 1,1168 (2) нм в предельного состава твердого раствора. И наконец, a-твердый растворна основе CdS при 870 К существует в интервале 56-100 мл.% CdS, при смене периодов элементарной ячейки в пределах a = 0,41347 (9), c = 0,6717 (3) нм в CdS до a = 0,3987 (1), c = 0,6527 (2) нм в предельного состава.

3.2. Электрические, термоэлектрические и оптические свойства твердых растворов

СuInS2-CdS

Все полученные поликристаллические образцы системы CuInS2-CdSоказались полупроводни-никами с удельной электропроводностью ((), которая уменьшается с увеличением содержания CdS (рис. 3).

типом проводимости (рис. 3, 4).

Так, например, удельный сопротивление образцов области (-твердого раствора (0-11 мл.% CdS) составляет (= 2 (102 Ом (см (при Т = 293 К), что мало отличается от удельного сопротивления соединения CuInS2 [3]. Взявтакже во внимание однотипность кристаллической структуры для всех образцов этого интервала, можно утверждать, что их электрические свойства будут подобны электрических свойств CuInS2.

Температурная зависимость удельной электропроводности твердых растворов с малым содержанием CdS хорошо описывается формулой:
< br>(1)

На температурной зависимости (высокоомных образцов с большим содержанием CdS можно выделить два участка с разными энергиями активации Е (рис. 5).

Зависимость энергии активации от состава системы представлена ??на рис. 6.

Определенная из формулы (1) энергия активации проводимости для образцов (-твердого раствораоказалась равной:

Страница: [1] [2] [3]

версия для печати