Полупроводники I-III-VI - Википедия - I-III-VI semiconductors
I-III-VI2 полупроводники твердые полупроводник материалы, содержащие три или более химические элементы принадлежащий группы I, III и VI (IUPAC группы 1/11, 13 и 16) периодическая таблица. Обычно в них участвуют два металлы и один халькоген. Некоторые из этих материалов имеют прямая запрещенная зона, Eграмм, примерно 1,5 эВ, что делает их эффективными поглотителями солнечного света и, следовательно, потенциальными солнечная батарея материалы. Четвертый элемент часто добавляют к I-III-VI.2 материал для настройки ширины запрещенной зоны на максимальную эффективность солнечных батарей. Типичный пример: селенид галлия индия меди (CuInИксGa(1–Икс)Se2, Eграмм = 1,7–1,0 эВ для Икс = 0–1[1]), который используется в солнечные элементы из селенида меди, индия, галлия.
CuGaO2
CuGaO2 существует в двух основных полиморфы, α и β. Форма α имеет вид делафоссит кристаллическая структура и может быть получена реакцией Cu2О с Ga2О3 при высоких температурах. Форма β имеет вюрцит -подобная кристаллическая структура (космическая группа Pna21); он метастабилен, но проявляет долгосрочную стабильность при температурах ниже 300 ° C.[3] Его можно получить ионный обмен Na+ ионы в β-NaGaO2 предшественник с Cu+ ионы в CuCl под вакуумом, чтобы избежать окисления Cu+ к Cu2+.[2]
В отличие от большинства I-III-VI2 оксиды, которые представляют собой прозрачные, электрически изолирующие твердые тела с шириной запрещенной зоны более 2 эВ, β-CuGaO2 имеет прямую запрещенную зону 1,47 эВ, что благоприятно для применения в солнечных элементах. Напротив, β-AgGaO2 и β-AgAlO2 имеют косвенную запрещенную зону. Нелегированный β-CuGaO2 это полупроводник p-типа.[2]
AgGaO2 и AgAlO2
Аналогично CuGaO2, α-AgGaO2 и α-AgAlO2 иметь делафоссит кристаллическая структура, тогда как структура соответствующих β-фаз аналогична вюрциту (космическая группа Пна2а). β-AgGaO2 является метастабильным и может быть синтезирован ионным обменом с β-NaGaO2 предшественник. Ширина запрещенной зоны β-AgGaO2 и β-AgAlO2 (2,2 и 2,8 эВ соответственно) косвенные; они попадают в видимый диапазон и могут быть настроены путем легирования ZnO. По этой причине оба материала вряд ли подходят для солнечных батарей, но имеют потенциальное применение в фотокатализ.[2]
В отличие от LiGaO2, AgGaO2 не могут быть легированы ZnO путем нагрева их смеси из-за Ag+ восстановление до металлического серебра; следовательно, магнетронное распыление AgGaO2 и вместо них используются мишени из ZnO.[2]
LiGaO2 и LiGaTe2
Чистые монокристаллы β-LiGaO2 длиной в несколько дюймов можно выращивать Метод Чохральского. Их сколотые поверхности имеют постоянные решетки, которые соответствуют параметрам ZnO и ZnO. GaN и поэтому подходят для эпитаксиальный рост тонких пленок из этих материалов. β-LiGaO2 это потенциал нелинейная оптика материала, но его прямая запрещенная зона 5,6 эВ слишком велика для применений в видимом свете. Его можно снизить до 3,2 эВ путем легирования β-LiGaO.2 с ZnO. Настройка ширины запрещенной зоны является прерывистой, поскольку ZnO и β-LiGaO2 не смешиваются, а образуют Zn2LiGaO4 фаза, когда их соотношение составляет ок. 0.2 и 1.[2]
LiGaTe2 кристаллы размером до 5 мм можно выращивать в три этапа. Сначала элементы Li, Ga и Te плавятся в вакуумированной кварцевой ампуле при 1250 К в течение 24 часов. На этом этапе Li реагирует со стенками ампулы, выделяя тепло, и частично расходуется. На втором этапе расплав гомогенизируется в запаянной кварцевой ампуле, которая внутри покрыта пиролитическим углеродом для снижения реакционной способности лития. Температура гомогенизации выбирается ок. На 50 К выше точки плавления LiGaTe2. Затем кристаллы выращивают из гомогенизированного расплава с помощью Метод Бриджмена – Стокбаргера в двухзонной печи. Температура в начале кристаллизации на несколько градусов ниже LiGaTe.2 температура плавления. Ампулу перемещают в холодную зону со скоростью 2,5 мм / день в течение 20 дней.[4]
| Формула | а (Å) | б (Å) | c (Å) | Космическая группа | Плотность (г / см3) | Температура плавления (K) | Запрещенная зона (эВ) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| α-LiGaO2[6] | 2.92 | 2.92 | 14.45 | р3м | 5.07 | м | 5,6d |
| β-LiGaO2[7] | 5.406 | 6.379 | 5.013 | Pna21 | 4.18 | м | 5,6d |
| LiGaSe2[4] | Pna21 | ||||||
| LiGaTe2[4] | 6.33757(2) | 6.33757(2) | 11.70095(5) | я43D | 940[8] | 2.41 | |
| LiInTe2[9] | 6.398 | 6.398 | 12.46 | я42d | 4.91 | 1.5[4] | |
| CuAlS2 | 5.323 | 5.323 | 10.44 | я42d | 3.47 | 2500 | 2.5 |
| CuAlSe2 | 5.617 | 5.617 | 10.92 | я42d | 4.70 | 2260 | 2.67 |
| CuAlTe2 | 5.976 | 5.976 | 11.80 | я42d | 5.50 | 2550 | 0.88 |
| β-CuGaO2[3] | 5.46004(1) | 6.61013(2) | 5. 27417(1) | Pna21 | м | 1,47d | |
| CuGaS2 | 5.360 | 5.360 | 10.49 | я42d | 4.35 | 2300 | 2.38 |
| CuGaSe2 | 5.618 | 5.618 | 11.01 | я42d | 5.56 | 1970 | 0.96; 1.63 |
| CuGaTe2 | 6.013 | 6.013 | 11.93 | я42d | 5.99 | 2400 | 0.82; 1.0 |
| CuInS2 | 5.528 | 5.528 | 11.08 | я42d | 4.75 | 1400 | 1.2 |
| CuInSe2 | 5.785 | 5.785 | 11.56 | я42d | 5.77 | 1600 | 0.86; 0.92 |
| CuInTe2 | 6.179 | 6.179 | 12.365 | я42d | 6.10 | 1660 | 0.95 |
| CuTlS2 | 5.58 | 5.58 | 11.17 | я42d | 6.32 | ||
| CuTlSe2 | 5.844 | 5.844 | 11.65 | я42d | 7.11 | 900 | 1.07 |
| CuFeO2 | 3.035 | 3.035 | 17.166 | р3м | 5.52 | ||
| CuFeS2 | 5.29 | 5.29 | 10.32 | я42d | 4.088 | 1135 | 0.53 |
| CuFeSe2[10] | 5.544 | 5.544 | 11.076 | п42c | 5.41 | 850 | 0.16 |
| CuLaS2 | 5.65 | 5.65 | 10.86 | я42d | |||
| β-AgAlO2 | м | 2,8i | |||||
| AgAlS2 | 5.707 | 5.707 | 10.28 | я42d | 3.94 | ||
| AgAlSe2 | 5.986 | 5.986 | 10.77 | я42d | 5.07 | 1220 | 0.7 |
| АГАЛТ2 | 6.309 | 6.309 | 11.85 | я42d | 6.18 | 1000 | 0.56 |
| α-AgGaO2 | P63MC | 4,12d[11] | |||||
| β-AgGaO2 | Pna2a | м | 2.2i | ||||
| AgGaS2 | 5.755 | 5.755 | 10.28 | я42d | 4.72 | 1.66 | |
| AgGaSe2 | 5.985 | 5.985 | 10.90 | я42d | 5.84 | 1120 | 1.1 |
| AgGaTe2 | 6.301 | 6.301 | 11.96 | я42d | 6.05 | 990 | 1.32[4] |
| Старение2 | 5.828 | 5.828 | 11.19 | я42d | 5.00 | 1.18 | |
| AgInSe2 | 6.102 | 6.102 | 11.69 | я42d | 5.81 | 1053 | 0.96; 0.52 |
| СТАРЕНИЕ2 | 6.42 | 6.42 | 12.59 | я42d | 6.12 | 965 | 1.03[4] |
| AgFeS2 | 5.66 | 5.66 | 10.30 | я42d | 4.53 | 0.88 [12] |
- m означает метастабильную, d - прямую и i - непрямую запрещенную зону
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Tinoco, T .; Rincón, C .; Quintero, M .; Перес, Г. С. Н. (1991). «Фазовая диаграмма и оптические энергетические щели для CuInуGa1−уSe2 Сплавы ». Physica Status Solidi A. 124 (2): 427–434. Bibcode:1991PSSAR.124..427T. Дои:10.1002 / pssa.2211240206.
- ^ а б c d е ж грамм час Омата, Т .; Nagatani, H .; Suzuki, I .; Кита, М. (2015). "Тройной состав I – III – O на основе вюрцита2 полупроводники ». Наука и технология перспективных материалов. 16 (2): 024902. Bibcode:2015STAdM..16b4902O. Дои:10.1088/1468-6996/16/2/024902. ЧВК 5036475. PMID 27877769.
- ^ а б Nagatani, H .; Suzuki, I .; Кита, М .; Tanaka, M .; Katsuya, Y .; Sakata, O .; Miyoshi, S .; Yamaguchi, S .; Омата, Т. (2015). «Структурные и тепловые свойства тройного узкозонного оксидного полупроводника; β-CuGaO на основе вюрцита.2". Неорганическая химия. 54 (4): 1698–704. Дои:10.1021 / ic502659e. PMID 25651414.
- ^ а б c d е ж Атучин, В. В .; Лян, Фэй; Гражданников, С .; Исаенко, Л. И .; Криницын, П.Г .; Молокеев, М. С .; Просвирин, И. П .; Цзян, Синсин; Линь, Чжешуай (2018). «Отрицательное тепловое расширение и изменение электронной структуры халькопирита типа LiGaTe.2". RSC Advances. 8 (18): 9946–9955. Дои:10.1039 / c8ra01079j.
- ^ Хейнс, Уильям М., изд. (2011). CRC Справочник по химии и физике (92-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. С. 12.82 и 12.87. ISBN 1439855110.
- ^ Хоппе, Р. (1965) Бюл. Soc. Чим. Пт, 1115–1121
- ^ Коновалова Е.А., Томилов Н.П. (1987) Рус. J. Inorg. Chem. 32, 1785–1787
- ^ Васильева, Инга Г .; Николаев, Руслан Е .; Криницын, Павел Г .; Исаенко, Людмила И. (2017). «Фазовые переходы нелинейно-оптического LiGaTe.2 Кристаллы до и после плавления ». Журнал физической химии C. 121 (32): 17429–17435. Дои:10.1021 / acs.jpcc.7b04962.
- ^ Hönle, W .; Kühn, G .; Нойман, Х. (1986). "Die KristallStruktur von LiInTe"2". Zeitschrift für anorganische Chemie. 532: 150–156. Дои:10.1002 / zaac.19865320121.
- ^ Woolley, J.C .; Lamarche, A.-M .; Lamarche, G .; Brun Del Re, R .; Quintero, M .; Gonzalez-Jimenez, F .; Swainson, I.P .; Холден, Т. (1996). «Низкотемпературные магнитные свойства CuFeSe.2 по нейтронографическим данным ». Журнал магнетизма и магнитных материалов. 164 (1–2): 154–162. Bibcode:1996JMMM..164..154W. Дои:10.1016 / S0304-8853 (96) 00365-4.
- ^ Ваная, К. А .; Ajimsha, R. S .; Asha, A. S .; Rajeevkumar, K .; Джаярадж, М. К. (2008). «Импульсное лазерное осаждение α-AgGaO p-типа.2 тонкие пленки ". Тонкие твердые пленки. 516 (7): 1426–1430. Bibcode:2008TSF ... 516.1426V. Дои:10.1016 / j.tsf.2007.07.207.
- ^ Sciacca, B .; Yalcin, A.O .; Гарнетт, Э. К. (2015). «Превращение Ag нанопроволок в полупроводниковый AgFeS.2 Нанопроволока ». Журнал Американского химического общества. 137 (13): 4340–4343. Дои:10.1021 / jacs.5b02051. PMID 25811079.
