При всей отмеченной привлекательности применение твердых растворов системы InP-CdS до сих пор сдерживалось трудностями получения и соответственно отсутствием сведений о методах получения. Трудности в получении связаны с сочетанием двух факторов - высокого давления паров InP и CdS (722 K). В известных всего лишь двух работах, посвященных получению твердых растворов (InP)x(CdS)1-x [1,2], отмечается: сплавление в кварцевых ампулах взрывоопасно [1], в системах открытого типа требует сложного аппаратурного оформления и может сопровождаться загрязнением транспортирующими газами [2]. Поэтому разработка метода, лишенного названных недостатков, оказалась необходимой и актуальной.
В данной работе твердые растворы были получены с использованием модернизированного метода изотермической диффузии в сочетании с механохимической активацией (в форме порошков) и метода дискретного напыления в вакууме с последующей термообработкой (в форме пленок).
Согласно сравнительных спектров комбинационного рассеяния (КР-спектров) механической активированной смеси InP + CdS и ее исходных индивидуальных компонентов, синтез твердых растворов частично происходит уже в процессе механохимической активации. Окончательно он заканчивается на стадии термической обработки.
Для аттестации полученных твердых растворов использовали методы рентгенографического анализа (на дифрактометре Дрон-3 в Cu Ka- изучении) и КР-спектроскопии с регистрацией спектров на Фурье-спектрометре RFS-1000 при разрешении 1 см-1 и возбуждении спектров излучением лазера на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом (λ = 1064 нм).
Результаты этих исследований позволили установить образование в системе InP-CdS твердых растворов замещения при концентрациях CdS в InP 3,5,7 мол %, их структуру и обнаружить ярко выраженные люминесцентные свойства.
Так, согласно рентгенографическим исследованиям, на рентгенограммах линии четырех- компонентных систем (предполагаемых твердых растворов) сдвинуты относительно линии бинарного компонента InP при постоянном их числе; зависимости рассчитанных значений параметра решетки, межплоскостных расстояний близки к линейным; наблюдается закономерное изменение угла скольжения θ для каждой из отражающих плоскостей, дополнительно свидетельствующее об однофазнойсти четырех компонентных систем (указанного состава),что типично для твердых растворов замещения (табл. 1).
В соответствии с положением и распределением по интенсивности линий, все компоненты системы (InP, CdS, (InP)x(CdS)1-x ) имеют кубическую структуру сфалерита.
Обратимся к спектрам комбинационного рассеяния (рис. 1). В КР-спектрах бинарного компонента InP в антистоксовой области присутствуют пики, соответствующие продольным (LO) и поперечным (TO) колебаниям его решетки (ωLO = 301,3, ωTO = 345 см-1). КР-спектры второго бинарного компонента CdS в области характеристических частот указывают на интенсивную люминесценцию с максимумом при n = 307,125 см-1. В КР-спектрах четырехкомпонентных систем (InP)x(CdS)1-x в областях характеристических частот отсутствуют пики, типичные для бинарного компонента InP, что подтверждает образование твердых растворов замещения. Кроме того, во всех снятых КР-спектрах твердых растворов различного состава (в интервале частот 50-3500 см-1) наблюдается интенсивный пик с несколькими максимумами в области 1500-2700 см-1(ей соответствует энергия 0,19-0,31 эВ). Это позволяет говорить о проявлении люминесцентных свойств полученными твердыми растворами, а при составе (InP)0,03(CdS)0,97 более ярком, по сравнению с CdS.
Таблица 1. Значения периода решетки (а), угла 2θ, межплоскостного расстояния (d331) компонентов системы InP-CdS
|
Состав |
Период решетки а,нм |
Угол 2θ |
Межплоскостное расстояние d331, нм |
|
InP |
0,5869 |
69,78 |
0,134659 |
|
(InP)0,97(CdS)0,03 |
0,5891 |
69,49 |
0,13516 |
|
(InP)0,95(CdS)0,05 |
0,5893 |
69,47 |
0,135201 |
|
(InP)0,93(CdS)0,07 |
0,5895 |
69,44 |
0,135235 |
|
CdS |
0,585 |
70,2 |
0,1340 |
Рис. 1. Спектры комбинационного рассеяния в области антистоксовского излучения компонентов системы InP-CdS, содержащих 0 (1), 93 (2), 95 (3), 97 (4), 100 (5) мол % InP
Следует заметить, что КР-спектры твердых растворов системы GaAs-CdS, снятые в [3] при тех же условиях, не указали на их выраженные люминесцентные свойства. Отсюда логично предположить, что причиной проявления люминесцентных свойств твердых растворов системы InP-CdS является удачное сочетание исходных компонентов InP и CdS. Действительно, расположение In и Cd, P и S в периодической таблице Д.И. Менделеева, их физические свойства предрасполагают к высокой излучательной способности твердых растворов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Горюнова Н.А., В.И. Соколова. О сложных фосфидах // Известия Молдавского филиала Академии наук СССР, 1960. №3. с. 31-35.
- Jim W.M., Dismukes I.P., Kressel H. // RCA Reniew, 1970.
- Кировская И.А., Земцов А.Е. Химический состав и кислотно-основное состояние системы GaAs-CdS // ЖФХ, 2007. Т.81. №1. с.