Olovo cín telurid - Lead tin telluride

Olovo cín telurid, označované také jako PbSnTe nebo Pb1 − xSnXTe, je ternární slitina z Vést, cín a telur, obvykle vyráběné legováním buď cínu do olovo telurid nebo vést do cín telurid. Jedná se o úzkopásmovou mezeru IV-VI polovodičový materiál.

The mezera v pásmu Pb1 − xSnXTe je naladěn změnou složení (x) v materiálu. SnTe lze legovat pomocí Pb (nebo PbTe se Sn), aby bylo možné vyladit mezeru pásma od 0,29 eV (PbTe) až 0,18 eV (SnTe). Je důležité si uvědomit, že na rozdíl od II-VI chalkogenidy, např. kadmium, rtuť a chalkogenidy zinku, pásmová propast v Pb1 − xSnXTe se mezi dvěma extrémy lineárně nemění. Na rozdíl od toho, jak se zvyšuje složení (x), pásmová mezera se zmenšuje, v koncentračním režimu se blíží nule (0,32–0,65, což odpovídá teplotě 4–300 K) a dále se zvyšuje směrem k objemové pásmové mezeře SnTe.[1] Proto mají slitiny olova a cínu z teluridu olovo užší mezery mezi pásy než jejich protějšky v koncovém bodě, což z teluridu olova a cínu dělá ideálního kandidáta infračervený, Optoelektronická aplikace 3–14 μm.

Vlastnosti

Tellurid olovnatý je polovodič typu p při 300 K. Koncentrace díry se zvyšuje se zvyšujícím se obsahem cínu, což vede ke zvýšení elektrická vodivost. Pro rozsah složení x = 0 až 0,1 klesá elektrická vodivost se zvýšením teploty až na 500 K a zvyšuje se nad 500 K. Pro rozsah složení x ≥ 0,25 klesá elektrická vodivost se zvýšením teploty.

The Seebeckův koeficient Pb1 − xSnXTe klesá s nárůstem obsahu Sn při 300 K.

Pro složení x> 0,25, tepelná vodivost Pb1 − xSnXTe se zvyšuje se zvyšováním obsahu Sn. Hodnoty tepelné vodivosti se snižují se zvyšováním teploty v celém rozsahu složení, x> 0.

Pro Pb1 − xSnXTe, optimální teplota odpovídající maximálnímu termoelektrickému účiníku se zvyšuje s nárůstem složení x. Pseudobinární slitina teluridu olovnatého cínu působí jako a termoelektrický materiál přes 400–700 K. teplotní rozsah.[2]

Tellurid olovnatý má pozitivní účinek teplotní koeficient tj. pro danou kompozici x se mezera pásma zvyšuje s teplotou. Proto je třeba při práci s na bázi teluridu olova a cínu udržovat teplotní stabilitu laser. Výhodou však je, že v provozu vlnová délka laseru lze jednoduše vyladit změnou provozní teploty.

Optický absorpční koeficient teluridu olovnatého cínu je obvykle ~ 750 cm−1 ve srovnání s ~ 50 cm−1 pro vnější polovodiče, jako je dopovaný křemík.[3] Vyšší hodnota optického koeficientu zajišťuje nejen vyšší citlivost, ale také snižuje potřebnou vzdálenost mezi jednotlivými prvky detektoru, aby se zabránilo vytváření optického křížového hovoru integrovaný obvod technologie snadno přístupná.[4]

aplikace

Vzhledem k laditelné úzkopásmové mezeře a relativně vyšší provozní teplotě teluridu olovnatého cínu ve srovnání s teluridem rtuťnatým a kademnatým byl materiál volbou pro komerční aplikace v infračervených zdrojích, pásmové filtry a IR detektory.[4][5][6][7] Nalezl aplikace jako fotovoltaická zařízení pro snímání záření v okně 8-14 μm.[8][9]

Single Crystal Pb1 − xSnXTe diodové lasery byly použity pro detekci plynných znečišťujících látek jako oxid siřičitý.[10][11]

Telluridy olova a cínu byly použity v termoelektrických zařízeních.[12]

Reference

  1. ^ Dimmock, J. O .; Melngailis, I .; Strauss, A. J. (1966). "Struktura pásma a laserová akce v PbXSn1 − xTe ". Dopisy o fyzické kontrole. 16 (26): 1193. Bibcode:1966PhRvL..16.1193D. doi:10.1103 / PhysRevLett.16.1193.
  2. ^ Orihashi, M .; Noda, Y .; Chen, L. D .; Goto, T .; Hirai, T. (2000). "Vliv obsahu cínu na termoelektrické vlastnosti olova a cínu teluridu olova typu p". Journal of Physics and Chemistry of Solids. 61 (6): 919–923. Bibcode:2000JPCS ... 61..919O. doi:10.1016 / S0022-3697 (99) 00384-4.
  3. ^ Burstein, E .; Picus, G .; Sciar, N. (1954). "Optické a fotovodivé vlastnosti křemíku a germania". R. R. Breckenridge (ed.). Konference o fotovodivosti. New York: John Wiley & Sons. str. 353–409.
  4. ^ A b Mathur, D. P. (1975). "Nedávný vývoj infračerveného detektoru pro budoucí aplikace dálkových senzorů". Optické inženýrství. 14 (4): 351. Bibcode:1975OptEn..14..351M. doi:10.1117/12.7971844.
  5. ^ Yoshikawa, M .; Shinohara, K .; Ueda, R. (1977). "Nepřetržitý provoz přes 1500 h Pb Te/ PBSN Te dvojitý heterostrukturní laser při 77 K ". Aplikovaná fyzikální písmena. 31 (10): 699–701. doi:10.1063/1.89491.
  6. ^ Kasemset, D .; Rotter, S .; Fonstad, C. G. "Pb1 − xSnXTe / PbTe1-ySey zakryté heterostrukturní lasery přizpůsobené mřížce s výstupem CW Single mode ". doi:10.1109 / EDL.1980.25236. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  7. ^ Wakefield, S. L. (1971) „Výroba olovo-cín-teluridového materiálu pro infračervené detektory“. US patent 3 673 063
  8. ^ Rolls, W .; Lee, R .; Eddington, R. J. (1970). "Příprava a vlastnosti fotodiod olovo-cínových teluridů". Elektronika v pevné fázi. 13 (1): 75–78. Bibcode:1970SSEle..13 ... 75R. doi:10.1016/0038-1101(70)90011-0.
  9. ^ Oron, M .; Zussman, A .; Katzir, A. (1982). "Celoživotní mechanismy, tunelovací proudy a prahové hodnoty laserů diodových laserů PbSnTe". Infračervená fyzika. 22 (3): 171–174. doi:10.1016/0020-0891(82)90037-9.
  10. ^ Antcliffe, G. A. a Wrobel, J. S. (1972). "Detekce plynného znečišťujícího oxidu siřičitého s použitím proudově laditelných Pb (1-x) SNM (x) diodových laserů". Aplikovaná optika. 11 (7): 1548–1552. doi:10,1364 / AO.11.001548. PMID  20119184.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  11. ^ Antcliffe, G. A .; Wrobel, J. S. (1972). "Detekce plynného znečišťujícího oxidu siřičitého pomocí proudu laditelného Pb1-xSnMX Te Diode Lasers ". Aplikovaná optika. 11 (7): 1548–52. doi:10,1364 / AO.11.001548. PMID  20119184..
  12. ^ Hockings, Eric F a Mularz, Walter L (1961) „Termoelektrické kompozice a zařízení z teluridu olovnatého a teluridu“ US patent 3075 031