Вовед

Во моментов, бројот на материјали што се користат во електронската технологија за различни намени изнесува неколку илјади. Според најопштата класификација, тие се поделени во четири класи: спроводници, полупроводници, диелектрици и магнетни материјали. Меѓу најважните и релативно новите материјали се полупроводничките хемиски соединенија, меѓу кои соединенијата од типот A II B VI се од најголем научен и практичен интерес. Еден од најзначајните материјали во оваа група е CdS.

CdS е основата на модерната IR технологија, бидејќи нејзиниот спектар на фотосензитивност го покрива прозорецот за атмосферска транспарентност (8-14 μm), во кој сите објекти емитуваат животната средина. Ова му овозможува да се користи во воени работи, екологија, медицина и други индустрии. човечка активност. Денес, CdS се произведува во филмска форма хидро хемиски метод.

Целта на овој предметен проект е да се изведе проект за производство на чувствителни елементи на фотоотпорници врз база на CdS со примена на хидрохемиски метод со продуктивност од 100 илјади единици/годишно, како и запознавање со методот на пресметување наменет за прелиминарното определување. на условите за формирање на CdS, хидроксид и кадмиум цијанамид.

1. Карактеристики на кадмиум сулфид

Дијаграмот на системот Cd - S не е конструиран, системот содржи едно соединение CdS, кое постои во две модификации: α (шестоаголна) и β (кубна). CdS природно се јавува во форма на минерали гренокит и хаулиит.

1.1 Кристална структура

Соединенијата од типот A II B VI обично се кристализираат во структурата на сфалерит или вурцит. Структурата на сфалеритот е кубна, тип B-3, просторна група F4 3m (T d 2). Структурата на вурцитот е хексагонална, тип B-4, просторна група P 6 3 mc (C 6 v 4). Овие структури се многу слични едни на други; тие имаат ист број на атоми и во првата и во втората координативна сфера - 4 и 12, соодветно. Меѓуатомските врски во тетраедарите од двете модификации се многу блиски.

Кадмиум сулфидот е добиен и со сфалеритни и со вурцитни структури.

1.2 Термодинамички и електрофизички својства

Кадмиум сулфидот е еднострана фаза со променлив состав, секогаш поседува вишок на кадмиум. Кога се загрева до 1350 ⵒC, кадмиум сулфидот се сублимира при атмосферски притисок без да се топи; во вакуум на 180 ⵒC се дестилира без топење и без распаѓање; под притисок од 100 атм се топи на температура од околу 1750 ⵒC. Степенот на дисоцијација на кадмиум на температури над 1000 ᵒC достигнува 85-98%. Топлина на формирање на CdS Δ H 298 0 = -34,71 kcal/mol.

Во зависност од условите на подготовка и термичка обработка, својствата на CdS може да бидат различни. Така, кристалите одгледувани во вишок на пареа на кадмиум имаат значително повисока топлинска спроводливост од кристалите што се одгледуваат во услови на стехиометриски состав. Отпорност на CdS во зависност од различни факториможе да варира во широки граници (од 10 12 до 10 -3 оми*м).

Отстапувањата од стехиометријата имаат одлучувачко влијание врз електричните својства на CdS. Воведувањето на кислород во примероците доведува до силно намалување на електричната спроводливост. Појасот на CdS, определен од оптичките податоци, е 2,4 V. Кадмиум сулфидот обично има спроводливост од n-тип, што се должи на недостатокот на сулфур во однос на стехиометрискиот состав.

Растворливоста на кадмиумот во вода е незначителна: 1,5 * 10 -10 mol/l.

2. Методи за добивање метални халкогениди

Во моментов, металните халкогениди се произведуваат и со физички (испарување во вакуум и катодно прскање) и со хемиски методи (аеросолно прскање на реакционата смеса на подлога загреана на 400-600 K или таложење од воден раствор). Ајде да го разгледаме секој метод подетално.

Метод на вакуумска кондензација

Суштината на методот е да се загрее супстанцијата во вакуум (P ≥ 10 -3 mm Hg) до температура кога притисокот го надминува притисокот на преостанатата пареа за неколку реда на големина, проследено со кондензација на подлогата.

Чекори на процесот:

Испарување на супстанција;

Лет на атоми на супстанција до подлогата;

Таложење (кондензација) на пареа на подлога со последователно формирање на филмска структура.

Метод на катодна вакуумска прскање.

Методот се заснова на уништување на катодата кога е бомбардирана со молекули на работниот гас. Материјалот што треба да се депонира во форма на филм се користи како катода. Прво, воздухот се испумпува од работната површина, а потоа работен гас (аргон или азот) се внесува во комората. Помеѓу катодата и анодата се применува напон (3-5 kV), што предизвикува распаѓање на гасната празнина. Работата на инсталацијата се заснова во близина на плазма празнење.

Видови на катодно распрскување:

Физички: не се случуваат хемиски реакции во системот;

Реактивен: претпоставува хемиска реакција, во работниот гас се додава реактивен гас (кислород, азот, јаглерод моноксид), со чии молекули прсканата супстанција формира хемиско соединение. Со промена на парцијалниот притисок на работниот гас, составот на филмот може да се промени.

Вреди да се напомене дека вакуумското производство на структури со тенок филм има широки можности и разноврсност. Има голем број значајни недостатоци - бара сложена, скапа опрема, а исто така не обезбедува униформност на својствата.

Најатрактивен метод за производство на сулфидни филмови во однос на неговата едноставност и ефикасност е технологијата на хидрохемиско таложење. Во моментов, постојат три главни варијанти на овој метод: хемиско таложење од раствори, електрохемиско таложење и распрскување раствори на загреана подлога проследено со пиролиза.

Електрохемиското таложење вклучува анодна растворање на металот во воден раствор на тиоуреа. Процесот на формирање на сулфид се одвива во две фази:

формирање на метални јони на анодата;

интеракција на метални јони со халкогенизатор.

И покрај предностите на методот: контролирање и јасна зависност на стапката на раст на филмот од моменталната јачина, методот не е доволно економичен; се формираат тенки филмови со нерамни својства и аморфни, што ја спречува широката употреба на овој метод во пракса.

Начин на прскање раствор на загреана подлога (пиролиза)

Раствор кој содржи метална сол и тиоуреа се прска на подлога загреана на 180..250 ⵒC. Главната предност на методот на пиролиза е можноста за добивање филмови со мешан состав. Хардверот вклучува уред за прскање раствори и грејач за подлогата. За да се добијат филмови со метален сулфид, стехиометрискиот сооднос метал-сулфур е оптимален.

Посебна привлечност и широки перспективи, во однос на крајните резултати, има хемиско таложење од водени раствори. Методот на хидрохемиско таложење се карактеризира со висока продуктивност и ефикасност, едноставност на технолошкиот дизајн и можност за нанесување филмови на површината сложена формаи разни природи, како и допинг на слојот со органски јони или молекули кои не дозволуваат загревање на висока температура и можност за „блага хемиска“ синтеза. Последново ни овозможува да размислиме овој метод, како најперспективни за подготовка на метални халкогенидни соединенија со сложена структура кои се метастабилни по природа.

Хидрохемиското таложење се врши во реакциона бања која содржи метална сол, алкален и комплексен агенс и халкогенизатор. Процесот на формирање на сулфид се реализира низ колоидно-хемиска фаза и претставува збир на топохемиски и автокаталитички реакции, чиј механизам не е целосно разбран.

3. Примена на филмови базирани наCdS

Кадмиумските сулфиди со тенок филм се широко користени како фотодетектори, фотолуминисцентни материјали, термоелементи, соларни ќелии, сензорски материјали, декоративни премази и надежни наноструктурни катализатори.

4. Опис на технологијата на производствоCdS

Технолошката шема за производство на чувствителни елементи на фотоотпорници ги вклучува следните операции:

1. подготовка на подлоги (чистење, офорт, миење);

Хемиско таложење на полупроводнички филм;

Миење и сушење на филмот;

Термичка обработка на полупроводничкиот слој под слојот за полнење на 400 ᵒC 2 часа;

Вакуумска примена на Au контакти;

Запишување;

Излезна контрола на параметрите на FR чиповите.

.1 Подготовка на подлоги за таложење на филм

Депонирањето на филмот се врши на претходно обезмастени подлоги. Подлогите се темелно обезмастени со сода, се мијат со вода од чешма и, по монтажата во флуоропластичен уред, се ставаат 20 секунди во разреден раствор Dash за гравирање на површината со цел да се зголеми адхезијата на филмот. По обработката во Dash's etchant, подлогите се исплакнуваат со голема количина на загреана дестилирана вода и се чуваат во чаша под слој дестилирана вода пред почетокот на процесот.

Квалитетот на подготовката на површината на подлогата се контролира со степенот на нејзината влажност: дестилирана вода се шири во рамномерен слој на внимателно подготвена подлога. Строго е забрането ракување со подлогата без маснотии со раце.

4.2 Хемиско таложење на полупроводнички филм

Стаклена керамика се користи како подлога за таложење на CdS филмови.

Следниве хемиски реагенси се користат за синтеза на CdS полупроводнички филмови:

кадмиум хлорид, CdCl2∙H2O;

тиоуреа, CSN 2 H 4, посебна чистота;

воден раствор на амонијак, NH 3 aq, 25%, хемиско одделение.

Постапката за одводнување на реагенси за подготовка на работен раствор е строго фиксирана. Потребата за ова се должи на фактот дека процесот на таложење на халкогениди е хетероген, а неговата стапка зависи од почетните услови на формирање на нова фаза.

Работниот раствор се подготвува со мешање на пресметаните волумени на почетните супстанции. Синтезата на филмот се изведува во реактор од 100 ml молибденско стакло. Прво, пресметаниот волумен на кадмиумова сол се додава во реакторот, потоа се внесува воден амонијак и се додава дестилирана вода. Следно, се додава тиоуреа. Растворот се меша и подготвената подлога, фиксирана во флуоропластичен уред, веднаш се потопува во неа. Подлогата се вградува во реакторот со работната површина надолу под агол од 15 - 20°. Од овој момент, времето на процесот на синтеза започнува да се брои со помош на стоперката. Реакторот е цврсто затворен и сместен во термостат U-10. Точноста на одржување на температурата на синтезата е ±0,01°C. За некое време, нема промени во решението. Тогаш растворот почнува да се заматува, а на површината на подлогата и на ѕидовите на реакторот се формира жолт огледален филм. Неговото таложење е 60 минути. Врнежите се вршат на температура од 70 °C.

4.3 Обработка на депониран филм

Откако ќе заврши одреденото време на синтеза, реакторот се отстранува од термостатот, се отстранува подлогата со држачот и се мијат со голема количина (0,5-1,0 l) загреана дестилирана вода. По ова, подлогата се отстранува од држачот, работната површина на подлогата (онаа на која е таложена филмот) внимателно се брише со памучна волна натопена во дестилирана вода, а седиментот се отстранува од задната страна. Потоа подлогата со филмот повторно се мие со дестилирана вода и се суши на филтер-хартија додека не се отстранат видливите траги од влага.

4.4 Термичка обработка

Темелно измиени и сушени, подлогите се испраќаат на следната операција: термичка обработка. Се изведува во пригушувачки печки PM-1.0-7 или PM-1.0-20 за да се елиминира стресот и да се подобрат електричните својства на филмовите. Процесот трае 2 часа на температура од 400 °C, по што следи ладење до собна температура.

4.5 Вакуумска примена на Au контакти

Металните филмови се користат во производството на полупроводнички уреди и микроциркути како неисправувачки (омски) контакти, како и пасивни компоненти (проводни патеки, отпорници, кондензатори, индуктори). Главниот метод за производство на метални филмови е вакуумско таложење (термичко испарување во вакуум) на различни метали (алуминиум, злато, итн.), бидејќи има голем број предности: чистота и репродуктивност на процесите на таложење, висока продуктивност, можност за таложење на еден или повеќе метали на полупроводнички наполитанки во една операција и фузија на испрсканиот метален филм и вакуум за да се заштити од оксидација, леснотија на контрола на процесот на прскање и можност за добивање метални фолии со различни дебелини и конфигурации при прскање метали со користење маски.

Прскањето се врши и во вакуумска инсталација со резидуален притисок под хаубата од околу 6,5∙10 Pa (5∙10 -6 mm Hg). Овој притисок е избран така што нема судири помеѓу испарените метални атоми и молекулите на преостанатиот гас под капакот на инсталацијата, што доведува до формирање на филмови со нарушена структура.

Во производството на полупроводнички уреди, за таложење на различни фолии на полупроводнички наполитанки и други подлоги, се користат неколку модели на инсталации за вакуум таложење, кои се разликуваат едни од други во различни дизајнерски решенија, пред се уредот со под капа, како и вакуумски систем, систем за напојување за следење на параметрите на процесот и контрола на режимите на работа, транспортни и помошни уреди за испарување или прскање.

За термичко таложење на филмови и прскање, во овие инсталации се користат уреди со отпор и електронски сноп, соодветно, за распрскување со јонско бомбардирање, се користат уреди за празнење. И покрај некои недостатоци (тешкотии во испарувањето на огноотпорните материјали, висока инерција, промени во односот на компонентите при испарување на легурите), инсталациите со електронски сноп и особено отпорни испарувачи се доста широко користени во производството на полупроводници поради леснотијата на нивното работење. Затоа, ќе се фокусираме на инсталации со отпорни испарувачи, чиј основен модел е инсталацијата UVN-2M.

4.6 Пишување

Чиповите со дадена големина се сечат од подлогата со фолија депонирана на неа со гребење (стандардно време 25 минути по подлога). Полуавтоматски скриптер LCD 10.11 е дизајниран за примена на мрежа од ознаки на полупроводнички наполитанки. Плочите со ознаките се кршат со тркалање со гумен валјак рачно или со помош на специјални машини. Полуавтоматскиот уред е инсталиран во скафандер фиксиран на масата, кој служи за создавање микроклима. Тие работат полуавтоматски, носејќи гумени ракавици вградени во предниот ѕид на скафандерот. Работното место е осветлено со флуоресцентни светилки поставени во горниот дел од скафандерот. Ознаките се нанесуваат со помош на секач за дијаманти монтиран во потпирач за нишање.

електрофизички вакуум на кадмиум сулфид

4.7 Излезна контрола на параметрите „чип“.

Првично, чиповите се подложени на визуелна проверка за квалитетот на облогата. Забележани се нехомогености во слојот, дамките, неправилностите и областите со слаба адхезија.

Контролата на излезот се врши со употреба на инсталации K.50.410 (стандард за време 2 минути по „чип“).

5. Пресметковен дел

.1 Пресметка на гранични услови на формирањеCdS, Cd(О) 2 иCdCN 2

Неопходно е да се пронајдат граничните услови за таложење на олово сулфид, хидроксид и оловно цијанамид при следните почетни концентрации, mol/l:

0,4

Хидрохемиската синтеза се заснова на реакцијата:

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

Во реакционата смеса, можно е формирање на следните сложени соединенија (Табела 1):

Табела 1 Почетни податоци за пресметување на условите за хидрохемиско таложење на CdS, Cd(OH) 2, CdCN 2

Соединение (комплексен јон)

Да пресметаме α Me z + , за ова го користиме изразот:

каде α Me z + е фракционата концентрација на некомплексирани метални јони; L е концентрацијата на лигандот; k 1, k 1,2,…k 1,2… n - константи на нестабилност на различни сложени форми на метал.

За системот на амонијак изразот е:
8,099∙10 -9

Да ја нацртаме графичката зависност pC n =f (pH) (сл. 2).

Ориз. 2. Гранични услови за формирање на кадмиум сулфид, хидроксид и цијанамид.

Врз основа на графиконот, можеме да заклучиме дека во овој систем е можно формирање на CdS филм при pH = 9,5-14, Cd(OH) 2 при pH = 10,5-14, а CdCN 2 воопшто не се формира.

Пронајдокот може да се користи во неорганска хемија. Методот за производство на кристален кадмиум сулфид вклучува ставање бактерии кои редуцираат сулфат во синтетичка средина што содржи метали и додавање хранливи материи, вклучувајќи раствори на витамини, соли, кофактори. При одгледување се користат бактерии кои намалуваат сулфати Desulfovibrio sp. А2, и синтетички медиум кој содржи извор на јони на кадмиум - раствор на кадмиум хлорид. Концентрацијата на јони на кадмиум во синтетичката средина е 150 mg/l. Во садот за одгледување се става алуминиумска фолија, а одгледувањето се врши на температура од 28°C 18 дена. Седиментот што содржи кристали од кадмиум сулфид, собрани од фолијата и од дното на шишето се суши. Пронајдокот овозможува да се добие кадмиум сулфид од Отпадна водаи течен отпад од металуршките претпријатија. 2 болни, 3 маси, 1 пр.

Цртежи за RF патент 2526456

Пронајдокот се однесува на метод за производство на чист кадмиум сулфид (CdS) од раствори кои содржат метали користејќи бактерии кои намалуваат сулфати (SRB).

Предложениот метод може да се користи за добивање на чист кадмиум сулфид од отпадни води што содржат метални јони, вклучително и кадмиум, и течен отпад од рударски и преработувачки металуршки претпријатија. При примена на предложениот метод, можно е селективно таложење на кадмиум во форма на сулфиди. Оваа карактеристика овозможува користење на течен отпад од металуршки претпријатија и отпадни води како секундарен извор на суровини за производство на кадмиум сулфиди. Кадмиум сулфидот се користи во полупроводнички ласери и е материјал за производство на фотоелементи, соларни ќелии, фотодиоди, LED диоди, фосфори, пигменти за уметнички бои, стакло и керамика. Пигментите на кадмиум сулфид се вреднуваат за нивната добра температурна стабилност во многу полимери, како што е инженерската пластика. Со замена на дел од атомите на сулфур со селен во CdS кристалите, може да се добие широк спектар на бои од зелено-жолта до црвено-виолетова. Кадмиум сулфидот е полупроводник со широк јаз. Ова својство на CdS се користи во оптоелектрониката, и во фотодетектори и во соларни ќелии. Сцинтилаторите за снимање се направени од единечни кристали на кадмиум сулфид елементарни честичкии гама зрачење.

Во природата, кадмиум сулфидот постои како минерали гренокит и хулиит, кои се појавуваат како жолти наслаги на сфалерит (ZnS) и смитсонит. Бидејќи овие минерали не се широко распространети во природата, кадмиум сулфидот се добива со синтеза за индустриска употреба и научни и технички работи.

Кадмиумовите сулфиди се добиваат со хемиски методи - загревање на сулфур со кадмиум или поминување на водород сулфид преку кадмиум, кадмиум оксид или хлорид при загревање. Постои познат метод за производство на сулфиди на кадмиум и олово во прав (RF патент, бр. 2203855, C01G 11/02, C01G 21/21, 2003 година). Пронајдокот се однесува на методи за производство на прашкасти материјали во стопени соли. Синтезата се изведува во стопена средина. Стопената средина е формирана од кристална тиуреа и вклучува безводен кадмиум или олово ацетати како компонента што содржи метал. Синтезата се изведува со мешање на прашоци од една од овие соли и тиуреа со 2-4-кратен моларен вишок на тиуреа и понатаму задржување на 160-180°C 20-30 минути. Практичниот принос на производите добиени со предложениот метод е над 95%. Освен тоа, содржат и мешавина од елементарен сулфур (3-4 wt.%), кој во зависност од понатамошната употреба на производот може да се отстрани со миење со органски растворувач (толуен, јаглерод тетрахлорид и сл.). Недостатоци овој методе потрошувачката на енергија на производството, потребата да се користи специјална, скапа опрема. Освен тоа, хемиско производствонегативно влијае на животната средина.

Познато е формирањето на кристалити на кадмиум сулфид на површината на клетката од бактериите Klebsiella pneumonia и Clostridium thermoaceticum (Aiking H. et al. Детоксикација на жива, кадмиум и олово во Klebsiella aerogenes NCTC 418 расте во континуирана култура Microon. Ное. .1235-1241).

CdS кристалитите синтетизирани на површината на бактеријата K. pneumonia ефикасно ја апсорбираат УВ светлината, која ја штити бактеријата од нејзините штетни ефекти. Длабокоморската флуоресцентна бактерија Pseudomonas aeruginosa го отстранува кадмиумот од околината со формирање на CdS кристалити на клеточниот ѕид (Wang C.L. et al. Отстранување на кадмиумот со нов вид на Pseudomonas aeruginosa во аеробна култура // Appl. Enviol.97 - Mi. 63. - стр .4075-4078). Големините на кристалитите на кадмиум сулфид варираат од десетици микрони надвор од клетките до десетици ангстроми внатре во клетките или на нивната површина. Кристалитите на кадмиум сулфид се формираат само под одредени услови за организмите да толерираат неповолни услови на животната средина.

Најблизок по суштина и постигнат резултат до тврдениот пронајдок е метод за отстранување на јони на кадмиум со ниска концентрација користејќи биореактор со бактерии кои намалуваат сулфати (Hiroshi H. et al. FS Carrier // Весник на Институтот за рударство и обработка на материјали на Јапонија - 2003. - V.119, бр. 9. - стр.559-563). Редукција на јони тешки металиод вода се појави во биореактор со употреба на бактерии кои намалуваат сулфати имобилизирани на фиброзна згура, која се користеше како бионосач. Во овој процес, сулфатните јони во течноста биолошки се претвораат во водород сулфид (H 2 S), кој реагира со метални јони за да формира ултрафини метални сулфидни честички. Потоа добиените честички се собираат на површината на носачот во горниот дел на реакторот, што резултира со акумулација на јони на тешки метали и нивните сулфиди. При континуирано третирање на вода контаминирана со 6 mg/l кадмиум, беше постигнато речиси целосно отстранување во период од околу 30 дена.

Недостаток познат методе дека неговата употреба е можно само при ниски концентрации на јони на кадмиум во медиумот и кристален кадмиум сулфид не е формиран.

Целта на овој пронајдок е да се развие метод за производство на кристален кадмиум сулфид од раствори со висока содржина на јони на кадмиум (до 150 mg/l), кој не содржи нечистотии од други метални сулфиди, користејќи бактерии кои се отпорни на сулфат. до покачени концентрации на јони на кадмиум.

Проблемот се решава со поставување на SRB, високо отпорен на јони на кадмиум, во синтетичка средина која симулира отпадна вода која содржи метали, со додавање на хранливи материи, вклучувајќи раствори на витамини, соли, кофактори, лактат, натриум сулфид, со понатамошно одгледување во термостат и сушење, но, за разлика од прототипот, се користи SRB кој е отпорен на јони на кадмиум, на медиумот се додава алуминиумска фолија, а одгледувањето се врши на температура од 28°C 18 дена.

Одгледувањето се врши во синтетичка средина (Табела 1 - состав на синтетичката средина) со додавање на хранливи материи кои го стимулираат растот на бактериите. Хранливи материи и двовалентен кадмиум се додаваат во синтетичката средина пред да се сее бактериската култура. Составот на хранливите материи и редоследот на нивното додавање се прикажани во Табела 2. Сите хранливи материи, освен витамините, се автоклавираат на 1 атм за 30 минути. Витамините се стерилизираат со филтрација со помош на бактериски филтер (0,20 микрони).

Сеидбата се изведува во стерилни садови со вметната фолија, волумен на инокулум (SRB култура) во количина од 10% од волуменот на садот. Контејнерите со инокулум се полнат до врвот со синтетички медиум (со сите додадени хранливи материи). рН на медиумот се прилагодува на 7,0-7,8 со раствор на NaHCO 3. Шишињата се затвораат со алуминиумски капачиња, се затвораат и се ставаат во термостат на температура од 28°C. Формирањето на кристали на кадмиум сулфид се случува на фолијата и делумно на дното на шишето. По одгледувањето, талогот се собира од фолијата и од дното на вијалата со центрифугирање и се суши на воздух. Примери за имплементација на пронајдокот во лабораториски услови се дадени подолу.

Чиста култура на SRB Desulfovibrio sp. А2 беше култивиран на синтетичка средина која содржи двовалентен кадмиум во концентрација од 150 mgCd/L и алуминиумска фолија. Кристалите од кадмиум сулфид се добиени на фолијата и делумно на дното на шише од 120 ml. Вијалите со алуминиумска фолија беа стерилизирани на сува топлина во стерилизатор на 160°C за 2,2 часа.

Сеидбата се вршеше во стерилна хауба со ламинарен проток, која претходно беше дезинфицирана со ултравиолетова светлина 30 минути. Пред сеидбата, синтетичката средина (Табела 1) беше доведена до вриење и потоа брзо се олади под проточна ладна вода за да се отстрани растворениот кислород. Хранливи материи (табела 2) (на 1 литар) се додаваат во медиумот изладен на собна температура во следнава низа: витамини (2 ml), солен раствор (10 ml), раствор на кофактор (1 ml), органски супстрат - лактат (1 ,6 ml), раствор на NaHCO 3 (pH прилагоден на 7,0-7,8), раствор на натриум сулфид (2 ml). Додаден е максимален раствор на кадмиум (CdCl 2 × 2,5 H 2 O 2 g на 100 ml вода) во количина од 16,72 ml на 1 литар синтетичка средина (така, концентрацијата на кадмиум во медиумот од 150 mg/l била постигне).

Околу 50 ml синтетичка средина со додадени адитиви и 10 ml инокулум (бактериска култура) беа додадени во ампулите со фолија, по што медиумот беше додаден на врвот. Гумените затворачи беа мелени до рабовите на вијалите со помош на стерилна игла, што ја намалуваше веројатноста за пенетрација на воздушен кислород. На крајот од сеидбата, шишињата се затвораа со алуминиумски капачиња, шишето се затвораше со машина за шиење и термостатот беше поставен на температура од 28°C. Кристализацијата на кадмиум сулфидот започнува по 10 дена од одгледувањето; со одгледување 18 дена, кадмиум сулфидот целосно се кристализира. Создадениот талог се собира од фолијата и од дното на вијалата со центрифугирање и се суши на воздух. Масата на формираниот талог е 0,38 g.

Формираните седименти беа проучувани со помош на електронска микроскопија за скенирање (Philips SEM515 со анализатор EDAX ECON IV). Кристалната фаза беше одредена со анализа на фаза на Х-зраци со помош на дифрактометар Shimadzu XRD 6000.

Големината на кристалот се одредува со скенирање електронски микроскоп, изнесуваше 50-300 µm, Слика 1 - микрографи (SEM) на седименти добиени за време на одгледувањето на Desulfovibrio sp. А2 во присуство на Cd јони (150 mg/l) во тек на 18 дена, и соодветниот емф. Преципитати добиени со одгледување на сојот Desulfovibrio sp. А2, содржеше кадмиум, сулфур, железо, кислород, јаглерод и натриум, а јаглеродот и кислородот доаѓаа од јаглеродниот супстрат на кој лежеше примерокот. Односот на елементи е претставен во Табела 3 - елементарен состав на седименти добиени при одгледување на Desulfovibrio sp. A2 во присуство на Cd јони (150 mg/l) во тек на 18 дена (елементите C и O доаѓаат од подлогата на која лежеше примерокот).

При проучување на седименти со помош на анализа на фаза на Х-зраци, формирањето на кристален кадмиум сулфид беше прикажано во рок од 18 дена (Слика 2 - шема на дифракција на седименти добиени со одгледување Desulfovibrio sp. A2 во присуство на почетна концентрација на Cd (150 mg/l ) за 18 дена Ознаки на шемата на дифракција : CdS - кадмиум сулфид).

Во контролните седименти добиени за време на инкубацијата без додавање инокулум, не е забележана кристална фаза и главните елементи беа кадмиум и кислород. Методот што го предлагаме вклучува можност за користење на отпадни води и течен отпад од рударски и преработувачки металуршки претпријатија како синтетички медиум за производство на кадмиум сулфид.

Табела 1
Реагенс	Концентрација, mg/l
Na2SO4	4000

MgCl 2 6H 2 O	400

NaCl (25%)	0,0125*
FeSO 4 * 7H 2 O	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 * 7H 2 O	750
H2O	1 л
* - ml/l

табела 2
Раствор (количина нанесена на 1 литар синтетички медиум)
	Реагенс	Концентрација

	4-аминобензоева киселина	4 mg/l
	Биотин (витамин H)	1 mg/l
	Никотинска киселина (витамин Б5)	10 mg/l
1. Витамини (2 ml/l)	Калциум пантотенат (витамин Б3)	5 mg/l
	Пиридоксин дихидрохлорид (витамин Б6)	15 mg/l
	Цијанокобаламин (витамин Б 12)	5 mg/l
	Тиамин (витамин Б1)	10 mg/l
	Рибофлавин (витамин Б2)	0,5 mg/l
	Фолна киселина	0,2 mg/l
	KH 2 PO 4	20 g/l
	NH4Cl	25 g/l
2. Солен раствор (10 ml/l)	NaCl	100 g/l
2. Солен раствор (10 ml/l)	KCl	50 g/l
	CaCl2	11,3 g/l
	H2O	1 л
3. Кофакторски раствор (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. Раствор на лактат (1,6 ml/l)
	Лактат	40%

5. Раствор на Na 2 S (2 ml/l)
	Na 2 S×9H 2 O	4,8 гр

Табела 3
Елемент	Тежинска фракција (Wt%)	Атомска фракција (At%)
СО	7,56	15,1
О	2,75	4,1
Na	0,41	0,4
С	23,3	44,5
Cd	64,7	35,4
Fe	1,28	0,5

ПОБАРУВАЊЕ

Метод за производство на кристален кадмиум сулфид со ставање на бактерии кои намалуваат сулфати во синтетичка средина која содржи метали со додавање на хранливи материи, вклучувајќи раствори на витамини, соли, кофактори, кои се карактеризираат со тоа што за време на одгледувањето се користат бактерии кои намалуваат сулфати Desulfovibrio sp. А2, користете синтетичка средина која содржи извор на јони на кадмиум - раствор на кадмиум хлорид, а концентрацијата на јони на кадмиум во синтетичката средина е 150 mg/l, додека алуминиумската фолија се става во садот за одгледување, одгледувањето се врши на температура од 28°C во тек на 18 дена, а седиментот кој содржи кристали на кадмиум сулфид собрани од фолијата и од дното на шишето се суши.

Кадмиум сулфидот е еден од најпроучените полупроводнички материјали со тенок филм. Депонирањето на слоеви погодни по квалитет за производство на соларни ќелии се врши со користење на различни методи. Тие вклучуваат: вакуумско испарување, атомизација проследено со пиролиза, јонско распрскување, молекуларен зрак и гасовита епитаксија, квази ограничен волуменски транспорт на гас, таложење на хемиска пареа, печатење на екран, таложење раствор, анодизација и електрофореза.

3.2.7.1 Структурни својства

Филмовите добиени со вакуумско испарување и наменети за создавање соларни ќелии обично имаат дебелина од 15...30 μm, а нивното таложење се врши со брзина од 0,5...3 μm/min на температура на подлогата од 200. ..250 °C и температура на испарувачот 900...1050 °C. Под овие услови, филмовите се кристализираат во вурцитната структура и се ориентирани на таков начин што рамнината (002) е паралелна, а оската c е нормална на површината на подлогата. Како што е прикажано на сл. 4.2, филмовите имаат колонозна структура, при што секоја колона претставува посебно зрно. Големината на зрната кај таквите филмови обично варира од 1 до 5 μm, иако се пријавени поголеми зрна со големина до 10 μm. Треба да се напомене дека потенки филмови се состојат од помали погрешно ориентирани зрна. На кристалната структура и микроструктурата на филмовите значително влијае температурата на подлогата за време на процесот на таложење.

Vankar et al. кристална решеткафилмовите во голема мера се одредени од нивната температура на таложење. Филмовите добиени на температура на подлогата во опсег од собна температура до 150 °C имаат сфалеритна структура, додека на температура на подлогата од 170 °C и повисока, филмовите се кристализираат во структура на вурцит. Во температурен опсег од 150 до 170 °C, филмовите имаат двофазна структура која се состои од мешавина од сфалерит и врцит. При температури на таложење еднакви или над 200 °C, се формираат филмови со повластена ориентација на зрната. Зголемувањето на температурата на таложење на филмот доведува до зголемување на големината на зрната. Димензиите на површинските неправилности на филмовите прво се зголемуваат со зголемување на температурата на подлогата, а потоа се намалуваат на температури над 150 °C, веројатно поради повторено испарување. Школки беа пронајдени во филмови депонирани на температури над 200 °C.

За да се добијат зрна со големини до 100...800 микрони, Fraaz и сор. беше забележана колонозна микроструктура на филмовите. Според резултатите на Амит, со зголемување на дебелината на филмот, се забележува зголемување на зрната, зголемување на степенот на нивната преференцијална ориентација, како и степенот на ориентација на оската c во насока на испарувачот; Покрај тоа, големината на површинските неправилности се зголемува. Хол забележува дека во филмовите веднаш по таложењето, c-оската на зрната обично се отстапува од нормалната кон површината на подлогата за просечен агол од 19°. Кривата на распределба на аголот на отстапување на оската c во однос на просечната вредност има мазна форма, а половина ширина на распределбата на нивото што одговара на половина од максимумот е 10...12°. Како резултат на последователна термичка обработка на филмовите на температура од 190 °C и висок притисок, половината ширина на наведената дистрибуција на полу-максималното ниво се намалува на 3 °.

Врз основа на резултатите од електронските микроскопски студии, Ценг заклучил дека горниот слој на филмови со вурцитна структура содржи зрна со наклонети граници и нивниот агол на погрешна ориентација варира од 9 до 40 °. Главниот дел од границите на зрната е паралелен едни со други. Даре и Парик забележале дека степенот на уредување на структурата, совршенството на кристалната решетка и квалитетот

Поставувањето на кристалитот се зголемува кога се создава подлабок вакуум при таложење на филмот.Ромео и сор. Авторите го покажаа тоа филмови Висок квалитетможе да се добие преку широк опсег на соодноси на концентрации; сепак, соодносот од 1,5 дава најдобри резултати. Дополнително, филмовите во кои концентрацијата на допантот (во овој случај, индиум) ја достигнува границата на растворливост имаат посовршена кристална структура.

Најважниот параметар кој влијае на кристалографските карактеристики и микроструктурата на филмовите добиени со прскање проследено со пиролиза е температурата на подлогата за време на процесот на таложење. Меѓутоа, големината на зрната и степенот на нивната ориентација (ако расте наредена структура) зависат и од голем број други фактори, вклучувајќи го составот на солта содржана во испрсканиот раствор, односот на концентрациите на катјони и анјони. , како и типот на допант.

Ориз. 3.14 го илустрира влијанието на односот на концентрациите на температурата на подлогата, дебелината на филмот, допантот, присуството на други слоеви на подлогата и жарењето извршено по таложењето врз степенот на ориентација на филмот. Треба да се забележи дека овие резултати не се општи во природата и дека различни автори под слични услови на таложење добиле филмови со различни ориентациски насоки. Филмови депонирани со користење на раствор на сол оцетна киселина, се состои од многу ситни зрна. При употреба на раствори од хлорид се формираат поголеми зрна со одредена ориентација на оската c. Вообичаено, во филмовите добиени со прскање проследено со пиролиза, големината на зрната е, меѓутоа, според извештаите на некои автори, може да достигне присуство на нечистотии како што придонесува за зголемување на зрната; нерастворливите нечистотии, како што се , присутни во која било значајна концентрација, ја спречуваат рекристализацијата на филмовите и исто така предизвикуваат нагло намалување на големината на зрната и нарушување на нивната преференцијална ориентација.

Поради врнежите на границите на зрната, површината на филмовите добива лавиринтска структура. Површинскиот релјеф на фолии од неподмачкан кадмиум сулфид и со нечистотија е прикажан на сл. и Бубе забележуваат дека филмовите се депонираат со прскање проследено со

(кликнете за да го видите скенирањето)

пиролиза на подлоги со ниски и високи температури, кристализира во структурата на сфалерит и вурцит, соодветно. Сепак, според Banerjee et al., типот на новите кристална структуране зависи од температурата на таложење на филмот. Карактеристичните својства на филмовите добиени со овој метод се нивната висока адхезија на подлогата и присуството на континуитет дури и при мала дебелина.

За филмови депонирани со употреба на јонско прскање, повеќе висок степенориентација на оската c во споредба со филмовите добиени со вакуумско испарување. Дополнително, со нивната идентична дебелина, филмовите создадени со јонско распрскување содржат помал број на прекумерни пори. Овие филмови обично се состојат од помали зрна; сепак, тие имаат колонозна структура. Филмовите формирани за време на јонско распрскување секогаш се кристализираат во хексагонална структура со доминантна ориентација на оската c во однос на нормалната на површината на подлогата. Пил и Мареј забележуваат дека со овој метод на таложење на филмот, тие содржат јонизирани гасни честички заробени за време на процесот на растење, при што се возбудува празнење. Мичел и сор., користејќи таложење за транспорт на гас во квази-затворен волумен, добија филмови со дебелина од 1...3 μm со големина на зрно во истиот опсег и не најдоа врска помеѓу големината на зрната и температурата на подлогата Според резултатите на Јошикава и Сакаи, температурата на подлогата има влијание врз морфологијата на површината на фолии депонирани со овој метод, а за да се добие мазна површина подлогата мора да се загрее на висока температура. Сепак, на многу високи температури, се забележува раст на кристалот од мустаќи. При таложење на филмови за транспорт на гас во квази затворен волумен, оската c на нивната кристална решетка е насочена речиси нормално на рамнината на подлогата.

Добиени се епитаксијални филмови на подлоги од спинел Филмовите кои се одгледуваат со епитаксија со молекуларен сноп на површината на спинелот имаат вурцитна структура, а кога се користат подлоги од сфалеритна структура. Методот на гасна епитаксија беше користен за таложење на еднокристални слоеви на хексагонални

модификации на (111), (110) и (100) лицата на кристалите, забележани се следните типови на хетероепитаксијален раст:

Филмовите депонирани од растворот се состојат од мали зрна кои не се поголеми по големина.Кога стапката на раст на филмот се намалува и температурата на бањата се зголемува, се формираат поголеми зрна. Структурата на филмовите што се одгледуваат на овој начин може да се промени во зависност од условите на таложење. Филмовите добиени од раствор кој содржи сложено соединение, при промена на параметрите на процесот на таложење, се кристализираат во сфалерит, вурцит или мешана структура, додека употребата на раствори што содржат сложени соединенија секогаш доведува до формирање на филмови со вурцитна структура со c оска нормална на подлогата .

3.2.7.2 Електрични својства

Промената на условите на таложење драматично ги менува електричните својства на тенките филмови.Филмите произведени со вакуумско испарување и користени во соларни ќелии обично имаат отпорност од Ohm cm и концентрација на носач од . Филмовите секогаш имаат спроводливост од типот, што се должи на отстапувањето на нивниот состав од стехиометриските поради присуството на празни места на сулфур и прекумерна количина на кадмиум. Мобилноста на превозникот е . Според резултатите од мерењето, должината на дифузија на малцинските носители во филмовите депонирани со вакуумско испарување варира од 0,1 до 0,3 μm. Концентрацијата на носачот се зголемува со зголемување на стапката на раст на филмот и зголемување на дебелината на филмот 1113]; во овој случај, се забележува соодветно намалување на отпорноста.

Електрични својствафилмовите во голема мера зависат од односот на атомските концентрации за време на процесот на испарување, како и од присуството на допанти. Филмовите допирани за време на таложење со сооднос на концентрација од 1,5 се одликуваат со највисоките електрични и структурни карактеристики. Вредностите на ниска отпорност што достигнуваат Ohm cm со мобилност на носачот се добиени за филмови со концентрација на индиум еднаква на Сл. Слика 3.15 ја покажува зависноста на отпорноста и мобилноста на носителите од односот на концентрацијата

Ориз. 3.15. Зависност на отпорноста и мобилноста на носачот во филмовите добиени со вакуумско испарување и допирани со индиум од односот на атомските концентрации во концентрацијата на концентрација на проток на пареа

за два филма со различни концентрации депонирани со вакуумско испарување. Ванг објави дека со зголемување масен уделприближно додека концентрацијата на носителите не се зголеми за речиси три реда на големина, а нивната подвижност исто така значително се зголемува. При поголема содржина на допант, концентрацијата на носачите не се зголемува, а нивната подвижност малку се намалува. Сепак, при ниски нивоа на индиум допинг, филмовите се карактеризираат со ниски вредности и на концентрацијата на носачот и на мобилноста. При таложење на допирани филмови (со содржина на индиум од -2%), концентрацијата на носачите и нивната подвижност, како што е прикажано на сл. 3.16, многу малку зависат од температурата на подлогата во широк температурен опсег. Допинг филмовите со бакар доведуваат до спротивен ефект - намалување на концентрацијата на носачот и зголемување на отпорноста за неколку реда на големина. Покрај тоа, мобилноста на електроните се намалува.

Неколку автори го проучувале механизмот на транспорт на носителите на полнеж во филмови произведени со вакуумско испарување. Дапи и Касинг ги поврзуваат особеностите на електричните својства на филмовите со доминантното влијание на длабоките нивоа од ист тип, чија појава е предизвикана од празни места на сулфур. Енергетските карактеристики на овие нивоа се одредуваат според бројот на слободни места за сулфур, а доколку нивната концентрација е ниска, тогаш локалните нивоа

Ориз. 3.16. Зависност на концентрацијата и мобилноста на носачот од температурата на подлогата за недопирани и допирани филмови со индиум добиени со дискретно испарување.

отстранети од работ на проводната лента за приближно Пријавено е дека при висока концентрација на празни места, се формира лента за нечистотија. Дер и Виг открија ниво на енергијасо енергија на активирање и Бубе забележуваат дека во филмовите добиени со испарување и кои содржат плитки донорски нивоа, во отсуство на осветлување, концентрацијата на електроните во температурниот опсег од 200 до 330 К е практично независна од температурата. Енергијата на активирање, пронајдена од температурната зависност на концентрацијата на електроните, варира од до Според температурната зависност на мобилноста на носачот, чиј предекспоненцијален фактор е еднаков на вредностите на енергијата за активирање се движат од 0,11 до 0,19 eV. Во филмовите депонирани со овој метод, процесот на пренос на носителите на полнеж е значително под влијание на структурните својства и електричните карактеристики на границите на зрната. Филмовите веднаш по испарувањето се нечувствителни на светлина. Меѓутоа, по воведувањето на бакарни атоми во филмот (со дифузија), се забележува значителна фотоспроводливост и под услови високо нивофотоексцитација, концентрацијата на електрони се покажува дека е помала и нивната подвижност е поголема отколку во филмовите што не содржат бакар.

Електричните својства на филмовите добиени со прскање проследено со пиролиза се одредуваат главно од особеностите на процесот на хемосорпција на кислород на границите на зрната, придружени со намалување на двете

концентрација и мобилност на носители. Поради присуството на празни места за сулфур, таквите филмови секогаш имаат спроводливост од типот, а нивната отпорност може да варира во многу широк опсег, да се разликува до осум реда на големина. Последователно жарење на филмовите во воздухот доведува до зголемување на нивната отпорност до приближно и појава на силна фотоспроводливост. Според мерењата извршени во лабораторијата на авторите, приближно 1 ms по вклучувањето на изворот на светлина со интензитет, спроводливоста на филмовите се зголемува за фактор. Како резултат на вакуумско жарење на филмовите, нивната отпорност се намалува до , а фотоспроводливоста исто така се гаси, што укажува на реверзибилност на процесите на хемисорпција и десорпција на кислородот. Зависноста на отпорноста на филмот од температурата на жарење е илустрирана на сл. 3.17, а.

Детална експериментална студија за параметрите на процесот на пренос на електрони во филмови е спроведена од неколку автори. Ма и Буеб ја открија осцилаторната природа на промените во електричната спроводливост, концентрацијата на носачот и нивната подвижност во зависност од температурата на таложење на филмовите. Стапката на ладење на филмовите (на крајот на нивниот раст) влијае на кинетиката на хемисорпцијата и затоа влијае и на процесот на пренос на електрони. Квок и Сју, кои ги проучувале филмовите произведени со прскање проследено со пиролиза, забележуваат дека со зголемување на нивната дебелина, придружено со зголемување на зрната, се зголемува темната концентрација и мобилноста на носачите. На сл. Слика 3.17б ја покажува зависноста на концентрацијата и мобилноста на носачот од дебелината на филмот во присуство и отсуство на осветлување. Мерења на ефектот Хол и термо-емф. Со. во осветлените примероци покажуваат дека под влијание на светлината има промена во концентрацијата или мобилноста на носителите, а можеби и двата параметри истовремено. Која од нив се менува во поголема мера зависи од релативното влијание на својствата на микроструктурата (големина на зрната) и термичка обработка на депонираниот филм (присуство на хемосорбиран кислород) врз тековниот процес на проток. Според мерењата, должината на дифузијата на дупките во филмовите добиени со прскање проследено со пиролиза е 0,2...0,4 μm.

Филмовите веднаш по таложењето со јонско распрскување имаат висока отпорност, која достигнува 108 Ohm-cm. Заедничкото распрскување произведува филмови со отпорност од 1 Ohm-cm и мобилност на носачот приближно еднаква на

Ориз. 3.17. Температурни зависноститемна отпорност на фолии депонирани со прскање проследено со пиролиза, при жарење во вакуум и во атмосфера на различни гасови (а). Точката А ја одредува отпорноста на филмовите веднаш по таложењето, кривата на промената на отпорноста на филмовите за време на жарењето во вакуум, кривата на отпорноста на филмовите заковани во вакуум или атмосферата на инертни гасови, измерени на различни температури, точка на отпорност на фолии заковани во вакуум измерени на собна температура.вакуум.

Зависност на мобилноста и концентрацијата на носачите од дебелината на филмовите добиени со прскање проследено со пиролиза на светлина и во темница.

Лихтенштајгер добил допирани филмови од типот со подвижност на отворите. зависи од температурата на подлогата во процесот на нивното таложење.Во однос на електричните својства на филмовите добиени со јонско прскање, тие се слични на филмовите создадени со испарување.Пил и Мареј го користат ефектот Пул-Френкел за да ги интерпретираат резултатите од мерењата на спроводливоста во силно електрично поле.Според податоците на Хил, во депонираните филмови

користејќи јонско распрскување и носители со висока подвижност, должината на дифузијата на електроните е

Филмовите добиени со хемиско таложење од растворот имаат спроводливост од типот, а нивната отпорност, која е , по жарењето во вакуум се намалува на . Ова намалување на отпорноста, исто така карактеристично за филмовите создадени со прскање, е поврзано со десорпција на кислород. Последователно загревање на филмовите во воздух или во атмосфера на кислород може да доведе до враќање на првобитните вредности на отпорност. Според експерименталните податоци на Pawaskar et al., во осветлените примероци концентрацијата на носачите е приближно еднаква и нивната подвижност е приближно еднаква на . Како резултат на жарење во воздухот, филмовите депонирани од растворот добиваат висока фотосензитивност. Филмовите произведени со печатење на екран, исто така, имаат висока фотосензитивност, а односот на отпорност во отсуство и присуство на осветлување (при интензитет на зрачење е за нив Филмовите депонирани со електрофореза имаат отпорност во рамките на .

Епитаксијалните филмови се карактеризираат со многу висока подвижност на носачот. Електричните својства на филмовите епитаксиално депонирани на подлогите на GaAs за време на хемиска транспортна реакција во квази-затворен волумен во голема мера зависат од условите на нивниот раст, најзначајно од температурата на подлогата. Како што се зголемува температурата на подлогата, концентрацијата на носачот се зголемува експоненцијално. Ова исто така ја зголемува мобилноста на електроните. Максимумот од добиените вредности на мобилност е Кога температурата на подлогата варира, отпорноста на филмовите може да варира од до . Недопрени епитаксијални филмови депонирани со епитаксија на молекуларен зрак имаат отпорност што се намалува експоненцијално со зголемување на температурата и се карактеризираат со енергија на активирање од 1,6 eV. Во филмовите допирани со индиум, концентрацијата на носачите е и нивната подвижност во хала е - Епитаксијалните филмови добиени со хемиски метод од фазата на пареа, веднаш по таложењето, имаат отпорност. Греењето филмови во атмосфера или на температура од 400 °C доведува до намалување на отпорноста на вредностите. Подвижноста на носачот во филмовите со висока отпорност е

Ориз. 3.18. Спектрални зависности на индексите на рефракција и апсорпција на филмовите добиени со вакуумско испарување на три различни температури на подлогата. 1 - собна температура;

3.2.7.3 Оптички својства

Оптичките својства на филмовите значително зависат од нивната микроструктура и, следствено, од условите на таложење. За време на испарувањето, се формираат мазни спекуларно рефлектирачки филмови, но како што се зголемува нивната дебелина, релјефот на површината станува погруб, а рефлексијата на зрачењето од дебели филмови е главно дифузна по природа. Кваја и Томлин ја измерија рефлексијата и пропустливоста на филмовите депонирани со испарување и ги утврдија нивните оптички константи во опсегот на бранова должина 0,25...2,0 μm, земајќи го предвид ефектот на расејување на зрачењето по површината.

Анализата на добиените резултати (види Сл. 3.18) покажува дека апсорпцијата на светлина со енергија од 2,42...2,82 eV е придружена со директни оптички транзиции, а при енергии што надминуваат 2,82 eV, можни се и директни и индиректни транзиции. Вредностите зависат од температурата на подлогата при таложење на филмот. При висока температура на подлогата, која обезбедува раст на големи зрна, индексот на рефракција на филмот се приближува до вредноста карактеристична за еднокристален материјал. Филмовите создадени со јонско распрскување имаат регион на остри промени во пропустливоста на бранова должина од околу 0,52 μm, што одговара на јазот на опсегот. Во регионот со долга бранова должина на спектарот, филмовите имаат висока транспарентност. Во филмовите произведени со прскање проследено со пиролиза, јазот на лентата и спектралната положба на работ на главната лента за апсорпција не зависат од микроструктурата. Пропорцијата на дифузно рефлектираната светлина и, според тоа, транспарентноста на филмовите

Ориз. 3.19. Спектрални зависности на пропустливоста на филмовите депонирани со прскање проследено со пиролиза под различни услови - температура на подлогата; дебелина на филмот; сооднос на атомска концентрација

се одредуваат како што е прикажано на сл. 3.19, нивната дебелина, температурата на подлогата и односот на концентрацијата.Како што се зголемува дебелината на филмот, преовладува дифузната рефлексија на зрачењето, но таа е ослабена во филмовите што се одгледуваат на покачени температури (поради зголемувањето на големината на зрната и степенот на нивната ориентација). При многу високи температури на таложење (поверојатно), се јавува значителна промена во кинетиката на растот на филмот, како резултат на што нивната површина станува груба и го расфрла зрачењето.

Берг и други забележуваат дека карактеристиките на структурата на зрната и морфологијата на филмовите (дебели 3...4 μm), депонирани со прскање проследено со пиролиза, предизвикуваат силно расејување на светлината и големи вредности на ефективниот коефициент на апсорпција на бранови должини при енергии помали од јазот во опсегот. За филмовите депонирани од растворот, раб на оптичка апсорпција лежи во истиот регион со бранова должина како оној на масивните кристали на кадмиум сулфид. Меѓутоа, поради дифузното расејување на светлината од филмови со ситно-грануларна структура, спектралната зависност на коефициентот на апсорпција во овој регион има многу порамна, помазна форма.

3.2.7.4 Филмови од легура...

Структурните, електричните и оптичките својства на легираните филмови се најзначајно под влијание на нивниот состав. Легурните филмови се произведуваат со вакуумско испарување, прскање проследено со пиролиза и јонско распрскување. Како по правило, во целиот можен опсег на нивните релативни концентрации тие формираат цврст раствор, и без оглед на методот на таложење, во концентрации кои се движат до слојот од легура, тие кристализираат во структурата на вурцит. Ако концентрацијата надминува 80%, тогаш филмовите имаат кубна сфалеритна структура. Кога ќе се концентрираат, филмовите се кристализираат во двете од овие структурни модификации. Во случај на таложење на филмот со вакуумско испарување во концентрација подолу, се формира кристална решетка од вурцит со оската c нормална на рамнината на подлогата.

Ванкар и други откриле дека типот на кристалната структура и параметрите на решетката на филмовите добиени со испарување во голема мера се одредени од нивната температура на таложење. Параметарот на решетката a непречено се менува со варијации во составот на филмот (види Сл. 3.20, а). Кејн и други известуваат дека кај овие композиции, каде што филмовите се мешавина од вурцит и кубна фаза, растојанието помеѓу кристалографските рамнини (002) на шестоаголната структура и (111) од кубната структура е исто. Затоа, за кој било состав на легура, кубната структура може да се карактеризира со еквивалентни параметри a и c на хексагонална ќелија, кои се одредуваат со пресметка. Постоењето на врска помеѓу параметрите на кристалната решетка на легираните филмови и температурата на таложење квалитативно се објаснува со отстапувањето на нивниот состав од стехиометриските поради вишокот на атоми на метал.

Добиени со прскање проследено со пиролиза, тие непречено варираат во зависност од составот. Легираните филмови депонирани на овој начин претставуваат единечна кристална фаза (хексагонална или кубна), чиј тип се одредува според составот на филмовите. За разлика од легираните филмови депонирани со вакуумско испарување, својствата на кристалната структура на филмовите добиени со прскање не зависат од температурата на таложење. Кога концентрацијата на цинк е помала од филмовите

Ориз. 3.20. г. Зависност на јазот на оптичкиот опсег на филмовите од параметарот.

со прскање, односот на нивните вредности за електрична спроводливост во присуство и отсуство на осветлување е 104 за филмови од чист кадмиум сулфид и 1 за филмови од чист цинк сулфид. Овие резултати се претставени на сл. 3.20, б. Темната отпорност на овие филмови се зголемува со зголемување на концентрацијата. Како резултат на жарењето, отпорноста на легираните фолии се намалува, додека, како што може да се види од сл. 3,20 V, ефектот на жарење е максимален за чисти филмови и е занемарлив за

Што се однесува до оптичките карактеристики на легираните филмови, тие непречено се менуваат со варијации во составот. Филмовите од која било композиција се полупроводници „директен јаз“, а зависноста на јазот на лентата од композицијата кога преминува од чиста во чиста, како што следува од сл. 3,20 g, различно од линеарно. Набљудуваното зголемување на јазот на опсегот со зголемување на концентрацијата во легурата придонесува за зголемување на напонот на отворено коло на соларните ќелии врз основа на

Вовед

CdS е основата на модерната IR технологија, бидејќи нејзиниот спектар на фотосензитивност го покрива прозорецот за атмосферска транспарентност (8-14 µm), во кој емитираат сите еколошки објекти. Ова му овозможува да се користи во воени работи, екологија, медицина и други гранки на човековата активност. Денес, CdS се произведува во филмска форма со хидрохемиски метод.

Карактеристики на кадмиум сулфид

Дијаграмот на системот Cd - S не е конструиран, системот има едно соединение CdS, кое постои во две модификации: b (шестоаголна) и c (кубна). CdS природно се јавува во форма на минерали гренокит и хаулиит.

Кристална структура

Соединенијата од типот A II B VI обично се кристализираат во структурата на сфалерит или вурцит. Структурата на сфалеритот е кубна, тип B-3, просторна група F4 3m (T d 2). Структурата на вурцитот е хексагонална, тип B-4, просторна група P 6 3 mc (C 6v 4). Овие структури се многу слични едни на други; тие имаат ист број на атоми и во првата и во втората координативна сфера - 4 и 12, соодветно. Меѓуатомските врски во тетраедарите од двете модификации се многу блиски.

Кадмиум сулфидот е добиен и со сфалеритни и со вурцитни структури.

Термодинамички и електрофизички својства

Кадмиум сулфидот е еднострана фаза со променлив состав, секогаш поседува вишок на кадмиум. Кога се загрева до 1350 °C, кадмиум сулфидот сублимира при атмосферски притисок без да се топи; во вакуум на 180 °C се дестилира без топење и без распаѓање; под притисок од 100 atm се топи на температура од околу 1750 °C. Степенот на дисоцијација на кадмиум на температури над 1000°C достигнува 85-98%. Топлина на формирање на CdS D H 298 0 = -34,71 kcal/mol.

Во зависност од условите на подготовка и термичка обработка, својствата на CdS може да бидат различни. Така, кристалите одгледувани во вишок на пареа на кадмиум имаат значително повисока топлинска спроводливост од кристалите што се одгледуваат во услови на стехиометриски состав. Отпорноста на CdS, во зависност од различни фактори, може да варира во широки граници (од 10 12 до 10 -3 оми*м).

Растворливоста на кадмиумот во вода е незначителна: 1,5 * 10 -10 mol/l.

Традиционално, кадмиум сулфидот се користел како боја. Тоа може да се види на сликите на такви големи уметници како Ван Гог, Клод Моне, Матис. ВО последните годиниИнтересот за него е поврзан со употребата на кадмиум сулфид како филмска обвивка за соларни ќелии и во фотосензитивни уреди. Оваа врска се карактеризира со добар омски контакт со многу материјали. Неговиот отпор не зависи од големината и насоката на струјата. Благодарение на ова, материјалот е ветувачки за употреба во оптоелектрониката, ласерската технологија и LED диоди.

општ опис

Кадмиум сулфид е неорганско соединение, кој природно се јавува во форма на ретките минерали цинкбленд и хаулиит. Тие не се од интерес за индустријата. Главниот извор на кадмиум сулфид е вештачката синтеза.

Од страна на изгледова соединение е прашок жолта боја. Нијансите може да варираат од лимон до портокалово-црвена боја. Поради својата светла боја и високата отпорност на надворешни влијанија, кадмиум сулфидот се користи како висококвалитетна боја. Супстанцијата стана широко достапна почнувајќи од 18 век.

Хемиска формуласоединенија - CdS. Има 2 структурни форми на кристали: хексагонални (вурцит) и кубни (цинк мешавина). Под влијание на висок притисок, се формира и трета форма, како камена сол.

Кадмиум сулфид: својства

Материјал со хексагонална решеткаста структура ги има следните физички и механички својства:

точка на топење - 1475 °C;
густина - 4824 kg/m3;
коефициент на линеарна експанзија - (4,1-6,5) μK -1;
цврстина на скалата Мохс - 3,8;
температура на сублимација - 980 °C.

Оваа врска е директен полупроводник. Кога се озрачува со светлина, неговата спроводливост се зголемува, што овозможува да се користи материјалот како фотоотпорник. Кога се допингува со бакар и алуминиум, се забележува ефект на луминисценција. CdS кристалите може да се користат во ласери со цврста состојба.

Растворливоста на кадмиум сулфидот во вода е отсутна, во разредените киселини е слаба, а во концентрирана хлороводородна и сулфурна киселина е добра. Во него добро се раствора и Cd.

Супстанцијата се карактеризира со следново Хемиски својства:

се таложи кога е изложен на раствор на водород сулфид или алкални метали;
кога се реагира со хлороводородна киселинаСе формираат CdCl2 и водород сулфид;
кога се загрева во атмосфера со вишок кислород, тој оксидира до сулфат или оксид (ова зависи од температурата во печката за печење).

Потврда

Кадмиум сулфидот се синтетизира на неколку начини:

за време на интеракцијата на пареата на кадмиум и сулфур;
при реакција на органосулфур и соединенија што содржат кадмиум;
таложење од растворот под влијание на H 2 S или Na 2 S.

Филмовите базирани на оваа супстанца се произведуваат со помош на специјални методи:

хемиски врнежи со користење на тиокарбамид како извор на сулфидни анјони;
атомизација проследена со пиролиза;
методот на епитаксија на молекуларен зрак, во кој кристалите се одгледуваат под вакуумски услови;
како резултат на процесот сол-гел;
со метод на јонско распрскување;
анодизирање и електрофореза;
со метод на печатење на екран.

За да се направи пигментот, преципитираниот цврст кадмиум сулфид се мие, се калцинира за да се добие хексагонална кристална решетка, а потоа се меле во прав.

Апликација

Бои базирани на оваа врскаимаат висока отпорност на топлина и светлина. Адитиви од селенид, кадмиум телурид и жива сулфид ви овозможуваат да ја промените бојата на прашокот во зелено-жолта и црвено-виолетова. Во производството на полимерни производи се користат пигменти.

Постојат и други области на примена на кадмиум сулфид:

детектори (снимачи) на елементарни честички, вклучително и гама зрачење;
транзистори со тенок филм;
пиезоелектрични трансдуктори способни да работат во опсегот на GHz;
производство на наножици и цевки, кои се користат како луминисцентни ознаки во медицината и биологијата.

Соларни ќелии од кадмиум сулфид

Соларните панели со тенок филм се еден од најновите пронајдоци во алтернативната енергија. Развојот на оваа индустрија станува сè поважен, бидејќи резервите на минерали што се користат за производство на електрична енергија брзо се трошат. Предностите на соларните ќелии базирани на кадмиум сулфид се следниве:

пониски материјални трошоци во нивното производство;
зголемување на ефикасноста на претворање на сончевата енергија во електрична енергија (од 8% за традиционалните типови на батерии до 15% за CdS/CdTe);
можност за генерирање на енергија во отсуство на директни зраци и користење на батерии во места со магла, на места со високо ниво на прашина.

Филмовите што се користат за производство на соларни ќелии се дебели само 15-30 микрони. Тие имаат грануларна структура, големината на елементите е 1-5 микрони. Научниците веруваат дека батериите со тенок филм во иднина ќе можат да станат алтернатива на поликристалните батерии поради нивните непретенциозни услови за работа и долг работен век.