Polovodiče I-III-VI - I-III-VI semiconductors - Wikipedia
I-III-VI2 polovodiče jsou pevné polovodičové materiály, které obsahují tři nebo více chemické prvky patřící skupiny I, III a VI (Skupiny IUPAC 1/11, 13 a 16) periodická tabulka. Obvykle zahrnují dva kovy a jeden chalkogen. Některé z těchto materiálů mají a přímá bandgap, EG, přibližně 1,5 eV, což z nich činí účinné pohlcovače slunečního záření, a tedy potenciální solární panel materiály. Čtvrtý prvek se často přidává k I-III-VI2 materiál pro maximální vyladění pásma účinnost solárních článků. Reprezentativním příkladem je měď selenid india galia (CuInXGa(1–X)Se2, EG = 1,7–1,0 eV pro X = 0–1[1]), který se používá v měď india galium selenid solární články.
CuGaO2
CuGaO2 existuje ve dvou hlavních polymorfy, α a β. Forma α má delafossit krystalovou strukturu a lze ji připravit reakcí Cu2Ó s Ga2Ó3 při vysokých teplotách. Forma β má a wurtzite - jako krystalová struktura (vesmírná skupina Pna21); je metastabilní, ale vykazuje dlouhodobou stabilitu při teplotách pod 300 ° C.[3] Lze jej získat pomocí iontová výměna Na+ ionty v β-NaGaO2 předchůdce s Cu+ ionty v CuCl ve vakuu, aby se zabránilo oxidaci Cu+ na Cu2+.[2]
Na rozdíl od většiny I-III-VI2 oxidy, což jsou průhledné, elektricky izolující pevné látky s mezerou nad 2 eV, β-CuGaO2 má přímé pásmo 1,47 eV, což je příznivé pro aplikace solárních článků. Naproti tomu β-AgGaO2 a p-AgAlO2 mít nepřímý bandgap. Nedotovaný β-CuGaO2 je polovodič typu p.[2]
AgGaO2 a AgAlO2
Podobně jako CuGaO2, a-AgGaO2 a a-AgAlO2 mít delafossit krystalová struktura, zatímco struktura příslušných β fází je podobná wurtzitu (vesmírná skupina Pna2a). β-AgGaO2 je metastabilní a může být syntetizován iontovou výměnou s β-NaGaO2 předchůdce. Bandgaps β-AgGaO2 a p-AgAlO2 (2,2 a 2,8 eV) jsou nepřímé; spadají do viditelného rozsahu a lze je vyladit legováním pomocí ZnO. Z tohoto důvodu jsou oba materiály sotva vhodné pro solární články, ale mají potenciální použití v fotokatalýza.[2]
Na rozdíl od LiGaO2, AgGaO2 nemohou být legovány ZnO zahříváním jejich směsi kvůli Ag+ redukce na kovové stříbro; proto, magnetronové rozprašování AgGaO2 místo toho se používají cíle ZnO.[2]
LiGaO2 a LiGaTe2
Čisté monokrystaly β-LiGaO2 o délce několika palců lze pěstovat pomocí Czochralského metoda. Jejich štěpené povrchy mají mřížkové konstanty, které odpovídají konstantám ZnO a GaN a proto jsou vhodné pro epitaxní růst tenkých vrstev těchto materiálů. β-LiGaO2 je potenciál nelineární optika přímý bandgap 5,6 eV je příliš široký pro aplikace ve viditelném světle. Lze jej snížit až na 3,2 eV legováním β-LiGaO2 se ZnO. Ladění pásma je diskontinuální, protože ZnO a β-LiGaO2 nemíchejte, ale vytvořte Zn2LiGaO4 fáze, když je jejich poměr mezi ca. 0,2 a 1.[2]
LiGaTe2 krystaly do velikosti 5 mm lze pěstovat ve třech krocích. Nejprve jsou prvky Li, Ga a Te fúzovány v evakuované křemenné ampulce při 1250 K po dobu 24 hodin. V této fázi Li reaguje se stěnami ampule, uvolňuje teplo a je částečně spotřebováno. Ve druhém stupni se tavenina homogenizuje v uzavřené křemíkové ampuli, která je uvnitř potažena pyrolytickým uhlíkem, aby se snížila reaktivita Li. Teplota homogenizace je zvolena ca. 50 K nad bodem tání LiGaTe2. Krystaly jsou poté pěstovány z homogenizované taveniny Technika Bridgman – Stockbarger ve dvouzónové peci. Teplota na začátku krystalizace je několik stupňů pod LiGaTe2 bod tání. Ampule se pohybuje chladnou zónou rychlostí 2,5 mm / den po dobu 20 dnů.[4]
| Vzorec | A (A) | b (A) | C (A) | Vesmírná skupina | Hustota (g / cm3) | Bod tání (K) | Bandgap (eV) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| α-LiGaO2[6] | 2.92 | 2.92 | 14.45 | R3m | 5.07 | m | 5,6 d |
| β-LiGaO2[7] | 5.406 | 6.379 | 5.013 | Pna21 | 4.18 | m | 5,6 d |
| LiGaSe2[4] | Pna21 | ||||||
| LiGaTe2[4] | 6.33757(2) | 6.33757(2) | 11.70095(5) | Já43d | 940[8] | 2.41 | |
| LiInTe2[9] | 6.398 | 6.398 | 12.46 | Já42d | 4.91 | 1.5[4] | |
| CuAlS2 | 5.323 | 5.323 | 10.44 | Já42d | 3.47 | 2500 | 2.5 |
| CuAlSe2 | 5.617 | 5.617 | 10.92 | Já42d | 4.70 | 2260 | 2.67 |
| ŘEŠENÍ2 | 5.976 | 5.976 | 11.80 | Já42d | 5.50 | 2550 | 0.88 |
| p-CuGaO2[3] | 5.46004(1) | 6.61013(2) | 5. 27417(1) | Pna21 | m | 1,47 d | |
| CuGaS2 | 5.360 | 5.360 | 10.49 | Já42d | 4.35 | 2300 | 2.38 |
| CuGaSe2 | 5.618 | 5.618 | 11.01 | Já42d | 5.56 | 1970 | 0.96; 1.63 |
| VELKÁ2 | 6.013 | 6.013 | 11.93 | Já42d | 5.99 | 2400 | 0.82; 1.0 |
| CuInS2 | 5.528 | 5.528 | 11.08 | Já42d | 4.75 | 1400 | 1.2 |
| CuInSe2 | 5.785 | 5.785 | 11.56 | Já42d | 5.77 | 1600 | 0.86; 0.92 |
| CuInTe2 | 6.179 | 6.179 | 12.365 | Já42d | 6.10 | 1660 | 0.95 |
| CuTlS2 | 5.58 | 5.58 | 11.17 | Já42d | 6.32 | ||
| CuTlSe2 | 5.844 | 5.844 | 11.65 | Já42d | 7.11 | 900 | 1.07 |
| CuFeO2 | 3.035 | 3.035 | 17.166 | R3m | 5.52 | ||
| CuFeS2 | 5.29 | 5.29 | 10.32 | Já42d | 4.088 | 1135 | 0.53 |
| CuFeSe2[10] | 5.544 | 5.544 | 11.076 | P42c | 5.41 | 850 | 0.16 |
| CuLaS2 | 5.65 | 5.65 | 10.86 | Já42d | |||
| β-AgAlO2 | m | 2.8i | |||||
| AgAlS2 | 5.707 | 5.707 | 10.28 | Já42d | 3.94 | ||
| AgAlSe2 | 5.986 | 5.986 | 10.77 | Já42d | 5.07 | 1220 | 0.7 |
| AgAlTe2 | 6.309 | 6.309 | 11.85 | Já42d | 6.18 | 1000 | 0.56 |
| α-AgGaO2 | P63mc | 4,12 d[11] | |||||
| β-AgGaO2 | Pna2a | m | 2.2i | ||||
| AgGaS2 | 5.755 | 5.755 | 10.28 | Já42d | 4.72 | 1.66 | |
| AgGaSe2 | 5.985 | 5.985 | 10.90 | Já42d | 5.84 | 1120 | 1.1 |
| AgGaTe2 | 6.301 | 6.301 | 11.96 | Já42d | 6.05 | 990 | 1.32[4] |
| AgInS2 | 5.828 | 5.828 | 11.19 | Já42d | 5.00 | 1.18 | |
| AgInSe2 | 6.102 | 6.102 | 11.69 | Já42d | 5.81 | 1053 | 0.96; 0.52 |
| AgInTe2 | 6.42 | 6.42 | 12.59 | Já42d | 6.12 | 965 | 1.03[4] |
| AgFeS2 | 5.66 | 5.66 | 10.30 | Já42d | 4.53 | 0.88 [12] |
- m znamená metastabilní, d přímé a i nepřímé bandgap
Viz také
Reference
- ^ Tinoco, T .; Rincón, C .; Quintero, M .; Pérez, G. S. N. (1991). "Fázový diagram a mezery optické energie pro CuInyGa1−ySe2 Slitiny “. Physica Status Solidi A. 124 (2): 427–434. Bibcode:1991PSSAR.124..427T. doi:10.1002 / pssa.2211240206.
- ^ A b C d E F G h Omata, T .; Nagatani, H .; Suzuki, I .; Kita, M. (2015). „Ternární I – III – O odvozené z wurtzitu2 polovodiče ". Věda a technologie pokročilých materiálů. 16 (2): 024902. Bibcode:2015STAdM..16b4902O. doi:10.1088/1468-6996/16/2/024902. PMC 5036475. PMID 27877769.
- ^ A b Nagatani, H .; Suzuki, I .; Kita, M .; Tanaka, M .; Katsuya, Y .; Sakata, O .; Miyoshi, S .; Yamaguchi, S .; Omata, T. (2015). „Strukturální a tepelné vlastnosti ternárního polovodičového oxidu s úzkou mezerou; β-CuGaO odvozený z wurtzitu2". Anorganická chemie. 54 (4): 1698–704. doi:10.1021 / ic502659e. PMID 25651414.
- ^ A b C d E F Atuchin, V. V .; Liang, Fei; Grazhdannikov, S .; Isaenko, L. I .; Krinitsin, P. G .; Molokeev, M. S .; Prosvirin, I. P .; Jiang, Xingxing; Lin, Zheshuai (2018). "Negativní tepelná roztažnost a variace elektronické struktury chalkopyritového typu LiGaTe2". RSC zálohy. 8 (18): 9946–9955. doi:10.1039 / c8ra01079j.
- ^ Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92. vydání). Boca Raton, FL: CRC Press. str. 12,82 a 12,87. ISBN 1439855110.
- ^ Hoppe, R. (1965) Bull. Soc. Chim. Pá, 1115–1121
- ^ Konovalova E.A., Tomilov N.P. (1987) Russ. J. Inorg. Chem. 32, 1785–1787
- ^ Vasilyeva, Inga G .; Nikolaev, Ruslan E .; Krinitsin, Pavel G .; Isaenko, Ludmila I. (2017). "Fázové přechody nelineárního optického LiGaTe2 Krystaly před a po tání ". The Journal of Physical Chemistry C. 121 (32): 17429–17435. doi:10.1021 / acs.jpcc.7b04962.
- ^ Hönle, W .; Kühn, G .; Neumann, H. (1986). „Die KristallStruktur von LiInTe2". Zeitschrift für anorganische Chemie. 532: 150–156. doi:10.1002 / zaac.19865320121.
- ^ Woolley, J.C .; Lamarche, A.-M .; Lamarche, G .; Brun Del Re, R .; Quintero, M .; Gonzalez-Jimenez, F .; Swainson, I.P .; Holden, T.M. (1996). "Nízkoteplotní magnetické chování CuFeSe2 z údajů o neutronové difrakci ". Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 164 (1–2): 154–162. Bibcode:1996JMMM..164..154W. doi:10.1016 / S0304-8853 (96) 00365-4.
- ^ Vanaja, K. A .; Ajimsha, R. S .; Asha, A. S .; Rajeevkumar, K .; Jayaraj, M. K. (2008). "Pulzní laserová depozice α-AgGaO typu p."2 tenké filmy ". Tenké pevné filmy. 516 (7): 1426–1430. Bibcode:2008TSF ... 516.1426V. doi:10.1016 / j.tsf.2007.07.207.
- ^ Sciacca, B .; Yalcin, A.O .; Garnett, E. C. (2015). "Transformace Ag nanodrátů na polovodičové AgFeS2 Nanodráty ". Journal of the American Chemical Society. 137 (13): 4340–4343. doi:10.1021 / jacs.5b02051. PMID 25811079.
