Εισαγωγή

Επί του παρόντος, ο αριθμός των υλικών που χρησιμοποιούνται στην ηλεκτρονική τεχνολογία για διάφορους σκοπούς ανέρχεται σε αρκετές χιλιάδες. Σύμφωνα με την πιο γενική ταξινόμηση, χωρίζονται σε τέσσερις κατηγορίες: αγωγούς, ημιαγωγούς, διηλεκτρικά και μαγνητικά υλικά. Μεταξύ των πιο σημαντικών και σχετικά νέων υλικών είναι οι ημιαγώγιμες χημικές ενώσεις, μεταξύ των οποίων οι ενώσεις του τύπου A II B VI παρουσιάζουν μεγαλύτερο επιστημονικό και πρακτικό ενδιαφέρον. Ένα από τα πιο σημαντικά υλικά αυτής της ομάδας είναι το CdS.

Το CdS είναι ο βασικός πυλώνας της σύγχρονης τεχνολογίας IR, καθώς το φάσμα φωτοευαισθησίας του καλύπτει το παράθυρο ατμοσφαιρικής διαφάνειας (8-14 μm), στο οποίο όλα τα αντικείμενα εκπέμπουν περιβάλλον. Αυτό επιτρέπει τη χρήση του σε στρατιωτικές υποθέσεις, οικολογία, ιατρική και άλλες βιομηχανίες. ανθρώπινη δραστηριότητα. Σήμερα, το CdS παράγεται σε υδρογονική μορφή φιλμ χημική μέθοδος.

Σκοπός του μαθήματος είναι η πραγματοποίηση μιας εργασίας για την παραγωγή ευαίσθητων στοιχείων φωτοαντιστάσεων με βάση CdS με χρήση της υδροχημικής μεθόδου παραγωγικότητας 100 χιλιάδων μονάδων/έτος, καθώς και η εξοικείωση με τη μέθοδο υπολογισμού που προορίζεται για τον προκαταρκτικό προσδιορισμό. των συνθηκών για το σχηματισμό CdS, υδροξειδίου και κυαναμιδίου του καδμίου.

1. Χαρακτηριστικά του θειούχου καδμίου

Το διάγραμμα του συστήματος Cd - S δεν έχει κατασκευαστεί· το σύστημα περιέχει μία ένωση CdS, που υπάρχει σε δύο τροποποιήσεις: α (εξάγωνο) και β (κυβικό). Το CdS εμφανίζεται φυσικά με τη μορφή των ορυκτών greenockite και howleyite.

1.1 Κρυσταλλική δομή

Οι ενώσεις του τύπου A II B VI συνήθως κρυσταλλώνονται στη δομή του φαλερίτη ή του βουρτζίτη. Η δομή του φαληρίτη είναι κυβική, τύπου Β-3, διαστημική ομάδα F4 3m (T d 2). Η δομή του wurtzite είναι εξαγωνική, τύπου B-4, διαστημική ομάδα P 6 3 mc (C 6 v 4). Αυτές οι δομές είναι πολύ παρόμοιες μεταξύ τους· έχουν τον ίδιο αριθμό ατόμων τόσο στην πρώτη όσο και στη δεύτερη σφαίρα συντονισμού - 4 και 12, αντίστοιχα. Οι διατομικοί δεσμοί στα τετράεδρα και των δύο τροποποιήσεων είναι πολύ στενοί.

Το θειούχο κάδμιο έχει ληφθεί τόσο με δομές φαληρίτη όσο και με βουρτζίτη.

1.2 Θερμοδυναμικές και ηλεκτροφυσικές ιδιότητες

Το θειούχο κάδμιο είναι μια μονόπλευρη φάση μεταβλητής σύνθεσης, με πάντα περίσσεια καδμίου. Όταν θερμαίνεται στους 1350 ⵒC, το θειούχο κάδμιο εξαχνώνεται σε ατμοσφαιρική πίεση χωρίς να λιώνει· στο κενό στους 180 ⵒC αποστάζεται χωρίς τήξη και χωρίς αποσύνθεση, υπό πίεση 100 ατμοσφαιρών λιώνει σε θερμοκρασία περίπου 1750 ⵒC. Ο βαθμός διάστασης του καδμίου σε θερμοκρασίες άνω των 1000 ᵒC φτάνει το 85-98%. Θερμότητα σχηματισμού CdS Δ H 298 0 = -34,71 kcal/mol.

Ανάλογα με τις συνθήκες παρασκευής και θερμικής επεξεργασίας, οι ιδιότητες του CdS μπορεί να είναι διαφορετικές. Έτσι, οι κρύσταλλοι που αναπτύσσονται σε περίσσεια ατμού καδμίου έχουν σημαντικά υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα από τους κρύσταλλους που αναπτύσσονται υπό συνθήκες στοιχειομετρικής σύνθεσης. Ειδικότητα του CdS ανάλογα με διάφορους παράγοντεςμπορεί να ποικίλλει εντός ευρέων ορίων (από 10 12 έως 10 -3 ohm*m).

Οι αποκλίσεις από τη στοιχειομετρία έχουν καθοριστική επίδραση στις ηλεκτρικές ιδιότητες του CdS. Η εισαγωγή οξυγόνου στα δείγματα οδηγεί σε έντονη μείωση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας. Το διάκενο ζώνης του CdS, που προσδιορίζεται από οπτικά δεδομένα, είναι 2,4 V. Το θειούχο κάδμιο έχει τυπικά αγωγιμότητα τύπου n, η οποία οφείλεται στην έλλειψη θείου σε σχέση με τη στοιχειομετρική σύνθεση.

Η διαλυτότητα του καδμίου στο νερό είναι ασήμαντη: 1,5 * 10 -10 mol/l.

2. Μέθοδοι λήψης μεταλλικών χαλκογονιδίων

Επί του παρόντος, τα μεταλλικά χαλκογονίδια παράγονται τόσο με φυσικές (εξάτμιση σε κενό και ψεκασμό καθόδου) όσο και με χημικές μεθόδους (ψεκασμός με αεροζόλ του μίγματος της αντίδρασης σε υπόστρωμα που θερμαίνεται στους 400-600 K ή εναπόθεση από υδατικό διάλυμα). Ας δούμε κάθε μέθοδο με περισσότερες λεπτομέρειες.

Μέθοδος συμπύκνωσης κενού

Η ουσία της μεθόδου είναι η θέρμανση της ουσίας σε κενό (P ≥ 10 -3 mm Hg) σε μια θερμοκρασία όταν η πίεση υπερβαίνει την πίεση του υπολειπόμενου ατμού κατά πολλές τάξεις μεγέθους, ακολουθούμενη από συμπύκνωση στο υπόστρωμα.

Βήματα διαδικασίας:

Εξάτμιση μιας ουσίας.

Πτήση ατόμων μιας ουσίας στο υπόστρωμα.

Εναπόθεση (συμπύκνωση) ατμού σε υπόστρωμα με επακόλουθο σχηματισμό δομής φιλμ.

Μέθοδος καθοδικής εκτόξευσης κενού.

Η μέθοδος βασίζεται στην καταστροφή της καθόδου όταν βομβαρδίζεται με μόρια του αερίου εργασίας. Το υλικό που πρόκειται να αποτεθεί σε μορφή φιλμ χρησιμοποιείται ως κάθοδος. Αρχικά, ο αέρας αντλείται από την περιοχή εργασίας και στη συνέχεια εισάγεται αέριο εργασίας (αργό ή άζωτο) στον θάλαμο. Μια τάση (3-5 kV) εφαρμόζεται μεταξύ της καθόδου και της ανόδου, η οποία προκαλεί διάσπαση του διακένου αερίου. Η λειτουργία της εγκατάστασης βασίζεται κοντά σε εκκένωση πλάσματος.

Τύποι ψεκασμού καθόδου:

Φυσική: δεν συμβαίνουν χημικές αντιδράσεις στο σύστημα.

Αντιδραστικό: υποθέτει χημική αντίδραση, στο αέριο εργασίας προστίθεται ένα αντιδραστικό αέριο (οξυγόνο, άζωτο, μονοξείδιο του άνθρακα), με τα μόρια του οποίου η ψεκαζόμενη ουσία σχηματίζει χημική ένωση. Με την αλλαγή της μερικής πίεσης του αερίου εργασίας, η σύνθεση του φιλμ μπορεί να αλλάξει.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η παραγωγή δομών λεπτής μεμβράνης υπό κενό έχει μεγάλες δυνατότητες και ευελιξία. Έχει μια σειρά από σημαντικά μειονεκτήματα - απαιτεί πολύπλοκο, ακριβό εξοπλισμό και επίσης δεν διασφαλίζει την ομοιομορφία των ιδιοτήτων.

Η πιο ελκυστική μέθοδος για την παραγωγή θειούχων μεμβρανών όσον αφορά την απλότητα και την αποτελεσματικότητά της είναι η τεχνολογία της υδροχημικής εναπόθεσης. Επί του παρόντος, υπάρχουν τρεις κύριες ποικιλίες αυτής της μεθόδου: χημική εναπόθεση από διαλύματα, ηλεκτροχημική εναπόθεση και ψεκασμός διαλυμάτων σε θερμαινόμενο υπόστρωμα που ακολουθείται από πυρόλυση.

Η ηλεκτροχημική εναπόθεση περιλαμβάνει ανοδική διάλυση του μετάλλου σε ένα υδατικό διάλυμα θειουρίας. Η διαδικασία σχηματισμού σουλφιδίου λαμβάνει χώρα σε δύο στάδια:

σχηματισμός μεταλλικών ιόντων στην άνοδο.

αλληλεπίδραση μεταλλικών ιόντων με χαλκογονοποιητή.

Παρά τα πλεονεκτήματα της μεθόδου: δυνατότητα ελέγχου και σαφής εξάρτηση του ρυθμού ανάπτυξης του φιλμ από την τρέχουσα ισχύ, η μέθοδος δεν είναι επαρκώς οικονομική· σχηματίζονται λεπτές μεμβράνες με ανομοιόμορφες ιδιότητες και άμορφες, γεγονός που εμποδίζει την ευρεία χρήση αυτής της μεθόδου στην πράξη.

Μέθοδος ψεκασμού διαλύματος σε θερμαινόμενο υπόστρωμα (πυρόλυση)

Διάλυμα που περιέχει μεταλλικό άλας και θειουρία ψεκάζεται σε υπόστρωμα που θερμαίνεται στους 180..250 ᵒC. Το κύριο πλεονέκτημα της μεθόδου πυρόλυσης είναι η δυνατότητα λήψης μεμβρανών μικτής σύνθεσης. Το υλικό περιλαμβάνει μια συσκευή ψεκασμού για διαλύματα και μια θερμάστρα για το υπόστρωμα. Για τη λήψη μεμβρανών με θειούχο μέταλλο, η στοιχειομετρική αναλογία μετάλλου-θείου είναι η βέλτιστη.

Ιδιαίτερη ελκυστικότητα και ευρείες προοπτικές, ως προς τα τελικά αποτελέσματα, έχει χημική εναπόθεση από υδατικά διαλύματα. Η μέθοδος υδροχημικής εναπόθεσης χαρακτηρίζεται από υψηλή παραγωγικότητα και απόδοση, απλότητα τεχνολογικού σχεδιασμού και δυνατότητα εφαρμογής φιλμ στην επιφάνεια πολύπλοκο σχήμακαι διάφορες φύσεις, καθώς και ντόπινγκ της στιβάδας με οργανικά ιόντα ή μόρια που δεν επιτρέπουν θέρμανση σε υψηλή θερμοκρασία, και δυνατότητα «ήπιας χημικής» σύνθεσης. Το τελευταίο μας επιτρέπει να εξετάσουμε αυτή τη μέθοδο, ως τα πλέον υποσχόμενα για την παρασκευή μεταλλικών χαλκογονιδικών ενώσεων σύνθετης δομής που είναι μετασταθερής φύσης.

Η υδροχημική εναπόθεση πραγματοποιείται σε ένα λουτρό αντίδρασης που περιέχει ένα άλας μετάλλου, έναν αλκαλικό παράγοντα και έναν παράγοντα συμπλοκοποίησης και έναν χαλκογονοποιητή. Η διαδικασία σχηματισμού σουλφιδίου πραγματοποιείται μέσω ενός κολλοειδούς-χημικού σταδίου και αντιπροσωπεύει ένα σύνολο τοποχημικών και αυτοκαταλυτικών αντιδράσεων, ο μηχανισμός των οποίων δεν είναι πλήρως κατανοητός.

3. Εφαρμογή ταινιών που βασίζονται σεCdS

Τα θειούχα καδμίου λεπτής μεμβράνης χρησιμοποιούνται ευρέως ως φωτοανιχνευτές, υλικά φωτοφωταύγειας, θερμοστοιχεία, ηλιακά κύτταρα, υλικά αισθητήρων, διακοσμητικές επικαλύψεις και πολλά υποσχόμενοι νανοδομημένοι καταλύτες.

4. Περιγραφή τεχνολογίας παραγωγήςCdS

Το τεχνολογικό σχέδιο για την κατασκευή ευαίσθητων στοιχείων φωτοαντιστάσεων περιλαμβάνει τις ακόλουθες λειτουργίες:

1. προετοιμασία υποστρωμάτων (καθαρισμός, χάραξη, πλύσιμο).

Χημική εναπόθεση φιλμ ημιαγωγών.

Πλύσιμο και στέγνωμα της μεμβράνης.

Θερμική επεξεργασία του στρώματος ημιαγωγών κάτω από το στρώμα φόρτισης στους 400 ᵒC για 2 ώρες.

Εφαρμογή κενού των επαφών Au.

Scribing;

Έλεγχος εξόδου των παραμέτρων των τσιπ FR.

.1 Προετοιμασία υποστρωμάτων για εναπόθεση φιλμ

Η εναπόθεση μεμβράνης πραγματοποιείται σε προηγουμένως απολιπανμένα υποστρώματα. Τα υποστρώματα απολιπαίνονται επιμελώς με σόδα, πλένονται με νερό βρύσης και, μετά την τοποθέτηση σε φθοροπλαστική συσκευή, τοποθετούνται για 20 δευτερόλεπτα σε αραιωμένο διάλυμα Dash για να χαράξει την επιφάνεια προκειμένου να αυξηθεί η πρόσφυση του φιλμ. Μετά την επεξεργασία στο Dash's etchant, τα υποστρώματα ξεπλένονται με μεγάλη ποσότητα θερμαινόμενου απεσταγμένου νερού και αποθηκεύονται σε ένα ποτήρι κάτω από ένα στρώμα απεσταγμένου νερού πριν από την έναρξη της διαδικασίας.

Η ποιότητα της προετοιμασίας της επιφάνειας του υποστρώματος ελέγχεται από το βαθμό της διαβρεξιμότητάς του: το απεσταγμένο νερό απλώνεται σε ομοιόμορφο στρώμα σε ένα προσεκτικά προετοιμασμένο υπόστρωμα. Απαγορεύεται αυστηρά να χειρίζεστε το υπόστρωμα χωρίς λίπος με τα χέρια σας.

4.2 Χημική εναπόθεση φιλμ ημιαγωγών

Το υαλοκεραμικό χρησιμοποιείται ως υλικό υποστρώματος για την εναπόθεση μεμβρανών CdS.

Τα ακόλουθα χημικά αντιδραστήρια χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση φιλμ ημιαγωγών CdS:

χλωριούχο κάδμιο, CdCl2∙H2O;

θειουρία, CSN 2 H 4, ειδική καθαρότητα.

υδατικό διάλυμα αμμωνίας, NH 3 υδατικό, 25%, χημικής ποιότητας.

Η διαδικασία για την αποστράγγιση των αντιδραστηρίων για την παρασκευή ενός διαλύματος εργασίας είναι αυστηρά καθορισμένη. Η ανάγκη για αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η διαδικασία εναπόθεσης των χαλκογονιδίων είναι ετερογενής και ο ρυθμός της εξαρτάται από τις αρχικές συνθήκες σχηματισμού μιας νέας φάσης.

Το διάλυμα εργασίας παρασκευάζεται με ανάμειξη των υπολογισμένων όγκων των αρχικών ουσιών. Η σύνθεση μεμβράνης πραγματοποιείται σε υάλινο αντιδραστήρα μολυβδαινίου 100 ml. Αρχικά, ο υπολογισμένος όγκος άλατος καδμίου προστίθεται στον αντιδραστήρα, στη συνέχεια εισάγεται υδατική αμμωνία και προστίθεται απεσταγμένο νερό. Στη συνέχεια, προστίθεται θειουρία. Το διάλυμα αναμειγνύεται και το παρασκευασμένο υπόστρωμα, στερεωμένο σε μια φθοροπλαστική συσκευή, βυθίζεται αμέσως σε αυτό. Το υπόστρωμα τοποθετείται στον αντιδραστήρα με την επιφάνεια εργασίας κάτω σε γωνία 15 - 20°. Από αυτή τη στιγμή, ο χρόνος της διαδικασίας σύνθεσης αρχίζει να μετράται χρησιμοποιώντας ένα χρονόμετρο. Ο αντιδραστήρας είναι ερμητικά κλειστός και τοποθετείται σε θερμοστάτη U-10. Η ακρίβεια διατήρησης της θερμοκρασίας σύνθεσης είναι ±0,01°C. Για κάποιο χρονικό διάστημα, δεν υπάρχουν αλλαγές στη λύση. Στη συνέχεια, το διάλυμα αρχίζει να γίνεται θολό και σχηματίζεται ένα κίτρινο φιλμ καθρέφτη στην επιφάνεια του υποστρώματος και στα τοιχώματα του αντιδραστήρα. Ο χρόνος εναπόθεσής του είναι 60 λεπτά. Η καθίζηση πραγματοποιείται σε θερμοκρασία 70 °C.

4.3 Επεξεργασία εναποτιθέμενου φιλμ

Αφού τελειώσει ο καθορισμένος χρόνος σύνθεσης, ο αντιδραστήρας αφαιρείται από τον θερμοστάτη, αφαιρείται το υπόστρωμα με τη θήκη και πλένονται με μεγάλη ποσότητα (0,5-1,0 l) θερμαινόμενου απεσταγμένου νερού. Μετά από αυτό, το υπόστρωμα αφαιρείται από τη θήκη, η επιφάνεια εργασίας του υποστρώματος (αυτή στην οποία έχει αποτεθεί η μεμβράνη) σκουπίζεται προσεκτικά με βαμβάκι εμποτισμένο σε απεσταγμένο νερό και το ίζημα αφαιρείται από την πίσω πλευρά. Στη συνέχεια το υπόστρωμα με το φιλμ πλένεται ξανά με απεσταγμένο νερό και στεγνώνει σε διηθητικό χαρτί μέχρι να αφαιρεθούν τα ορατά ίχνη υγρασίας.

4.4 Θερμική επεξεργασία

Πλένονται καλά και στεγνώνονται, τα υποστρώματα αποστέλλονται στην επόμενη λειτουργία: θερμική επεξεργασία. Εκτελείται σε φούρνους σιγαστήρα PM-1.0-7 ή PM-1.0-20 για την εξάλειψη της πίεσης και τη βελτίωση των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των μεμβρανών. Η διαδικασία διαρκεί 2 ώρες σε θερμοκρασία 400 °C, ακολουθούμενη από ψύξη σε θερμοκρασία δωματίου.

4.5 Εφαρμογή κενού των επαφών Au

Οι μεταλλικές μεμβράνες χρησιμοποιούνται στην παραγωγή συσκευών ημιαγωγών και μικροκυκλωμάτων ως μη ανορθωτικές (ωμικές) επαφές, καθώς και ως παθητικά εξαρτήματα (αγώγιμα ίχνη, αντιστάσεις, πυκνωτές, επαγωγείς). Η κύρια μέθοδος για την παραγωγή μεταλλικών μεμβρανών είναι η εναπόθεση υπό κενό (θερμική εξάτμιση σε κενό) διαφόρων μετάλλων (αλουμίνιο, χρυσός κ.λπ.), καθώς έχει μια σειρά από πλεονεκτήματα: καθαρότητα και αναπαραγωγιμότητα των διαδικασιών εναπόθεσης, υψηλή παραγωγικότητα, δυνατότητα εναπόθεση ενός ή περισσότερων μετάλλων σε γκοφρέτες ημιαγωγών με μία λειτουργία και σύντηξη της ψεκασμένης μεταλλικής μεμβράνης και κενού για την προστασία της από την οξείδωση, ευκολία ελέγχου της διαδικασίας ψεκασμού και δυνατότητα λήψης μεταλλικών μεμβρανών διαφόρων πάχους και διαμορφώσεων κατά τον ψεκασμό μετάλλων με χρήση μάσκες.

Ο ψεκασμός πραγματοποιείται επίσης σε εγκατάσταση κενού με υπολειπόμενη πίεση κάτω από την κουκούλα περίπου 6,5∙10 Pa (5∙10 -6 mm Hg). Αυτή η πίεση επιλέγεται έτσι ώστε να μην υπάρχουν συγκρούσεις μεταξύ των εξατμισμένων ατόμων μετάλλου και των μορίων του υπολειπόμενου αερίου κάτω από την κουκούλα εγκατάστασης, οι οποίες οδηγούν στο σχηματισμό μεμβρανών μιας διαταραγμένης δομής.

Στην παραγωγή συσκευών ημιαγωγών, για την εναπόθεση διαφόρων μεμβρανών σε γκοφρέτες ημιαγωγών και άλλα υποστρώματα, χρησιμοποιούνται διάφορα μοντέλα εγκαταστάσεων εναπόθεσης κενού, τα οποία διαφέρουν μεταξύ τους σε διάφορες σχεδιαστικές λύσεις, κυρίως στη συσκευή κάτω από το πώμα, καθώς και σύστημα κενού, ένα σύστημα τροφοδοσίας για την παρακολούθηση των παραμέτρων της διαδικασίας και τον έλεγχο των τρόπων λειτουργίας, μεταφοράς και βοηθητικών συσκευών για εξάτμιση ή ψεκασμό.

Για τη θερμική εναπόθεση μεμβρανών και την εκτόξευση, σε αυτές τις εγκαταστάσεις χρησιμοποιούνται συσκευές αντίστασης και δέσμης ηλεκτρονίων, αντίστοιχα· για εκτόξευση με βομβαρδισμό ιόντων, χρησιμοποιούνται συσκευές εκκένωσης. Παρά ορισμένα μειονεκτήματα (δυσκολία στην εξάτμιση πυρίμαχων υλικών, υψηλή αδράνεια, αλλαγές στην αναλογία των συστατικών κατά την εξάτμιση κραμάτων), οι εγκαταστάσεις με δέσμη ηλεκτρονίων και ειδικά εξατμιστήρες με αντίσταση χρησιμοποιούνται ευρέως στην παραγωγή ημιαγωγών λόγω της ευκολίας λειτουργίας τους. Ως εκ τούτου, θα επικεντρωθούμε σε εγκαταστάσεις με ωμικούς εξατμιστές, το βασικό μοντέλο των οποίων είναι η εγκατάσταση UVN-2M.

4.6 Γραφή

Τα τσιπς ενός δεδομένου μεγέθους κόβονται από ένα υπόστρωμα με μια μεμβράνη που εναποτίθεται πάνω σε αυτό με χάραξη (πρότυπος χρόνος 25 λεπτά ανά υπόστρωμα). Η ημιαυτόματη γραφή LCD 10.11 έχει σχεδιαστεί για την εφαρμογή ενός πλέγματος σημαδιών σε γκοφρέτες ημιαγωγών. Οι πλάκες με τα σημάδια σπάνε τυλίγοντάς τις με ελαστικό κύλινδρο χειροκίνητα ή χρησιμοποιώντας ειδικά μηχανήματα. Η ημιαυτόματη συσκευή τοποθετείται σε μια διαστημική στολή στερεωμένη στο τραπέζι, η οποία χρησιμεύει για τη δημιουργία μικροκλίματος. Λειτουργούν ημιαυτόματα, φορώντας λαστιχένια γάντια ενσωματωμένα στο μπροστινό τοίχωμα της διαστημικής στολής. Ο χώρος εργασίας φωτίζεται από λαμπτήρες φθορισμού που είναι εγκατεστημένοι στο επάνω μέρος της διαστημικής στολής. Τα σημάδια εφαρμόζονται χρησιμοποιώντας έναν κόφτη διαμαντιών τοποθετημένο σε ένα αιωρούμενο στήριγμα.

θειούχου καδμίου ηλεκτροφυσικό κενό

4.7 Έλεγχος εξόδου των παραμέτρων «τσιπ».

Αρχικά, τα τσιπ υποβάλλονται σε οπτικό έλεγχο για την ποιότητα της επίστρωσης. Σημειώνονται ανομοιογένειες στο στρώμα, κηλίδες, ανωμαλίες και περιοχές με κακή πρόσφυση.

Ο έλεγχος εξόδου πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας εγκαταστάσεις K.50.410 (πρότυπος χρόνος 2 λεπτά ανά «τσιπ»).

5. Μέρος υπολογισμού

.1 Υπολογισμός οριακών συνθηκών σχηματισμούCdS, CD(OH) 2 καιCdCN 2

Είναι απαραίτητο να βρεθούν οι οριακές συνθήκες για την εναπόθεση θειούχου μολύβδου, υδροξειδίου και κυαναμιδίου μολύβδου στις ακόλουθες αρχικές συγκεντρώσεις, mol/l:

0,4

Η υδροχημική σύνθεση βασίζεται στην αντίδραση:

CdL x 2+ + N 2 H 4 CS(Se) + 4OH - = CdS+ CN 2 2- + 4H 2 O

Στο μίγμα της αντίδρασης, είναι δυνατός ο σχηματισμός των ακόλουθων σύνθετων ενώσεων (Πίνακας 1):

Πίνακας 1 Αρχικά δεδομένα για τον υπολογισμό των συνθηκών για την υδροχημική εναπόθεση CdS, Cd(OH) 2, CdCN 2

Ένωση (σύνθετο ιόν)

Ας υπολογίσουμε το α Me z + , για αυτό χρησιμοποιούμε την έκφραση:

όπου α Me z + είναι η κλασματική συγκέντρωση μη συμπλοκοποιημένων μεταλλικών ιόντων. L είναι η συγκέντρωση του συνδέτη. k 1, k 1,2,…k 1,2… n - σταθερές αστάθειας διαφόρων σύνθετων μορφών του μετάλλου.

Για το σύστημα αμμωνίας η έκφραση είναι:
8,099∙10 -9

Ας σχεδιάσουμε τη γραφική εξάρτηση pC n =f (pH) (Εικ. 2).

Ρύζι. 2. Οριακές συνθήκες για το σχηματισμό θειούχου καδμίου, υδροξειδίου και κυαναμιδίου.

Με βάση το γράφημα, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι σε αυτό το σύστημα ο σχηματισμός φιλμ CdS είναι δυνατός σε pH = 9,5-14, Cd(OH) 2 σε pH = 10,5-14 και CdCN 2 δεν σχηματίζεται καθόλου.

Η εφεύρεση μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ανόργανη χημεία. Μια μέθοδος για την παραγωγή κρυσταλλικού θειούχου καδμίου περιλαμβάνει την τοποθέτηση βακτηρίων που μειώνουν τα θειικά σε ένα συνθετικό μέσο που περιέχει μέταλλα και την προσθήκη ΘΡΕΠΤΙΚΕΣ ουσιες, συμπεριλαμβανομένων διαλυμάτων βιταμινών, αλάτων, συμπαραγόντων. Κατά την καλλιέργεια, χρησιμοποιούνται βακτήρια που μειώνουν τα θειικά Desulfovibrio sp. Α2, και ένα συνθετικό μέσο που περιέχει μια πηγή ιόντων καδμίου - ένα διάλυμα χλωριούχου καδμίου. Η συγκέντρωση των ιόντων καδμίου στο συνθετικό μέσο είναι 150 mg/l. Το αλουμινόχαρτο τοποθετείται στο δοχείο καλλιέργειας και η καλλιέργεια γίνεται σε θερμοκρασία 28°C για 18 ημέρες. Το ίζημα που περιέχει κρυστάλλους θειούχου καδμίου που συλλέγεται από το φύλλο και από τον πυθμένα της φιάλης ξηραίνεται. Η εφεύρεση καθιστά δυνατή τη λήψη θειούχου καδμίου από Λυμάτωνκαι υγρά απόβλητα μεταλλουργικών επιχειρήσεων. 2 άρρωστος, 3 τραπέζια, 1 π.χ.

Σχέδια για το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας RF 2526456

Η εφεύρεση αναφέρεται σε μια μέθοδο για την παραγωγή καθαρού θειούχου καδμίου (CdS) από διαλύματα που περιέχουν μέταλλα χρησιμοποιώντας βακτήρια που μειώνουν τα θειικά (SRB).

Η προτεινόμενη μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη λήψη καθαρού θειούχου καδμίου από λύματα που περιέχουν ιόντα μετάλλων, συμπεριλαμβανομένου του καδμίου, και υγρά απόβλητα από μεταλλουργικές επιχειρήσεις εξόρυξης και επεξεργασίας. Κατά την εφαρμογή της προτεινόμενης μεθόδου, είναι δυνατή η επιλεκτική καθίζηση του καδμίου με τη μορφή σουλφιδίων. Αυτό το χαρακτηριστικό επιτρέπει τη χρήση υγρών αποβλήτων από μεταλλουργικές επιχειρήσεις και λυμάτων ως δευτερογενούς πηγής πρώτων υλών για την παραγωγή θειούχου καδμίου. Το θειούχο κάδμιο χρησιμοποιείται σε λέιζερ ημιαγωγών και είναι υλικό για την κατασκευή φωτοκυττάρων, ηλιακών κυψελών, φωτοδιόδων, LED, φωσφόρων, χρωστικών για χρώματα τέχνης, γυαλιού και κεραμικών. Οι χρωστικές θειούχου καδμίου εκτιμώνται για την καλή τους σταθερότητα στη θερμοκρασία σε πολλά πολυμερή, όπως τα πλαστικά μηχανικής. Με την αντικατάσταση μέρους των ατόμων θείου με σελήνιο σε κρυστάλλους CdS, μπορεί να ληφθεί μια μεγάλη ποικιλία χρωμάτων από πράσινο-κίτρινο έως κόκκινο-ιώδες. Το θειούχο κάδμιο είναι ένας ημιαγωγός με μεγάλο διάκενο. Αυτή η ιδιότητα του CdS χρησιμοποιείται στην οπτοηλεκτρονική, τόσο σε φωτοανιχνευτές όσο και σε ηλιακά κύτταρα. Οι σπινθηριστές για καταγραφή κατασκευάζονται από μονοκρυστάλλους θειούχου καδμίου στοιχειώδη σωματίδιακαι ακτινοβολία γάμμα.

Στη φύση, το θειούχο κάδμιο υπάρχει ως ορυκτά greenockite και howliite, τα οποία εμφανίζονται ως κίτρινες εναποθέσεις στον φαλερίτη (ZnS) και στον σμιθσονίτη. Δεδομένου ότι αυτά τα ορυκτά δεν είναι ευρέως διαδεδομένα στη φύση, το θειούχο κάδμιο λαμβάνεται με σύνθεση για βιομηχανική χρήση και επιστημονικές και τεχνικές εργασίες.

Τα σουλφίδια του καδμίου λαμβάνονται με χημικές μεθόδους - θέρμανση θείου με κάδμιο ή διέλευση υδρόθειου πάνω από κάδμιο, οξείδιο του καδμίου ή χλωριούχο όταν θερμαίνεται. Υπάρχει μια γνωστή μέθοδος για την παραγωγή θειούχου καδμίου και μολύβδου σε σκόνη (Δίπλωμα ευρεσιτεχνίας RF, Νο. 2203855, C01G 11/02, C01G 21/21, 2003). Η εφεύρεση αναφέρεται σε μεθόδους για την παραγωγή υλικών σε σκόνη σε λιωμένα άλατα. Η σύνθεση πραγματοποιείται σε τετηγμένο μέσο. Το τηγμένο μέσο σχηματίζεται από κρυσταλλική θειουρία και περιλαμβάνει άνυδρο οξικό κάδμιο ή μόλυβδο ως συστατικό που περιέχει μέταλλο. Η σύνθεση πραγματοποιείται με ανάμιξη σκονών ενός από αυτά τα άλατα και θειουρίας σε 2-4 φορές μοριακή περίσσεια θειουρίας και περαιτέρω διατήρηση στους 160-180°C για 20-30 λεπτά. Η πρακτική απόδοση των προϊόντων που λαμβάνονται με την προτεινόμενη μέθοδο είναι πάνω από 95%. Επιπλέον, περιέχουν ένα μείγμα στοιχειακού θείου (3-4 wt.%), το οποίο, ανάλογα με την περαιτέρω χρήση του προϊόντος, μπορεί να αφαιρεθεί με πλύσιμο με οργανικό διαλύτη (τολουόλιο, τετραχλωράνθρακας κ.λπ.). Μειονεκτήματα αυτή τη μέθοδοείναι η κατανάλωση ενέργειας της παραγωγής, η ανάγκη χρήσης ειδικού, ακριβού εξοπλισμού. Εκτός, χημική παραγωγήεπηρεάζει αρνητικά το περιβάλλον.

Ο σχηματισμός κρυσταλλιτών θειούχου καδμίου στην κυτταρική επιφάνεια από τα βακτήρια Klebsiella pneumonia και Clostridium thermoaceticum είναι γνωστός (Aiking H. et al. Αποτοξίνωση υδραργύρου, καδμίου και μολύβδου σε Klebsiella aerogenes NCTC 418 που αναπτύσσεται σε συνεχή καλλιέργεια Microron. 1985 Νοε. .1235-1241).

Οι κρυσταλλίτες CdS που συντίθενται στην επιφάνεια του βακτηρίου K. pneumonia απορροφούν αποτελεσματικά το υπεριώδες φως, το οποίο προστατεύει το βακτήριο από τις βλαβερές του επιδράσεις. Το φθορίζον βακτήριο βαθέων υδάτων Pseudomonas aeruginosa απομακρύνει το κάδμιο από το περιβάλλον σχηματίζοντας κρυσταλλίτες CdS στο κυτταρικό τοίχωμα (Wang C.L. et al. Αφαίρεση καδμίου από ένα νέο στέλεχος Pseudomonas aeruginosa σε αερόβια καλλιέργεια // Appl. Enviol.97 -1 Mi. 63. - σελ .4075-4078). Τα μεγέθη των κρυσταλλιτών θειούχου καδμίου ποικίλλουν από δεκάδες μικρά εξωτερικά κύτταρα έως δεκάδες angstroms μέσα στα κύτταρα ή στην επιφάνειά τους. Οι κρυσταλλίτες θειούχου καδμίου σχηματίζονται μόνο υπό ορισμένες συνθήκες ώστε οι οργανισμοί να ανέχονται δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες.

Το πλησιέστερο ουσιαστικά και επιτυγχανόμενο αποτέλεσμα στην αξιούμενη εφεύρεση είναι μια μέθοδος για την αφαίρεση ιόντων καδμίου χαμηλής συγκέντρωσης χρησιμοποιώντας βιοαντιδραστήρα με βακτήρια που μειώνουν τα θειικά (Hiroshi H. et al. Removal of Low Concentrated Cadmium Ions Using Fixed-bed Sulfate-Reducing Bioreactor with FS Carrier // Journal of the Mining and Materials Processing Institute of Japan. - 2003. - V.119, No. 9. - pp.559-563). Αναγωγή ιόντων βαριά μέταλλααπό το νερό εμφανίστηκε σε έναν βιοαντιδραστήρα χρησιμοποιώντας βακτήρια που μειώνουν τα θειικά ακινητοποιημένα σε ινώδη σκωρία, η οποία χρησιμοποιήθηκε ως βιοφορέας. Σε αυτή τη διαδικασία, τα θειικά ιόντα στο υγρό μετατρέπονται βιολογικά σε υδρόθειο (H 2 S), το οποίο αντιδρά με μεταλλικά ιόντα για να σχηματίσει εξαιρετικά λεπτά σωματίδια θειούχου μετάλλου. Στη συνέχεια τα σωματίδια που προκύπτουν συγκεντρώνονται στην επιφάνεια του φορέα στο πάνω μέρος του αντιδραστήρα, με αποτέλεσμα τη συσσώρευση ιόντων βαρέων μετάλλων και τα σουλφίδια τους. Κατά τη συνεχή επεξεργασία νερού μολυσμένου με 6 mg/l καδμίου, επιτεύχθηκε σχεδόν πλήρης απομάκρυνση σε μια περίοδο περίπου 30 ημερών.

Μειονέκτημα γνωστή μέθοδοςείναι ότι η χρήση του είναι δυνατή μόνο σε χαμηλές συγκεντρώσεις ιόντων καδμίου στο μέσο και δεν σχηματίζεται κρυσταλλικό θειούχο κάδμιο.

Ο στόχος της παρούσας εφεύρεσης είναι να αναπτύξει μια μέθοδο για την παραγωγή κρυσταλλικού θειούχου καδμίου από διαλύματα με υψηλή περιεκτικότητα σε ιόντα καδμίου (έως 150 mg/l), που δεν περιέχει ακαθαρσίες άλλων θειούχων μετάλλων, χρησιμοποιώντας ανθεκτικά σε θειικά βακτήρια σε υψηλές συγκεντρώσεις ιόντων καδμίου.

Το πρόβλημα επιλύεται με την τοποθέτηση SRB, υψηλής αντοχής στα ιόντα καδμίου, σε ένα συνθετικό μέσο προσομοίωσης λυμάτων που περιέχει μέταλλα, με την προσθήκη θρεπτικών συστατικών, συμπεριλαμβανομένων διαλυμάτων βιταμινών, αλάτων, συμπαραγόντων, γαλακτικού, θειούχου νατρίου, με περαιτέρω καλλιέργεια σε θερμοστάτη και ξήρανση, αλλά, σε αντίθεση με το πρωτότυπο, χρησιμοποιείται SRB που είναι ανθεκτικό στα ιόντα καδμίου, προστίθεται φύλλο αλουμινίου στο μέσο και η καλλιέργεια πραγματοποιείται σε θερμοκρασία 28°C για 18 ημέρες.

Η καλλιέργεια πραγματοποιείται σε συνθετικό μέσο (Πίνακας 1 - σύνθεση του συνθετικού μέσου) με την προσθήκη θρεπτικών ουσιών που διεγείρουν την ανάπτυξη βακτηρίων. Θρεπτικά συστατικά και δισθενές κάδμιο προστίθενται στο συνθετικό μέσο πριν από τη σπορά της βακτηριακής καλλιέργειας. Η σύνθεση των θρεπτικών συστατικών και η αλληλουχία προσθήκης τους παρουσιάζονται στον Πίνακα 2. Όλα τα θρεπτικά συστατικά, εκτός από τις βιταμίνες, υποβάλλονται σε αυτόκαυστο σε 1 atm για 30 λεπτά. Οι βιταμίνες αποστειρώνονται με διήθηση χρησιμοποιώντας βακτηριακό φίλτρο (0,20 microns).

Η σπορά πραγματοποιείται σε αποστειρωμένα δοχεία με ένθετο φύλλο, ο όγκος του εμβολίου (καλλιέργεια SRB) σε ποσότητα 10% του όγκου του δοχείου. Τα δοχεία με εμβόλιο γεμίζονται μέχρι πάνω με συνθετικό μέσο (με όλα τα προστιθέμενα θρεπτικά συστατικά). Το ρΗ του μέσου ρυθμίζεται σε 7,0-7,8 με διάλυμα NaHC03. Οι φιάλες κλείνονται με καπάκια αλουμινίου, σφραγίζονται και τοποθετούνται σε θερμοστάτη θερμοκρασίας 28°C. Ο σχηματισμός κρυστάλλων θειούχου καδμίου συμβαίνει στο φύλλο και εν μέρει στο κάτω μέρος της φιάλης. Μετά την καλλιέργεια, το ίζημα συλλέγεται από το φύλλο και από τον πυθμένα του φιαλιδίου με φυγοκέντρηση και ξηραίνεται στον αέρα. Παραδείγματα εφαρμογής της εφεύρεσης σε εργαστηριακές συνθήκες δίνονται παρακάτω.

Μια καθαρή καλλιέργεια SRB Desulfovibrio sp. Το Α2 καλλιεργήθηκε σε συνθετικό μέσο που περιείχε δισθενές κάδμιο σε συγκέντρωση 150 mgCd/L και φύλλο αλουμινίου. Κρύσταλλοι θειούχου καδμίου ελήφθησαν στο φύλλο και εν μέρει στον πυθμένα μιας φιάλης 120 ml. Φιαλίδια με φύλλο αλουμινίου αποστειρώθηκαν με ξηρή θερμότητα σε αποστειρωτή στους 160°C για 2,2 ώρες.

Η σπορά πραγματοποιήθηκε σε αποστειρωμένο κάλυμμα στρωτής ροής, ο οποίος προηγουμένως είχε απολυμανθεί με υπεριώδες φως για 30 λεπτά. Πριν από τη σπορά, το συνθετικό μέσο (Πίνακας 1) τέθηκε σε βρασμό και στη συνέχεια ψύχθηκε γρήγορα κάτω από τρεχούμενο κρύο νερό για να απομακρυνθεί το διαλυμένο οξυγόνο. Τα θρεπτικά συστατικά (πίνακας 2) (ανά 1 λίτρο) προστέθηκαν στο μέσο που ψύχθηκε σε θερμοκρασία δωματίου με την ακόλουθη σειρά: βιταμίνες (2 ml), διάλυμα άλατος (10 ml), διάλυμα συμπαράγοντα (1 ml), οργανικό υπόστρωμα - γαλακτικό (1 0,6 ml), διάλυμα NaHC03 (ρΗ ρυθμισμένο σε 7,0-7,8), διάλυμα θειούχου νατρίου (2 ml). Ένα μητρικό διάλυμα καδμίου (CdCl 2 × 2,5 H 2 O 2 g ανά 100 ml νερού) προστέθηκε σε ποσότητα 16,72 ml ανά 1 λίτρο συνθετικού μέσου (έτσι, συγκέντρωση καδμίου στο μέσο ήταν 150 mg/l επιτεύχθηκε).

Περίπου 50 ml συνθετικού μέσου με πρόσθετα που προστέθηκαν σε αυτό και 10 ml ενοφθαλμίσματος (βακτηριακή καλλιέργεια) προστέθηκαν σε φιαλίδια με φύλλο, και στη συνέχεια το μέσο προστέθηκε στην κορυφή. Τα ελαστικά πώματα αλέστηκαν στις άκρες των φιαλιδίων χρησιμοποιώντας μια αποστειρωμένη βελόνα, η οποία μείωσε την πιθανότητα διείσδυσης του οξυγόνου του αέρα. Στο τέλος της σποράς, τα μπουκάλια έκλεισαν με καπάκια αλουμινίου, το μπουκάλι σφραγίστηκε με μηχάνημα ραφής και ο θερμοστάτης τοποθετήθηκε σε θερμοκρασία 28°C. Η κρυστάλλωση του θειούχου καδμίου ξεκινά μετά από 10 ημέρες καλλιέργειας· με καλλιέργεια για 18 ημέρες, το θειούχο κάδμιο κρυσταλλώνεται πλήρως. Το ίζημα που σχηματίστηκε συλλέχθηκε από το φύλλο και από τον πυθμένα του φιαλιδίου με φυγοκέντρηση και ξηράνθηκε στον αέρα. Η μάζα του σχηματιζόμενου ιζήματος είναι 0,38 g.

Τα ιζήματα που σχηματίστηκαν μελετήθηκαν χρησιμοποιώντας ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (Philips SEM515 με αναλυτή EDAX ECON IV). Η κρυσταλλική φάση προσδιορίστηκε με ανάλυση φάσης ακτίνων Χ χρησιμοποιώντας περιθλασίμετρο Shimadzu XRD 6000.

Το μέγεθος κρυστάλλου προσδιορίζεται με σάρωση ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, ήταν 50-300 μm, Εικόνα 1 - μικρογραφίες (SEM) ιζημάτων που ελήφθησαν κατά την καλλιέργεια του Desulfovibrio sp. Α2 παρουσία ιόντων Cd (150 mg/l) για 18 ημέρες, και το αντίστοιχο emf. Τα ιζήματα που λαμβάνονται με την καλλιέργεια του στελέχους Desulfovibrio sp. Α2, περιείχε κάδμιο, θείο, σίδηρο, οξυγόνο, άνθρακα και νάτριο, με τον άνθρακα και το οξυγόνο να προέρχονται από το υπόστρωμα άνθρακα στο οποίο βρισκόταν το δείγμα. Η αναλογία των στοιχείων παρουσιάζεται στον Πίνακα 3 - στοιχειακή σύνθεση των ιζημάτων που ελήφθησαν κατά την καλλιέργεια του Desulfovibrio sp. Α2 παρουσία ιόντων Cd (150 mg/l) για 18 ημέρες (τα στοιχεία C και O προέρχονται από το υπόστρωμα στο οποίο βρισκόταν το δείγμα).

Κατά τη μελέτη ιζημάτων χρησιμοποιώντας ανάλυση φάσης ακτίνων Χ, ο σχηματισμός κρυσταλλικού θειούχου καδμίου φάνηκε εντός 18 ημερών (Σχήμα 2 - σχέδιο περίθλασης ιζημάτων που ελήφθη με καλλιέργεια Desulfovibrio sp. A2 παρουσία αρχικής συγκέντρωσης Cd (150 mg/l ) για 18 ημέρες Ονομασίες στο πρότυπο περίθλασης: CdS - θειούχο κάδμιο).

Στα ιζήματα ελέγχου που ελήφθησαν κατά την επώαση χωρίς προσθήκη εμβολίου, δεν παρατηρήθηκε κρυσταλλική φάση και τα κύρια στοιχεία ήταν το κάδμιο και το οξυγόνο. Η μέθοδος που προτείνουμε περιλαμβάνει τη δυνατότητα χρήσης λυμάτων και υγρών αποβλήτων από μεταλλευτικές και μεταποιητικές μεταλλουργικές επιχειρήσεις ως συνθετικό μέσο για την παραγωγή θειούχου καδμίου.

Τραπέζι 1
Αντιδραστήριο	Συγκέντρωση, mg/l
Na2SO4	4000

MgCl 2 6H 2 O	400

NaCl (25%)	0,0125*
FeSO4 *7H2O	2,1
N 3 VO 3	0,03
MnCl 2 * 4H 2 O	0,1
CoCl 2 *6H 2 O	0,19
NiCl2 *6H2O	0,024
CuCl 2 * 2H 2 O	0,002
ZnSO 4 * 7H 2 O	0,144
Na 2 MoO 4 *2H 2 O	0,036
CuSO 4 *7H2O	750
H2O	1 λίτρο
* - ml/l

πίνακας 2
Διάλυμα (ποσότητα που εφαρμόζεται ανά 1 λίτρο συνθετικού μέσου)
	Αντιδραστήριο	Συγκέντρωση

	4-αμινοβενζοϊκό οξύ	4 mg/l
	Βιοτίνη (βιταμίνη Η)	1 mg/l
	Νικοτινικό οξύ (βιταμίνη Β 5)	10 mg/l
1. Βιταμίνες (2 ml/l)	Παντοθενικό ασβέστιο (βιταμίνη Β 3)	5 mg/l
	Διυδροχλωρική πυριδοξίνη (βιταμίνη Β 6)	15 mg/l
	Κυανοκοβαλαμίνη (βιταμίνη Β 12)	5 mg/l
	Θειαμίνη (βιταμίνη Β 1)	10 mg/l
	Ριβοφλαβίνη (βιταμίνη Β2)	0,5 mg/l
	Φολικό οξύ	0,2 mg/l
	KH 2 PO 4	20 g/l
	NH4Cl	25 g/l
2. Διάλυμα άλατος (10 ml/l)	NaCl	100 g/l
2. Διάλυμα άλατος (10 ml/l)	KCl	50 g/l
	CaCl2	11,3 g/l
	H2O	1 λίτρο
3. Διάλυμα συμπαράγοντα (1 ml/l)	NaOH	4 g/l
	Na 2 SeO 3 × 5H 2 O	6 mg/l
	Na 2 WO 4 × 2H 2 O	8 mg/l
4. Διάλυμα γαλακτικού (1,6 ml/l)
	Γαλακτικό	40%

5. Διάλυμα Na 2 S (2 ml/l)
	Na 2 S×9H 2 O	4,8 γρ

Πίνακας 3
Στοιχείο	Κλάσμα βάρους (Wt%)	Ατομικό κλάσμα (At%)
ΜΕ	7,56	15,1
Ο	2,75	4,1
Να	0,41	0,4
μικρό	23,3	44,5
CD	64,7	35,4
Fe	1,28	0,5

ΑΠΑΙΤΗΣΗ

Μια μέθοδος για την παραγωγή κρυσταλλικού θειούχου καδμίου με τοποθέτηση βακτηρίων μείωσης των θειικών σε ένα συνθετικό μέσο που περιέχει μέταλλα με προσθήκη θρεπτικών συστατικών, συμπεριλαμβανομένων διαλυμάτων βιταμινών, αλάτων, συμπαραγόντων, που χαρακτηρίζεται από το ότι κατά την καλλιέργεια χρησιμοποιούνται βακτήρια που μειώνουν τα θειικά Desulfovibrio sp. Α2, χρησιμοποιήστε ένα συνθετικό μέσο που περιέχει μια πηγή ιόντων καδμίου - ένα διάλυμα χλωριούχου καδμίου και η συγκέντρωση των ιόντων καδμίου στο συνθετικό μέσο είναι 150 mg/l, ενώ το φύλλο αλουμινίου τοποθετείται στο δοχείο καλλιέργειας, η καλλιέργεια πραγματοποιείται σε θερμοκρασία 28°C για 18 ημέρες, και το ίζημα που περιέχει κρυστάλλους θειούχου καδμίου που συλλέγεται από το φύλλο και από τον πυθμένα της φιάλης στεγνώνει.

Το θειούχο κάδμιο είναι ένα από τα πιο ευρέως μελετημένα υλικά ημιαγωγών λεπτής μεμβράνης. Η εναπόθεση στρωμάτων κατάλληλων σε ποιότητα για την κατασκευή ηλιακών κυψελών πραγματοποιείται με διάφορες μεθόδους. Αυτές περιλαμβάνουν: εξάτμιση υπό κενό, ψεκασμό ακολουθούμενη από πυρόλυση, διασκορπισμό ιόντων, μοριακή δέσμη και αέρια επιταξία, εναπόθεση μεταφοράς αερίου σε σχεδόν περιορισμένο όγκο, εναπόθεση χημικών ατμών, εκτύπωση μεταξοτυπίας, εναπόθεση διαλύματος, ανοδίωση και ηλεκτροφόρηση.

3.2.7.1 Δομικές ιδιότητες

Οι μεμβράνες που λαμβάνονται με εξάτμιση υπό κενό και προορίζονται για τη δημιουργία ηλιακών κυψελών έχουν συνήθως πάχος 15...30 μm και η εναπόθεσή τους πραγματοποιείται με ρυθμό 0,5...3 μm/min σε θερμοκρασία υποστρώματος 200°C. ..250 °C και θερμοκρασία εξατμιστή 900...1050 °C. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, οι μεμβράνες κρυσταλλώνονται στη δομή του βουρτζίτη και προσανατολίζονται με τέτοιο τρόπο ώστε το επίπεδο (002) να είναι παράλληλο και ο άξονας c να είναι κάθετος στην επιφάνεια του υποστρώματος. Όπως φαίνεται στο Σχ. 4.2, οι μεμβράνες έχουν δομή στήλης, με κάθε στήλη να αντιπροσωπεύει ξεχωριστό κόκκο. Το μέγεθος των κόκκων σε τέτοιες μεμβράνες ποικίλλει τυπικά από 1 έως 5 μm, αν και έχουν αναφερθεί μεγαλύτεροι κόκκοι μεγέθους έως 10 μm. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι λεπτότερες μεμβράνες αποτελούνται από μικρότερους κακώς προσανατολισμένους κόκκους. Η κρυσταλλική δομή και η μικροδομή των φιλμ επηρεάζεται σημαντικά από τη θερμοκρασία του υποστρώματος κατά τη διαδικασία εναπόθεσης.

Οι Vankar et al. κρυσταλλικού πλέγματοςΟι μεμβράνες καθορίζονται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία εναπόθεσής τους. Οι μεμβράνες που λαμβάνονται σε θερμοκρασία υποστρώματος στην περιοχή από θερμοκρασία δωματίου έως 150 °C έχουν δομή φαληρίτη, ενώ σε θερμοκρασία υποστρώματος 170 °C και άνω, οι μεμβράνες κρυσταλλώνονται σε δομή βουρτζίτη. Στο εύρος θερμοκρασίας από 150 έως 170 °C, οι μεμβράνες έχουν δομή δύο φάσεων που αποτελείται από ένα μείγμα φαλερίτη και βουρτζίτη. Σε θερμοκρασίες εναπόθεσης ίσες ή μεγαλύτερες από 200 °C, σχηματίζονται μεμβράνες με προτιμώμενο προσανατολισμό κόκκων. Η αύξηση της θερμοκρασίας εναπόθεσης του φιλμ οδηγεί σε αύξηση του μεγέθους των κόκκων. Οι διαστάσεις των επιφανειακών ανωμαλιών των μεμβρανών αρχικά αυξάνονται με την αύξηση της θερμοκρασίας του υποστρώματος και στη συνέχεια μειώνονται σε θερμοκρασίες πάνω από 150 °C, πιθανώς λόγω επαναλαμβανόμενης εξάτμισης. Τα κελύφη βρέθηκαν σε μεμβράνες που εναποτέθηκαν σε θερμοκρασίες πάνω από 200 °C.

Για να αποκτήσουν κόκκους με μεγέθη που φτάνουν τα 100...800 μικρά, οι Fraaz και συνεργάτες ανακρυστάλλωσαν φιλμ που ελήφθησαν με εξάτμιση υπό κενό με θερμική επεξεργασία τους σε ροή. Παρατηρήθηκε η κολονοστοιχία των μεμβρανών. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα του Amit, με την αύξηση του πάχους του φιλμ, παρατηρείται μεγέθυνση κόκκων, αύξηση του βαθμού προτιμώμενου προσανατολισμού τους, καθώς και ο βαθμός προσανατολισμού του άξονα c προς την κατεύθυνση του εξατμιστή. Επιπλέον, το μέγεθος των επιφανειακών ανωμαλιών αυξάνεται. Ο Hall σημειώνει ότι στα φιλμ αμέσως μετά την εναπόθεση, ο άξονας c των κόκκων συνήθως αποκλίνει από την κανονική προς την επιφάνεια του υποστρώματος κατά μια μέση γωνία 19°. Η καμπύλη κατανομής της γωνίας απόκλισης του άξονα c σε σχέση με τη μέση τιμή έχει ομαλό σχήμα και το μισό πλάτος της κατανομής στο επίπεδο που αντιστοιχεί στο μισό του μέγιστου είναι 10...12°. Ως αποτέλεσμα της επακόλουθης θερμικής επεξεργασίας των φιλμ σε θερμοκρασία 190 °C και υψηλή πίεση, το μισό πλάτος της υποδεικνυόμενης κατανομής στο μισό μέγιστο επίπεδο μειώνεται στους 3 °.

Με βάση τα αποτελέσματα ηλεκτρονικών μικροσκοπικών μελετών, ο Tseng κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το ανώτερο στρώμα φιλμ με δομή wurtzite περιέχει κόκκους με κεκλιμένα όρια και η γωνία λανθασμένου προσανατολισμού τους κυμαίνεται από 9 έως 40°. Το κύριο μέρος των ορίων των κόκκων είναι παράλληλα μεταξύ τους. Οι Dare και Parik σημείωσαν ότι ο βαθμός τάξης της δομής, η τελειότητα του κρυσταλλικού πλέγματος και η ποιότητα

Η επικάλυψη κρυσταλλίτη αυξάνεται όταν δημιουργείται ένα βαθύτερο κενό κατά την εναπόθεση του φιλμ.Ο Romeo et al., μελέτησε την επίδραση της αναλογίας των ατομικών συγκεντρώσεων στις ιδιότητες των μεμβρανών που εναποτίθενται χρησιμοποιώντας δύο εξατμιστές. Οι συγγραφείς έδειξαν ότι οι ταινίες Υψηλή ποιότηταμπορεί να επιτευχθεί σε ένα ευρύ φάσμα αναλογιών συγκέντρωσης· ωστόσο, η αναλογία 1,5 παρέχει τα καλύτερα αποτελέσματα. Επιπλέον, τα φιλμ στα οποία η συγκέντρωση του προσμίκτη (στην περίπτωση αυτή, του ινδίου) φθάνει το όριο διαλυτότητας έχουν μια πιο τέλεια κρυσταλλική δομή.

Η πιο σημαντική παράμετρος που επηρεάζει τα κρυσταλλογραφικά χαρακτηριστικά και τη μικροδομή των φιλμ που λαμβάνονται με ψεκασμό ακολουθούμενη από πυρόλυση είναι η θερμοκρασία του υποστρώματος κατά τη διαδικασία εναπόθεσης. Ωστόσο, το μέγεθος των κόκκων και ο βαθμός του προσανατολισμού τους (αν αναπτυχθεί μια διατεταγμένη δομή) εξαρτώνται επίσης από διάφορους άλλους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της σύνθεσης του άλατος που περιέχεται στο ψεκασμένο διάλυμα, της αναλογίας των συγκεντρώσεων κατιόντων και ανιόντων , καθώς και το είδος του προσμίκτη.

Ρύζι. Το 3.14 απεικονίζει την επίδραση της αναλογίας συγκέντρωσης της θερμοκρασίας του υποστρώματος, του πάχους της μεμβράνης, της πρόσμιξης, της παρουσίας άλλων στρωμάτων στο υπόστρωμα και της ανόπτησης που πραγματοποιήθηκε μετά την εναπόθεση στον βαθμό προσανατολισμού του φιλμ. Πρέπει να σημειωθεί ότι αυτά τα αποτελέσματα δεν είναι γενικά σε φύση και ότι διάφοροι συγγραφείς υπό παρόμοιες συνθήκες εναπόθεσης έχουν λάβει φιλμ με διαφορετικές κατευθύνσεις προσανατολισμού. Οι μεμβράνες αποτίθενται χρησιμοποιώντας διάλυμα άλατος οξικό οξύ, αποτελούνται από πολύ μικρούς κόκκους. Όταν χρησιμοποιούνται διαλύματα χλωρίου, σχηματίζονται μεγαλύτεροι κόκκοι με συγκεκριμένο προσανατολισμό του άξονα c. Συνήθως, σε μεμβράνες που λαμβάνονται με ψεκασμό ακολουθούμενο από πυρόλυση, το μέγεθος των κόκκων είναι, ωστόσο, σύμφωνα με αναφορές ορισμένων συγγραφέων, μπορεί να φτάσει στην παρουσία ακαθαρσιών όπως συμβάλλει στη μεγέθυνση των κόκκων. αδιάλυτες ακαθαρσίες, όπως , που υπάρχουν σε οποιαδήποτε σημαντική συγκέντρωση, εμποδίζουν την ανακρυστάλλωση των μεμβρανών και επίσης προκαλούν απότομη μείωση του μεγέθους των κόκκων και παραβίαση του προτιμησιακού προσανατολισμού τους.

Λόγω της καθίζησης στα όρια των κόκκων, η επιφάνεια των μεμβρανών αποκτά μια δαιδαλώδη δομή. Το ανάγλυφο της επιφάνειας των μεμβρανών από μη επικαλυμμένο θειούχο κάδμιο και με μια πρόσμιξη φαίνεται στο Σχ. και Bube σημειώνουν ότι τα φιλμ αποτίθενται με ψεκασμό ακολουθούμενη από

(κάντε κλικ για προβολή σάρωσης)

πυρόλυση σε υποστρώματα με χαμηλές και υψηλές θερμοκρασίες, κρυσταλλώνονται στη δομή του φαλερίτη και του βουρτζίτη, αντίστοιχα. Ωστόσο, σύμφωνα με τους Banerjee et al., ο τύπος των αναδυόμενων κρυσταλλική δομήδεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία εναπόθεσης του φιλμ. Οι χαρακτηριστικές ιδιότητες των μεμβρανών που λαμβάνονται με αυτή τη μέθοδο είναι η υψηλή πρόσφυσή τους στο υπόστρωμα και η ύπαρξη συνέχειας ακόμη και σε μικρό πάχος.

Για μεμβράνες που εναποτίθενται με ψεκασμό ιόντων, περισσότερα υψηλός βαθμόςπροσανατολισμός του άξονα c σε σύγκριση με φιλμ που λαμβάνονται με εξάτμιση υπό κενό. Επιπλέον, με το ίδιο πάχος, οι μεμβράνες που δημιουργούνται με διασκορπισμό ιόντων περιέχουν μικρότερο αριθμό διαμπερών πόρων. Αυτές οι μεμβράνες αποτελούνται συνήθως από μικρότερους κόκκους, ωστόσο, έχουν δομή στηλών. Οι μεμβράνες που σχηματίζονται κατά τη διασκορπισμό ιόντων κρυσταλλώνονται πάντα σε μια εξαγωνική δομή με κυρίαρχο προσανατολισμό του άξονα c σε σχέση με την κανονική προς την επιφάνεια του υποστρώματος. Οι Peel και Murray σημειώνουν ότι με αυτή τη μέθοδο εναπόθεσης φιλμ, περιέχουν σωματίδια ιονισμένου αερίου που συλλαμβάνονται κατά τη διαδικασία ανάπτυξης, στην οποία διεγείρεται μια εκκένωση. Οι Mitchell et al., χρησιμοποιώντας εναπόθεση μεταφοράς αερίου σε σχεδόν κλειστό όγκο, έλαβαν φιλμ πάχους 1...3 μm με μέγεθος κόκκου στο ίδιο εύρος και δεν βρήκαν σχέση μεταξύ του μεγέθους κόκκου και της θερμοκρασίας του υποστρώματος Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των Yoshikawa και Sakai, η θερμοκρασία του υποστρώματος επηρεάζει τη μορφολογία της επιφάνειας των μεμβρανών που εναποτίθενται με αυτή τη μέθοδο και για να αποκτηθεί λεία επιφάνεια το υπόστρωμα πρέπει να θερμανθεί σε υψηλή θερμοκρασία. Ωστόσο, σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, παρατηρείται ανάπτυξη κρυστάλλων του μουστάκι. Κατά την εναπόθεση μεμβρανών μεταφοράς αερίου σε σχεδόν κλειστό όγκο, ο άξονας c του κρυσταλλικού τους πλέγματος κατευθύνεται σχεδόν κάθετα στο επίπεδο του υποστρώματος.

Επιταξιακές μεμβράνες λήφθηκαν σε υποστρώματα σπινελίου Οι μεμβράνες που αναπτύσσονται με μοριακή επιταξία δέσμης στην επιφάνεια του σπινελίου έχουν δομή βουρτζίτη και όταν χρησιμοποιούνται υποστρώματα από δομή σφαιρίτη. Η μέθοδος της επιταξίας αερίου χρησιμοποιήθηκε για την εναπόθεση μονοκρυσταλλικών στρωμάτων εξαγωνικού

τροποποιήσεις στις (111), (110) και (100) όψεις των κρυστάλλων, σημειώνονται οι ακόλουθοι τύποι ετεροεπιταξιακής ανάπτυξης:

Οι μεμβράνες που εναποτίθενται από το διάλυμα αποτελούνται από μικρούς κόκκους όχι μεγαλύτερους σε μέγεθος.Όταν μειώνεται ο ρυθμός ανάπτυξης του φιλμ και αυξάνεται η θερμοκρασία του λουτρού, σχηματίζονται μεγαλύτεροι κόκκοι. Η δομή των μεμβρανών που αναπτύσσονται με αυτόν τον τρόπο μπορεί να αλλάξει ανάλογα με τις συνθήκες εναπόθεσης. Οι μεμβράνες που λαμβάνονται από ένα διάλυμα που περιέχει μια σύνθετη ένωση, κατά την αλλαγή των παραμέτρων της διαδικασίας εναπόθεσης, κρυσταλλώνονται στη δομή φαληρίτη, βουρτζίτη ή μικτή, ενώ η χρήση διαλυμάτων που περιέχουν σύνθετες ενώσεις οδηγεί πάντα στο σχηματισμό μεμβρανών με δομή βουρτζίτη με άξονας c κάθετος στο υπόστρωμα .

3.2.7.2 Ηλεκτρικές ιδιότητες

Η αλλαγή των συνθηκών εναπόθεσης αλλάζει δραματικά τις ηλεκτρικές ιδιότητες των λεπτών μεμβρανών.Οι μεμβράνες που παράγονται με εξάτμιση υπό κενό και χρησιμοποιούνται σε ηλιακά κύτταρα έχουν συνήθως ειδική αντίσταση Ohm cm και συγκέντρωση φορέα . Οι μεμβράνες έχουν πάντα αγωγιμότητα τύπου, η οποία οφείλεται στην απόκλιση της σύνθεσής τους από τη στοιχειομετρική λόγω της παρουσίας κενών θείου και περίσσειας ποσότητας καδμίου. Η κινητικότητα του φορέα είναι . Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των μετρήσεων, το μήκος διάχυσης των μειοψηφικών φορέων σε φιλμ που εναποτίθενται με εξάτμιση υπό κενό κυμαίνεται από 0,1 έως 0,3 μm. Η συγκέντρωση του φορέα αυξάνεται με την αύξηση του ρυθμού ανάπτυξης του φιλμ και την αύξηση του πάχους του φιλμ 1113]. Σε αυτή την περίπτωση, παρατηρείται αντίστοιχη μείωση της ειδικής αντίστασης.

Ηλεκτρικές ιδιότητεςΟι μεμβράνες εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την αναλογία των ατομικών συγκεντρώσεων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εξάτμισης, καθώς και από την παρουσία προσμείξεων. Οι μεμβράνες που έχουν προστεθεί κατά την εναπόθεση με αναλογία συγκέντρωσης 1,5 διακρίνονται από τα υψηλότερα ηλεκτρικά και δομικά χαρακτηριστικά. Χαμηλές τιμές ειδικής αντίστασης που φτάνουν τα Ohm cm με κινητικότητα φορέα ελήφθησαν για φιλμ με συγκέντρωση ινδίου ίση με το Σχ. Το σχήμα 3.15 δείχνει την εξάρτηση της ειδικής αντίστασης και της κινητικότητας των φορέων από την αναλογία συγκέντρωσης

Ρύζι. 3.15. Εξαρτήσεις της ειδικής αντίστασης και της κινητικότητας του φορέα σε μεμβράνες που λαμβάνονται με εξάτμιση υπό κενό και εμποτισμένα με ίνδιο από την αναλογία των ατομικών συγκεντρώσεων σε συγκέντρωση συγκέντρωσης ροής ατμού

για δύο φιλμ με διαφορετικές συγκεντρώσεις που εναποτίθενται με εξάτμιση υπό κενό. Ο Wang ανέφερε ότι με την αύξηση κλάσμα μάζαςπερίπου έως ότου η συγκέντρωση των φορέων αυξηθεί κατά σχεδόν τρεις τάξεις μεγέθους και η κινητικότητά τους επίσης αυξηθεί σημαντικά. Σε υψηλότερη περιεκτικότητα σε προσμίξεις, η συγκέντρωση των φορέων δεν αυξάνεται και η κινητικότητά τους μειώνεται ελαφρώς. Ωστόσο, σε χαμηλά επίπεδα ντόπινγκ ινδίου, οι μεμβράνες χαρακτηρίζονται από χαμηλές τιμές τόσο της συγκέντρωσης του φορέα όσο και της κινητικότητας. Κατά την εναπόθεση ντοπαρισμένων μεμβρανών (με περιεκτικότητα σε ινδίου -2%), η συγκέντρωση των φορέων και η κινητικότητά τους, όπως φαίνεται στο Σχ. 3.16, εξαρτώνται πολύ λίγο από τη θερμοκρασία του υποστρώματος σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. Το ντόπινγκ φιλμ με χαλκό οδηγεί στο αντίθετο αποτέλεσμα - μείωση της συγκέντρωσης του φορέα και αύξηση της ειδικής αντίστασης κατά πολλές τάξεις μεγέθους. Επιπλέον, η κινητικότητα των ηλεκτρονίων μειώνεται.

Αρκετοί συγγραφείς έχουν μελετήσει τον μηχανισμό μεταφοράς του φορέα φορτίου σε μεμβράνες που παράγονται με εξάτμιση υπό κενό. Οι Dappy και Kassing συνδέουν τις ιδιαιτερότητες των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των φιλμ με την κυρίαρχη επίδραση βαθιών επιπέδων του ίδιου τύπου, η εμφάνιση των οποίων προκαλείται από κενές θέσεις θείου. Τα ενεργειακά χαρακτηριστικά αυτών των επιπέδων καθορίζονται από τον αριθμό των κενών θέσεων θείου και εάν η συγκέντρωσή τους είναι χαμηλή, τότε τα τοπικά επίπεδα

Ρύζι. 3.16. Εξαρτήσεις της συγκέντρωσης του φορέα και της κινητικότητας από τη θερμοκρασία του υποστρώματος για μεμβράνες χωρίς επικάλυψη και ινδίου που λαμβάνονται με διακριτή εξάτμιση.

αφαιρέθηκε από την άκρη της ζώνης αγωγιμότητας κατά περίπου Έχει αναφερθεί ότι σε υψηλή συγκέντρωση κενών θέσεων, σχηματίζεται μια ταινία ακαθαρσιών. Ο Ντρέ και η Περούκα ανακάλυψαν επίπεδο ενέργειαςμε ενέργεια ενεργοποίησης και Bube σημειώστε ότι σε φιλμ που λαμβάνονται με εξάτμιση και περιέχουν ρηχά επίπεδα δότη, ελλείψει φωτισμού, η συγκέντρωση ηλεκτρονίων στο εύρος θερμοκρασίας από 200 έως 330 K είναι ουσιαστικά ανεξάρτητη από τη θερμοκρασία. Η ενέργεια ενεργοποίησης, που βρίσκεται από την εξάρτηση από τη θερμοκρασία της συγκέντρωσης ηλεκτρονίων, ποικίλλει από έως Σύμφωνα με την εξάρτηση από τη θερμοκρασία της κινητικότητας του φορέα, ο προεκθετικός παράγοντας του οποίου είναι ίσος με τις τιμές ενέργειας ενεργοποίησης που κυμαίνονται από 0,11 έως 0,19 eV. Σε φιλμ που εναποτίθενται με αυτή τη μέθοδο, η διαδικασία μεταφοράς του φορέα φορτίου επηρεάζεται σημαντικά από τις δομικές ιδιότητες και τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των ορίων των κόκκων. Οι μεμβράνες αμέσως μετά την εξάτμιση δεν είναι ευαίσθητες στο φως. Ωστόσο, μετά την εισαγωγή ατόμων χαλκού στο φιλμ (με διάχυση), παρατηρείται σημαντική φωτοαγωγιμότητα και υπό συνθήκες υψηλό επίπεδοφωτοδιέγερση, η συγκέντρωση ηλεκτρονίων αποδεικνύεται χαμηλότερη και η κινητικότητά τους υψηλότερη από ό,τι σε φιλμ που δεν περιέχουν χαλκό.

Οι ηλεκτρικές ιδιότητες των μεμβρανών που λαμβάνονται με ψεκασμό ακολουθούμενο από πυρόλυση καθορίζονται κυρίως από τις ιδιαιτερότητες της διαδικασίας χημειορόφησης οξυγόνου στα όρια των κόκκων, που συνοδεύεται από μείωση και στα δύο

συγκέντρωση και κινητικότητα των φορέων. Λόγω της παρουσίας κενών θείου, τέτοιες μεμβράνες έχουν πάντα αγωγιμότητα τύπου και η ειδική αντίστασή τους μπορεί να ποικίλλει σε πολύ μεγάλο εύρος, διαφέροντας έως και οκτώ τάξεις μεγέθους. Η επακόλουθη ανόπτηση των μεμβρανών στον αέρα οδηγεί σε αύξηση της ειδικής αντίστασής τους κατά προσέγγιση και στην εμφάνιση ισχυρής φωτοαγωγιμότητας. Σύμφωνα με μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο των συγγραφέων, περίπου 1 ms μετά την ενεργοποίηση της πηγής φωτός με ένταση, η αγωγιμότητα των μεμβρανών αυξάνεται κατά έναν παράγοντα. Ως αποτέλεσμα της ανόπτησης υμενίων υπό κενό, η ειδική αντίστασή τους μειώνεται σε , και η φωτοαγωγιμότητα επίσης σβήνει, γεγονός που υποδηλώνει την αναστρεψιμότητα των διαδικασιών χημειορόφησης και εκρόφησης οξυγόνου. Η εξάρτηση της ειδικής αντίστασης του φιλμ από τη θερμοκρασία ανόπτησης απεικονίζεται στο Σχ. 3.17, α.

Μια λεπτομερής πειραματική μελέτη των παραμέτρων της διαδικασίας μεταφοράς ηλεκτρονίων σε φιλμ έχει πραγματοποιηθεί από αρκετούς συγγραφείς. Οι Ma και Bueb ανακάλυψαν την ταλαντωτική φύση των αλλαγών στην ηλεκτρική αγωγιμότητα, τη συγκέντρωση του φορέα και την κινητικότητά τους ανάλογα με τη θερμοκρασία εναπόθεσης των μεμβρανών. Ο ρυθμός ψύξης των μεμβρανών (στο τέλος της ανάπτυξής τους) επηρεάζει την κινητική της χημειορόφησης και επομένως επηρεάζει επίσης τη διαδικασία μεταφοράς ηλεκτρονίων. Οι Kwok και Sue, οι οποίοι μελέτησαν φιλμ που παράγονται με ψεκασμό ακολουθούμενη από πυρόλυση, σημειώνουν ότι με την αύξηση του πάχους τους, που συνοδεύεται από μεγέθυνση των κόκκων, αυξάνεται η σκοτεινή συγκέντρωση και η κινητικότητα των φορέων. Στο Σχ. Το σχήμα 3.17b δείχνει την εξάρτηση της συγκέντρωσης και της κινητικότητας του φορέα από το πάχος του φιλμ παρουσία και απουσία φωτισμού. Μετρήσεις του φαινομένου Hall και θερμο-εμφ. Με. σε φωτισμένα δείγματα δείχνουν ότι υπό την επίδραση του φωτός υπάρχει αλλαγή στη συγκέντρωση ή την κινητικότητα των φορέων, και πιθανώς και των δύο παραμέτρων ταυτόχρονα. Ποιο από αυτά αλλάζει σε μεγαλύτερο βαθμό εξαρτάται από τη σχετική επίδραση των ιδιοτήτων της μικροδομής (μέγεθος κόκκων) και τη θερμική επεξεργασία του εναποτιθέμενου φιλμ (παρουσία χημικού οξυγόνου) στην τρέχουσα διαδικασία ροής. Σύμφωνα με μετρήσεις, το μήκος διάχυσης των οπών σε φιλμ που λαμβάνονται με ψεκασμό ακολουθούμενο από πυρόλυση είναι 0,2...0,4 μm.

Οι μεμβράνες αμέσως μετά την εναπόθεση με διασκορπισμό ιόντων έχουν υψηλή ειδική αντίσταση, η οποία φτάνει τα 108 Ohm-cm. Η ταυτόχρονη εκτόξευση παράγει φιλμ με ειδική ειδική αντίσταση 1 Ohm-cm και κινητικότητα φορέα περίπου ίση με

Ρύζι. 3.17. Εξαρτήσεις από τη θερμοκρασίασκοτεινή ειδική αντίσταση των μεμβρανών που εναποτίθενται με ψεκασμό που ακολουθείται από πυρόλυση, κατά την ανόπτηση στο κενό και σε ατμόσφαιρα διαφόρων αερίων (α). Το σημείο Α καθορίζει την ειδική αντίσταση των μεμβρανών αμέσως μετά την εναπόθεση, την καμπύλη της μεταβολής της ειδικής αντίστασης των μεμβρανών κατά την ανόπτηση σε κενό, την καμπύλη της ειδικής αντίστασης των φιλμ που ανόπτονται σε κενό ή ατμόσφαιρα αδρανών αερίων, μετρούμενη σε διαφορετικές θερμοκρασίες, σημείο της ειδικής αντίστασης μεμβρανών που ανόπτονται σε κενό μετρούμενο σε θερμοκρασία δωματίου.κενό.

Εξάρτηση της κινητικότητας και της συγκέντρωσης των φορέων από το πάχος των φιλμ που λαμβάνονται με ψεκασμό ακολουθούμενη από πυρόλυση στο φως και στο σκοτάδι.

Ο Lichtensteiger έλαβε μεμβράνες τύπου ντοπαρίσματος με κινητικότητα οπών. Η συγκέντρωση του φορέα σε φιλμ με πρόσμιξη ινδίου (το ατομικό περιεχόμενο σύμφωνα με τις μετρήσεις είναι περίπου . Διαπιστώθηκε ότι, σε αντίθεση με τις μη επικαλυμμένες μεμβράνες που εναποτίθενται με διασκορπισμό ιόντων, η ειδική αντίσταση των μεμβρανών που περιέχουν ασθενώς προσμίκτη εξαρτάται από τη θερμοκρασία του υποστρώματος κατά τη διαδικασία της εναπόθεσής τους. Όσον αφορά τις ηλεκτρικές ιδιότητες των μεμβρανών που λαμβάνονται με διασκορπισμό ιόντων, είναι παρόμοιες με τις μεμβράνες που δημιουργούνται από την εξάτμιση. Οι Peel και Murray χρησιμοποιούν το φαινόμενο Poole-Frenkel για να ερμηνεύσουν τα αποτελέσματα των μετρήσεων αγωγιμότητας σε ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο.Σύμφωνα με τα στοιχεία του Hill, σε φιλμ που έχουν κατατεθεί

χρησιμοποιώντας ιόντα ιόντα και φορείς υψηλής κινητικότητας, το μήκος διάχυσης των ηλεκτρονίων είναι

Οι μεμβράνες που λαμβάνονται με χημική εναπόθεση από διάλυμα έχουν αγωγιμότητα τύπου και η ειδική αντίστασή τους, η οποία είναι , μετά την ανόπτηση στο κενό μειώνεται σε . Αυτή η μείωση της ειδικής αντίστασης, επίσης χαρακτηριστική των μεμβρανών που δημιουργούνται με ψεκασμό, σχετίζεται με την εκρόφηση οξυγόνου. Η επακόλουθη θέρμανση των μεμβρανών στον αέρα ή σε ατμόσφαιρα οξυγόνου μπορεί να οδηγήσει σε αποκατάσταση των αρχικών τιμών ειδικής αντίστασης. Σύμφωνα με τα πειραματικά δεδομένα των Pawaskar et al., σε φωτισμένα δείγματα η συγκέντρωση των φορέων είναι περίπου ίση και η κινητικότητά τους είναι περίπου ίση με . Ως αποτέλεσμα της ανόπτησης στον αέρα, τα φιλμ που εναποτίθενται από το διάλυμα αποκτούν υψηλή φωτοευαισθησία. Τα φιλμ που παράγονται με μεταξοτυπία έχουν επίσης υψηλή φωτοευαισθησία και η αναλογία ειδικής αντίστασης απουσία και παρουσία φωτισμού (στην ένταση της ακτινοβολίας είναι για αυτά Τα φιλμ που εναποτίθενται με ηλεκτροφόρηση έχουν ειδική ειδική αντίσταση εντός .

Οι επιταξιακές μεμβράνες χαρακτηρίζονται από πολύ υψηλή κινητικότητα φορέα. Οι ηλεκτρικές ιδιότητες των μεμβρανών που εναποτίθενται επιταξιακά σε υποστρώματα GaAs κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης χημικής μεταφοράς σε σχεδόν κλειστό όγκο εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τις συνθήκες ανάπτυξής τους, κυρίως από τη θερμοκρασία του υποστρώματος. Καθώς η θερμοκρασία του υποστρώματος αυξάνεται, η συγκέντρωση του φορέα αυξάνεται εκθετικά. Αυτό αυξάνει επίσης την κινητικότητα των ηλεκτρονίων. Το μέγιστο των λαμβανόμενων τιμών κινητικότητας είναι Όταν η θερμοκρασία του υποστρώματος ποικίλλει, η ειδική αντίσταση των φιλμ μπορεί να ποικίλλει από έως . Τα μη επικαλυμμένα επιταξιακά φιλμ που εναποτίθενται με μοριακή επιταξία δέσμης έχουν ειδική ειδική αντίσταση που μειώνεται εκθετικά με την αύξηση της θερμοκρασίας και χαρακτηρίζονται από ενέργεια ενεργοποίησης 1,6 eV. Σε φιλμ με πρόσμιξη ινδίου, η συγκέντρωση των φορέων είναι και η κινητικότητά τους σε Hall είναι - Οι επιταξιακές μεμβράνες που λαμβάνονται με χημική μέθοδο από τη φάση ατμού, αμέσως μετά την εναπόθεση, έχουν ειδική ειδική αντίσταση. Η ανόπτηση φιλμ σε ατμόσφαιρα ή σε θερμοκρασία 400 °C οδηγεί σε μείωση της ειδικής αντίστασης στις τιμές. Η κινητικότητα του φορέα στα φιλμ υψηλής αντίστασης είναι

Ρύζι. 3.18. Φασματικές εξαρτήσεις των δεικτών διάθλασης και απορρόφησης μεμβρανών που λαμβάνονται με εξάτμιση υπό κενό σε τρεις διαφορετικές θερμοκρασίες υποστρώματος. 1 - θερμοκρασία δωματίου.

3.2.7.3 Οπτικές ιδιότητες

Οι οπτικές ιδιότητες των φιλμ εξαρτώνται σημαντικά από τη μικροδομή τους και, κατά συνέπεια, από τις συνθήκες εναπόθεσης. Κατά την εξάτμιση, σχηματίζονται λείες κατοπτρικά ανακλαστικές μεμβράνες, αλλά καθώς αυξάνεται το πάχος τους, το ανάγλυφο της επιφάνειας γίνεται πιο τραχύ και η ανάκλαση της ακτινοβολίας από παχιές μεμβράνες είναι κυρίως διάχυτη. Οι Kvaya και Tomlin μέτρησαν την ανάκλαση και τη διαπερατότητα των φιλμ που εναποτέθηκαν με εξάτμιση και προσδιόρισαν τις οπτικές σταθερές τους στην περιοχή μήκους κύματος 0,25...2,0 μm, λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση της σκέδασης της ακτινοβολίας στην επιφάνεια.

Η ανάλυση των αποτελεσμάτων που ελήφθησαν (βλ. Εικ. 3.18) δείχνει ότι η απορρόφηση φωτός με ενέργεια 2,42...2,82 eV συνοδεύεται από άμεσες οπτικές μεταβάσεις και σε ενέργειες που υπερβαίνουν τα 2,82 eV, είναι δυνατές τόσο άμεσες όσο και έμμεσες μεταβάσεις. Οι τιμές εξαρτώνται από τη θερμοκρασία του υποστρώματος κατά την εναπόθεση του φιλμ. Σε υψηλή θερμοκρασία υποστρώματος, που εξασφαλίζει την ανάπτυξη μεγάλων κόκκων, ο δείκτης διάθλασης της μεμβράνης προσεγγίζει την τιμή που χαρακτηρίζει ένα μονοκρυσταλλικό υλικό. Οι μεμβράνες που δημιουργούνται με τη χρήση ιόντων διασκορπισμού έχουν μια περιοχή απότομων αλλαγών στη μετάδοση σε μήκος κύματος περίπου 0,52 μm, που αντιστοιχεί στο διάκενο ζώνης. Στην περιοχή μεγάλου μήκους κύματος του φάσματος, τα φιλμ έχουν υψηλή διαφάνεια. Σε φιλμ που παράγονται με ψεκασμό ακολουθούμενο από πυρόλυση, το διάκενο ζώνης και η φασματική θέση του άκρου της κύριας ζώνης απορρόφησης δεν εξαρτώνται από τη μικροδομή. Η αναλογία του φωτός που ανακλάται διάχυτα και, επομένως, η διαφάνεια των φιλμ

Ρύζι. 3.19. Φασματικές εξαρτήσεις της διαπερατότητας των μεμβρανών που εναποτίθενται με ψεκασμό ακολουθούμενη από πυρόλυση υπό διάφορες συνθήκες - θερμοκρασία υποστρώματος. πάχος φιλμ? αναλογία ατομικής συγκέντρωσης

καθορίζονται όπως φαίνεται στο Σχ. 3.19, το πάχος, τη θερμοκρασία του υποστρώματος και την αναλογία συγκέντρωσης Καθώς αυξάνεται το πάχος του φιλμ, κυριαρχεί η διάχυτη ανάκλαση της ακτινοβολίας, αλλά εξασθενεί σε φιλμ που αναπτύσσονται σε υψηλές θερμοκρασίες (λόγω της αύξησης των μεγεθών των κόκκων και του βαθμού προσανατολισμού τους). Σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες εναπόθεσης (πιθανότερο), συμβαίνει μια σημαντική αλλαγή στην κινητική ανάπτυξης του φιλμ, με αποτέλεσμα η επιφάνειά τους να γίνεται τραχιά και να διασκορπίζει την ακτινοβολία.

Οι Berg et al. σημειώνουν ότι τα χαρακτηριστικά της δομής των κόκκων και της μορφολογίας των φιλμ (πάχους 3...4 μm), που εναποτίθενται με ψεκασμό ακολουθούμενη από πυρόλυση, προκαλούν ισχυρή σκέδαση φωτός και μεγάλες τιμές του αποτελεσματικού συντελεστή απορρόφησης σε μήκη κύματος σε ενέργειες λιγότερες από το χάσμα ζώνης. Για τις μεμβράνες που εναποτίθενται από το διάλυμα, η οπτική ακμή απορρόφησης βρίσκεται στην ίδια περιοχή μήκους κύματος με αυτή των μεγάλων κρυστάλλων θειούχου καδμίου. Ωστόσο, λόγω της διάχυτης σκέδασης του φωτός από μεμβράνες με λεπτόκοκκη δομή, η φασματική εξάρτηση του συντελεστή απορρόφησης σε αυτή την περιοχή έχει πολύ πιο επίπεδο, πιο ομαλό σχήμα.

3.2.7.4 Μεμβράνες κραμάτων...

Οι δομικές, ηλεκτρικές και οπτικές ιδιότητες των φιλμ κραμάτων επηρεάζονται σημαντικά από τη σύνθεσή τους. Τα φιλμ κράματος παράγονται με εξάτμιση υπό κενό, ψεκασμό ακολουθούμενο από πυρόλυση και διασκορπισμό ιόντων. Κατά κανόνα, σε όλο το πιθανό εύρος των σχετικών συγκεντρώσεών τους σχηματίζουν ένα στερεό διάλυμα και ανεξάρτητα από τη μέθοδο εναπόθεσης, σε συγκεντρώσεις που κυμαίνονται μέχρι το φιλμ του κράματος, κρυσταλλώνονται στη δομή του βουρτζίτη. Εάν η συγκέντρωση υπερβαίνει το 80%, τότε οι μεμβράνες έχουν κυβική δομή σφαλερίτη. Όταν συγκεντρώνονται, οι μεμβράνες κρυσταλλώνονται και στις δύο αυτές δομικές τροποποιήσεις. Στην περίπτωση απόθεσης φιλμ με εξάτμιση υπό κενό σε συγκέντρωση κάτω, σχηματίζεται ένα κρυσταλλικό πλέγμα wurtzite με τον άξονα c κάθετο στο επίπεδο του υποστρώματος.

Οι Vankar και συνεργάτες βρήκαν ότι ο τύπος της κρυσταλλικής δομής και οι παράμετροι του πλέγματος των μεμβρανών που λαμβάνονται με εξάτμιση καθορίζονται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία εναπόθεσής τους. Η παράμετρος του πλέγματος a αλλάζει ομαλά με τις διακυμάνσεις στη σύνθεση του φιλμ (βλ. Εικ. 3.20, α). Ο Kane et al., αναφέρει ότι σε αυτές τις συνθέσεις, όπου οι μεμβράνες είναι ένα μίγμα βουρτζίτη και κυβικής φάσης, η απόσταση μεταξύ των κρυσταλλογραφικών επιπέδων (002) της εξαγωνικής δομής και (111) της κυβικής δομής είναι η ίδια. Επομένως, για οποιαδήποτε σύνθεση κράματος, η κυβική δομή μπορεί να χαρακτηριστεί από ισοδύναμες παραμέτρους a και c ενός εξαγωνικού στοιχείου, οι οποίες καθορίζονται με υπολογισμό. Η ύπαρξη σχέσης μεταξύ των παραμέτρων του κρυσταλλικού πλέγματος των μεμβρανών κράματος και της θερμοκρασίας εναπόθεσης εξηγείται ποιοτικά από την απόκλιση της σύνθεσής τους από τη στοιχειομετρική λόγω υπερβολικού αριθμού ατόμων μετάλλου.

Λαμβάνονται με ψεκασμό ακολουθούμενο από πυρόλυση, ποικίλλουν ομαλά ανάλογα με τη σύνθεση. Οι μεμβράνες κράματος που εναποτίθενται με αυτόν τον τρόπο αντιπροσωπεύουν μια ενιαία κρυσταλλική φάση (εξαγωνική ή κυβική), ο τύπος της οποίας καθορίζεται από τη σύνθεση των μεμβρανών. Σε αντίθεση με τα φιλμ κράματος που εναποτίθενται με εξάτμιση υπό κενό, οι ιδιότητες της κρυσταλλικής δομής των μεμβρανών που λαμβάνονται με ψεκασμό δεν εξαρτώνται από τη θερμοκρασία εναπόθεσης. Όταν η συγκέντρωση ψευδάργυρου είναι μικρότερη από τα φιλμ

Ρύζι. 3.20. δ. Εξάρτηση του κενού οπτικής ζώνης των φιλμ από την παράμετρο.

κατά τον ψεκασμό, η αναλογία των τιμών ηλεκτρικής αγωγιμότητάς τους παρουσία και απουσία φωτισμού είναι 104 για μεμβράνες καθαρού θειούχου καδμίου και 1 για μεμβράνες καθαρού θειούχου ψευδαργύρου. Αυτά τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στο Σχ. 3.20, β. Η σκοτεινή ειδική αντίσταση αυτών των μεμβρανών αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης. Ως αποτέλεσμα της ανόπτησης, η ειδική αντίσταση των φιλμ κράματος μειώνεται, ενώ, όπως φαίνεται από το Σχ. 3,20 V, το αποτέλεσμα ανόπτησης είναι μέγιστο για καθαρές μεμβράνες και είναι αμελητέο για

Όσον αφορά τα οπτικά χαρακτηριστικά των μεμβρανών κράματος, αλλάζουν ομαλά με διακυμάνσεις στη σύνθεση. Τα φιλμ οποιασδήποτε σύνθεσης είναι ημιαγωγοί «άμεσου κενού» και η εξάρτηση του κενού ζώνης από τη σύνθεση όταν μεταβαίνει από καθαρή σε καθαρή, όπως προκύπτει από το Σχ. 3,20 g, διαφορετικό από το γραμμικό. Η παρατηρούμενη αύξηση στο διάκενο ζώνης με την αύξηση της συγκέντρωσης στο κράμα συμβάλλει στην αύξηση της τάσης ανοιχτού κυκλώματος των ηλιακών κυψελών με βάση

Εισαγωγή

Επί του παρόντος, ο αριθμός των υλικών που χρησιμοποιούνται στην ηλεκτρονική τεχνολογία για διάφορους σκοπούς ανέρχεται σε αρκετές χιλιάδες. Σύμφωνα με την πιο γενική ταξινόμηση, χωρίζονται σε τέσσερις κατηγορίες: αγωγούς, ημιαγωγούς, διηλεκτρικούς και μαγνητικά υλικά. Μεταξύ των πιο σημαντικών και σχετικά νέων υλικών είναι οι ημιαγώγιμες χημικές ενώσεις, μεταξύ των οποίων οι ενώσεις του τύπου A II B VI παρουσιάζουν μεγαλύτερο επιστημονικό και πρακτικό ενδιαφέρον. Ένα από τα πιο σημαντικά υλικά αυτής της ομάδας είναι το CdS.

Το CdS είναι ο πυλώνας της σύγχρονης τεχνολογίας IR, καθώς το φάσμα φωτοευαισθησίας του καλύπτει το παράθυρο ατμοσφαιρικής διαφάνειας (8-14 μm), στο οποίο εκπέμπουν όλα τα περιβαλλοντικά αντικείμενα. Αυτό επιτρέπει τη χρήση του σε στρατιωτικές υποθέσεις, οικολογία, ιατρική και άλλους κλάδους της ανθρώπινης δραστηριότητας. Σήμερα, το CdS παράγεται σε μορφή φιλμ με υδροχημική μέθοδο.

Χαρακτηριστικά του θειούχου καδμίου

Το διάγραμμα του συστήματος Cd - S δεν έχει κατασκευαστεί· το σύστημα έχει ένα σύνθετο CdS, που υπάρχει σε δύο τροποποιήσεις: b (εξαγωνικό) και c (κυβικό). Το CdS εμφανίζεται φυσικά με τη μορφή των ορυκτών greenockite και howleyite.

Κρυσταλλική δομή

Οι ενώσεις του τύπου A II B VI συνήθως κρυσταλλώνονται στη δομή του φαλερίτη ή του βουρτζίτη. Η δομή του φαληρίτη είναι κυβική, τύπου Β-3, διαστημική ομάδα F4 3m (T d 2). Η δομή του wurtzite είναι εξαγωνική, τύπου B-4, διαστημική ομάδα P 6 3 mc (C 6v 4). Αυτές οι δομές είναι πολύ παρόμοιες μεταξύ τους· έχουν τον ίδιο αριθμό ατόμων τόσο στην πρώτη όσο και στη δεύτερη σφαίρα συντονισμού - 4 και 12, αντίστοιχα. Οι διατομικοί δεσμοί στα τετράεδρα και των δύο τροποποιήσεων είναι πολύ στενοί.

Το θειούχο κάδμιο έχει ληφθεί τόσο με δομές φαληρίτη όσο και με βουρτζίτη.

Θερμοδυναμικές και ηλεκτροφυσικές ιδιότητες

Το θειούχο κάδμιο είναι μια μονόπλευρη φάση μεταβλητής σύνθεσης, με πάντα περίσσεια καδμίου. Όταν θερμαίνεται στους 1350 °C, το θειούχο κάδμιο εξαχνώνεται σε ατμοσφαιρική πίεση χωρίς τήξη· σε κενό στους 180 °C αποστάζεται χωρίς τήξη και χωρίς αποσύνθεση· υπό πίεση 100 atm τήκεται σε θερμοκρασία περίπου 1750 °C. Ο βαθμός διάστασης του καδμίου σε θερμοκρασίες άνω των 1000°C φτάνει το 85-98%. Θερμότητα σχηματισμού CdS D H 298 0 = -34,71 kcal/mol.

Ανάλογα με τις συνθήκες παρασκευής και θερμικής επεξεργασίας, οι ιδιότητες του CdS μπορεί να είναι διαφορετικές. Έτσι, οι κρύσταλλοι που αναπτύσσονται σε περίσσεια ατμού καδμίου έχουν σημαντικά υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα από τους κρύσταλλους που αναπτύσσονται υπό συνθήκες στοιχειομετρικής σύνθεσης. Η ειδική αντίσταση του CdS, ανάλογα με διάφορους παράγοντες, μπορεί να ποικίλλει εντός ευρέων ορίων (από 10 12 έως 10 -3 ohm*m).

Η διαλυτότητα του καδμίου στο νερό είναι ασήμαντη: 1,5 * 10 -10 mol/l.

Παραδοσιακά, το θειούχο κάδμιο χρησιμοποιήθηκε ως βαφή. Μπορεί να φανεί στους πίνακες τόσο μεγάλων καλλιτεχνών όπως ο Βαν Γκογκ, ο Κλοντ Μονέ, ο Ματίς. ΣΕ τα τελευταία χρόνιαΤο ενδιαφέρον για αυτό συνδέεται με τη χρήση του θειούχου καδμίου ως επίστρωση μεμβράνης για ηλιακά κύτταρα και σε φωτοευαίσθητες συσκευές. Αυτή η σύνδεση χαρακτηρίζεται από καλή ωμική επαφή με πολλά υλικά. Η αντίστασή του δεν εξαρτάται από το μέγεθος και την κατεύθυνση του ρεύματος. Χάρη σε αυτό, το υλικό είναι πολλά υποσχόμενο για χρήση στην οπτοηλεκτρονική, την τεχνολογία λέιζερ και τα LED.

γενική περιγραφή

Το θειούχο κάδμιο είναι ανόργανη ένωση, που εμφανίζεται φυσικά με τη μορφή των σπάνιων ορυκτών zincblende και howliite. Δεν ενδιαφέρουν τη βιομηχανία. Η κύρια πηγή θειούχου καδμίου είναι η τεχνητή σύνθεση.

Με εμφάνισηαυτή η ένωση είναι σκόνη κίτρινο χρώμα. Οι αποχρώσεις μπορεί να ποικίλλουν από λεμονί έως πορτοκαλοκόκκινο. Λόγω του λαμπερού χρώματος και της υψηλής αντοχής του στις εξωτερικές επιδράσεις, το θειούχο κάδμιο έχει χρησιμοποιηθεί ως βαφή υψηλής ποιότητας. Η ουσία έγινε ευρέως διαθέσιμη από τον 18ο αιώνα.

Χημική φόρμουλαενώσεις - CdS. Έχει 2 δομικές μορφές κρυστάλλων: εξαγωνικούς (βουρτζίτης) και κυβικούς (μίγμα ψευδαργύρου). Υπό την επίδραση της υψηλής πίεσης, σχηματίζεται επίσης μια τρίτη μορφή, όπως το αλάτι.

Θειούχο κάδμιο: ιδιότητες

Ένα υλικό με δομή εξαγωνικού πλέγματος έχει τις ακόλουθες φυσικές και μηχανικές ιδιότητες:

Σημείο τήξεως - 1475 °C.
πυκνότητα - 4824 kg/m3;
γραμμικός συντελεστής διαστολής - (4,1-6,5) μK -1;
σκληρότητα στην κλίμακα Mohs - 3,8.
θερμοκρασία εξάχνωσης - 980 °C.

Αυτή η σύνδεση είναι ένας άμεσος ημιαγωγός. Όταν ακτινοβολείται με φως, η αγωγιμότητά του αυξάνεται, γεγονός που καθιστά δυνατή τη χρήση του υλικού ως φωτοαντίστασης. Όταν εμποτίζεται με χαλκό και αλουμίνιο, παρατηρείται ένα φαινόμενο φωταύγειας. Οι κρύσταλλοι CdS μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε λέιζερ στερεάς κατάστασης.

Η διαλυτότητα του θειούχου καδμίου στο νερό απουσιάζει, στα αραιά οξέα είναι ασθενής και στο πυκνό υδροχλωρικό και θειικό οξύ είναι καλή. Το Cd επίσης διαλύεται καλά σε αυτό.

Η ουσία χαρακτηρίζεται από τα ακόλουθα Χημικές ιδιότητες:

καθιζάνει όταν εκτίθεται σε διάλυμα υδρόθειου ή αλκαλιμέταλλα;
όταν αντιδρά με υδροχλωρικό οξύΣχηματίζονται CdCl2 και υδρόθειο.
όταν θερμαίνεται σε ατμόσφαιρα με περίσσεια οξυγόνου, οξειδώνεται σε θειικό ή οξείδιο (αυτό εξαρτάται από τη θερμοκρασία στον κλίβανο ψησίματος).

Παραλαβή

Το θειούχο κάδμιο συντίθεται με διάφορους τρόπους:

κατά την αλληλεπίδραση ατμών καδμίου και θείου.
στην αντίδραση οργανοθείων και ενώσεων που περιέχουν κάδμιο.
καθίζηση από το διάλυμα υπό την επίδραση H 2 S ή Na 2 S.

Τα φιλμ που βασίζονται σε αυτή την ουσία παράγονται χρησιμοποιώντας ειδικές μεθόδους:

χημική καθίζηση με χρήση θειοκαρβαμιδίου ως πηγή θειούχων ανιόντων.
ψεκασμό ακολουθούμενη από πυρόλυση.
τη μέθοδο της επιτάξεως μοριακής δέσμης, στην οποία οι κρύσταλλοι αναπτύσσονται υπό συνθήκες κενού·
ως αποτέλεσμα της διαδικασίας sol-gel.
με μέθοδο ιόντων sputtering.
ανοδίωση και ηλεκτροφόρηση.
με μέθοδο μεταξοτυπίας.

Για να παραχθεί η χρωστική, το κατακρημνισμένο στερεό θειούχο κάδμιο πλένεται, πυρώνεται για να παραχθεί ένα σχήμα εξαγωνικού κρυσταλλικού πλέγματος και στη συνέχεια αλέθεται σε σκόνη.

Εφαρμογή

Βασίζονται σε βαφές αυτής της σύνδεσηςέχουν υψηλή αντοχή στη θερμότητα και το φως. Πρόσθετα από σεληνίδιο, τελλουρίδιο καδμίου και θειούχο υδράργυρο σας επιτρέπουν να αλλάξετε το χρώμα της σκόνης σε πράσινο-κίτρινο και κόκκινο-ιώδες. Οι χρωστικές χρησιμοποιούνται στην παραγωγή πολυμερών προϊόντων.

Υπάρχουν και άλλοι τομείς εφαρμογής του θειούχου καδμίου:

ανιχνευτές (καταγραφείς) στοιχειωδών σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένης της ακτινοβολίας γάμμα.
τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης.
πιεζοηλεκτρικοί μετατροπείς ικανοί να λειτουργούν στην περιοχή GHz.
παραγωγή νανοσυρμάτων και σωλήνων, που χρησιμοποιούνται ως φωταυγείς ετικέτες στην ιατρική και τη βιολογία.

Ηλιακά κύτταρα θειούχου καδμίου

Οι ηλιακοί συλλέκτες λεπτής μεμβράνης είναι μια από τις τελευταίες εφευρέσεις στην εναλλακτική ενέργεια. Η ανάπτυξη αυτής της βιομηχανίας γίνεται ολοένα και πιο σημαντική, καθώς τα αποθέματα ορυκτών που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας εξαντλούνται γρήγορα. Τα πλεονεκτήματα των ηλιακών κυψελών με βάση το θειούχο κάδμιο είναι τα ακόλουθα:

χαμηλότερο κόστος υλικών στην παραγωγή τους·
αύξηση της απόδοσης της μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια (από 8% για παραδοσιακούς τύπους μπαταριών σε 15% για CdS/CdTe).
τη δυνατότητα παραγωγής ενέργειας απουσία άμεσων ακτίνων και χρήσης μπαταριών σε περιοχές με ομίχλη, σε μέρη με υψηλά επίπεδα σκόνης.

Οι μεμβράνες που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ηλιακών κυψελών έχουν πάχος μόνο 15-30 μικρά. Έχουν κοκκώδη δομή, το μέγεθος των στοιχείων είναι 1-5 μικρά. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι μπαταρίες λεπτής μεμβράνης στο μέλλον θα μπορούν να γίνουν εναλλακτική στις πολυκρυσταλλικές μπαταρίες λόγω των ανεπιτήδευτων συνθηκών λειτουργίας και της μεγάλης διάρκειας ζωής τους.