Одним из перспективных направлений применения создаваемых материалов является использование их в сенсорах-датчиках экологического и медицинского назначения, предусматривающее не только определение следов токсичных газов в воздухе, но и анализ микропримесей выдыхаемого газа, проведение медицинской диагностики по его составу.
Для более продуктивного использования названных материалов необходимы систематические исследования, включающие как получение и идентификацию, так и изучение физико-химических свойств.
Твердые растворы (GaAs)x(CdS)1-x (х = 5-95 мол % GaAs) и (GaAs)x(CdSе)1-x ( х = 90-97 мол % GaAs) получали в форме порошков и пленок. В первом случае использовали метод изотермической диффузии бинарных соединений в вакуумированных запаянных кварцевых ампулах при температурах, ниже их температур плавления [3], во втором случае - методом термического дискретного напыления в вакууме [4] (Тконд = 298 К, Р = 1,33∙10-4 Па) на стекло или АТ-срез пьезокварца. Полученные порошки и пленки подвергали отжигу в парах сырьевого материала, который, как и синтез, осуществляли в определенных режимах, по специальным программам. Толщину пленок определяли по изменению частоты пьезокварцевого резонатора и интерферометрически, кристаллическую структуру пленок и порошков - рентгенографически.
Для исследования физико-химических свойств полученных твердых растворов использовали рентгенографический и КР-спектроскопический методы. Рентгенограммы снимали на дифрактометре ДРОН-3М в CuKα и хромовом излучениях; КР-спектры (спектры комбинационного рассеяния) регистрировали на Фурье-спектрометре RFS-100 при разрешении 1 см-1 и возбуждении их излучением лазера на иттрий - алюминиевом гранате с неодимом (λ = 1064 нм).
Результаты выполненных исследований позволяют говорить об образовании в системах GaAs-CdS и GaAs-CdSе твердых растворов замещения в исследованных областях концентраций (см., например, табл. 1, рис. 1, 2). Так на рентгенограммах линии четырехкомпонентных систем сдвинуты относительно линий бинарных соединений при постоянном их числе, отсутствуют дополнительные линии, соответствующие не прореагировавшим бинарным соединениям (что указывает и на завершение синтеза). Зависимости рассчитанных значений параметров решеток, межплоскостных расстояний и рентгеновской плотности от состава линейны (рис. 1). В спектрах комбинационного рассеяния (рис. 2) максимум антистоксовского излучения при увеличении концентрации GaAs смещается в сторону меньших частот, указывая на изменение ширины запрещенной зоны с образованием твердых растворов. Соответственно изменяется и интенсивность КР-пиков, отвечающих продольным (LO) и поперечным (ТО) колебаниям кристаллической решетки.
В соответствии с результатами рентгенографического анализа, твердые растворы системы GaAs-CdSе имеют структуру сфалерита, твердые растворы системы GaAs-CdS - структуру сфалерита или вюрцита, в зависимости от состава (табл. 1).
Проведено сопоставление свойств полученных твердых растворов (GaAs)x(CdS)1-x и (GaAs)x(CdSе)1-x.
Рис. 1. Зависимость параметров решетки (а, с), межплоскостного расстояния (dhkl) и рентгеновской плотности (ρr) от состава системы GaS-CdS (S - сфалерит, W - вюрцит)
Рис. 2. Спектры комбинационного рассеяния в области антистоксовского излучения компонентов системы GaAs-CdS, содержащих 0(1), 40(3), 50(4), 100(2) мол.% GaAs
Таблица 1. Значения параметров кристаллической решетки (а,с), межплоскостного расстояния (dhkl ) и рентгеновской плотности (ρr) компонентов системы GaAs-CdS
|
GaAs, мол. % |
Тип решетки |
а, Ао |
с, Ао |
dhll, Ao |
ρr, г/см3 |
|||
|
[111] |
[220] |
[110] |
[004] |
|||||
|
100 |
куб |
5,650 ± 0,007 |
- |
3,252±0,012 |
1,996±0,004 |
|
|
5,34 |
|
95 |
куб |
5,656 ± 0,010 |
- |
3,273±0,012 |
2,004±0,004 |
|
|
5,31 |
|
50 |
куб |
5,711 ± 0,008 |
- |
3,324±0,012 |
2,021±0,004 |
|
|
5,16 |
|
0 |
куб |
5,832 ± 0,009 |
- |
3,364±0,012 |
2,060±0,004 |
|
|
4,84 |
|
50 |
гекс |
4,077 ± 0,007 |
6,608 ±0,011 |
|
|
2,054±0,004 |
1,6521±0,0027 |
5,05 |
|
40 |
гекс |
4,070 ± 0,009 |
6,670±0,014 |
|
|
2,044±0,004 |
1,6681±0,0028 |
5,02 |
|
10 |
гекс |
4,129 ± 0,007 |
6,713±0,011 |
|
|
2,065±0,005 |
1,6783±0,0028 |
4,85 |
|
5 |
гекс |
4,129 ± 0,007 |
6,704±0,011 |
|
|
2,065±0,065 |
1,6760±0,0028 |
4,85 |
|
0 |
гекс |
4,151 ± 0,007 |
6,713±0,011 |
|
|
2,068±0,005 |
1,6790±0,6028 |
4,83 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Войцеховский А.В., Пашун А.Д., Митюрев В.К. О взаимодействии арсенида галлия с соединениями типа AIIBVI // Изд. АН СССР. Сер. Неорган. матер., 1970. Т. 6. № 2. С.379-380.
- Глазов В.М. Химические превращения в расплавах полупроводников при их двойном легировании элементами донорного и акцепторного типа //ЖФХ, 1998. Т. 72. № 6. С.967-979.
- Кировская И.А. Поверхностные свойства алмазоподобных полупроводников. Твердые растворы. Томск: Изд-во ТГУ, 1984. -160 с.
- Тонкие пленки антимонида индия. Кишинев: Штиница, 1989. - 162 с.