Введение к работе
з
Актуальності, проблемы. Ртутный теллурид кадмия, общей формулы CdxHg|.,Te (KPT) - наиболее перспективный материал для фотопрнемннков и фотоприемных устройств ИК-иэлучения, которые используются для развития тепловидения. Кроме этого, материал КРТ находит применение как составляющая часть гетероструктурных преобразователей солнечной энергии.
Фотоэлектрическая энергетика является новым научно-техническим направлением развития народного хозяйства. Создание промышленного производства нетрадиционных источников энергии - одно из приоритетных научных направлений Республики Казахстан и её стратегии развития по программе 2030.
Полупроводниковые преобразователи позволяют создать электродвижущую силу за счет солнечного или любого другого излучения путем инициирования возникновения свободных носителей тока. Применение таких преобразователен обеспечивает развитие альтернативных источников энергии, которые в будущем смогут конкурировать с энергией, получаемой за счет сжигания нефти и газа. Эти способы производства электрической энергии являются более экологически чистыми и не изменяют тепловой баланс Земли.
Среди новейших полупроводниковых материалов особое место занимают тонкопленочные элементы. Толщина чувствительного элемента может составлять около 10 мкм, сокращая количество дорогостоящего материала и обеспечивая требования технологии фотодиодов по расположению материала в тесных линейных структурах и двухмерных фотоматрицах.
Электрохимические методы получения тонкопленочных полупроводниковых структур позволяют использовать преимущества технической электрохимии - использовать электроды больших масштабов и получать пленочные покрытия с минимальными затратами.
Однако фундаментальные проблемы электрохимического осаждения многокомпонентных композиций заданного состава разработаны слабо. Поэтому актуальными являются теоретическое., обоснование разрабатываемых методов электроосаждения и нахождение общих закономерностей формирования полупроводниковых свойств.
Степень разработанности проблемы. Наибольшие успехи в последнее время достигнуты при электрохимическом получении полупроводников типа АПВ ', к которым относятся соединения CdS и CdTe. Полупроводниковые соединения этого типа чаще всего используются и в качестве подложек. В странах СНГ работы по электрохимическому осаждению ртутного теллурида кадмия проводятся только в Белоруской АН с целью получения сверхрешеточных структур и исследования их физических свойств. Способы электрохимического
осаждения KPT разрабатываются в Японии, Англии, Франции. Однако сведения об электрохимическом поведении отдельных компонентов при электроосаждении, их взаимном влиянии и особенностях электрохимических процессов восстановления-окисления в различных электролитах и на различных твердых электродах отсутствуют.
В Республике Казахстан в Институте органического катализа и электрохимии исследования по разработке электрохимических методов получения полупроводниковых композиций начаты впервые после принятия ряда решений по развитию полупроводникового материаловедения.
Работа выполнялась согласно программе фундаментальных исследований МОН РК "Теория электрохимического осаждения как основа создания новой технологии получения гетероструктурных полупроводниковых композиций и электродных материалов." Номер госрегистрации 0197РК00494 на 1997-1999 гг.
Цель исследования: установить закономерности
электрохимического поведения теллура (IV), кадмия (II) и ртути (И) при их совместном осаждении на платиновом и титановом электродах и разработать способ получения фотоактивных пленок Cd4Hg|-„Te методом электроосаждения.
Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:
-
Установить закономерности электрохимического восстановления теллура (IV) и окисления продуктов восстановления на платиновом электроде в щелочных растворах методом хроновольтамперометрии.
-
Установить закономерности электрохимического восстановления теллура (IV) на титановом электроде в нейтральных и кислых растворах и влияние на эти состояния поверхности титанового электрода.
-
Установить особенности электрохимического осаждения теллура (IV) и ртути (II); теллура (IV) и кадмия (II) с образованием соединений стехиометрического состава HgTe и CdTe на титановом электроде.
-
Установить закономерности электрохимического осаждения теллура (IV), ртути (II) и кадмия (II) на титановом электроде с образованием соединения CdxHgi_xTe.
-
Разработать состав и обосновать соотношение концентраций компонентов электролита для получения соединения CdxHgK4Te.
-
Изучить структуру, свойства поверхности и' электрофизические свойства полученных пленок. Сделать вывод о характере проводимости полученных пленок.
Научная новизна.
- Впервые показано, что на окисленной поверхности платинового электрода в щелочных растворах можно разделить волны
восстановления теллура (IV) к водорода н подтвердить две основные стадии восстановления теллура (IV) до теллура (0) и теллура (~2).
Установлены общие закономерности электровосстановления теллура (IV) на стеклоуглеродном и титановом электродах в сернокислых растворах.
Показана возможность образования соединений стехиометричсского состава HgTe и CdTe при совместном электроосажденин компонентов на титановом электроде.
Предложены вероятные пути реакций электроосаждения соединения CdTe.
Установлено наличие особых пиков окисления, отвечающих окислению соединений HgTe, CdTe и CdxHgi_xTe.
Практическое значение работы. Разработано оптимальное соотношение компонентов Te(IV), Cd(Il) и Hg(II) в электролите для электроосаждения пленок соединения Cd,Hgi-xTe заданного состава.
Получены пленки CdxHgt-xTe, обладающие фоточувствительностью в области длин волн 8-14 мкм.
Данные об особенностях электрохимического поведения теллурз (IV), ртути (II), кадмия (II) при совместном электроосаждении могут быть использованы для дальнейшего развития электрохимических методов получения пленок соединения CdjHgi-xTe и других сложных полупроводниковых соединений на различных подложках. Показаны пути исследования, получения и идентификации полученных продуктов
Личный оклад автора. Автором выполнена экспериментальная работа по хроновольтамперометрическому исследованию процессов восста-новления теллура (IV), ртути (П), кадмия (И) и окисления полученных продуктов на платиновом и титановом электродах. Проведены эксперименты по получению образцов пленок КРТ на плоских (1 см2) титановых электродах и расчеты их толщины кулонометрическим методом. Определены структура, поверхностное состояние и оптические свойства пленок совместно с м.н.с. Малаховым В.А. и сотрудниками лаборатории флзметодов ИОКЭ МОН РК (Комашко Л., Григорьевой П., Чанышевон И.С.) и обсуждены полученные результаты.
Положения, выносимые на защиту.
-
Закономерности электрохимического восстановления теллура (IV) на платиновом электроде в щелочных растворах.
-
Закономерности электрохимического восстаноаления теллура (IV) на стеклоуглеродном и титановом электродах в нейтральных и кислых растворах.
-
Закономерности совместного электроосаждення Te(IV) и Hg(II); Te(IV) и Cd(II) и получение соединений стехнометрнческого состава HgTe и CdTe.
-
Разработка состава электролита для электроосаждения тронного соединения CdxHg|.xTe.
-
Способ получения пленок полупроводникового соединения CdxHgi-xTe и их физические и оптические свойства.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на конференции молодых ученых, посвященной памяти Д.В.Сокольского (ИОКЭ, Алматы, 1997), отмечены дипломом на конференции молодых ученых КазГУ, посвященной памяти Сатпаева К.И. На 50м Совещании Международного электрохимического общества в г.Павиа (Италия, 1999г.) представлены в виде стендового доклада.
Публикации, Основное содержание работы изложено в 3 статьях и 4 тезисах докладов на международных и республиканских конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выеодов, списка литературы. Во введении обоснована актуальность темы и поставлены задачи исследования. В первой главе приведен литературный обзор, в котором рассмотрены известные данные об электрохимических процессах восстановления теллура (IV) на различных электродах, способы получения соединения CdTe и CdxHgj.xTe, свойства полупроводниковых пленок CdxHgi-xTe.
