Введение к работе
Актуальность работы. Для решения большинства практических задач с использованием инфракрасной техники (тепловидение, контроль технологических процессов, прогнозирование чрезвычайных ситуаций, экологический мониторинг) определяющее значение имеют спектральный диапазон чувствительности фотодетекторов и возможность его регулирования. Значительную роль в расширении номенклатуры ИК-чувствительных материалов, способных целенаправленно варьировать свои фотоэлектрические и спектральные характеристики путем изменения состава, играют твердые растворы замещения халькоге-нидов металлов. В частности, для ближнего и среднего ИК-диапазонов перспективны твердые растворы на основе сульфида и селенида свинца PbSe^Si-^,.
Традиционно для получения фоточувствительных пленок для ближней и средней ИК-области используются высокотемпературные методы синтеза и вакуумные технологии, требующие сложного и дорогостоящего оборудования. Это обуславливает высокую коммерческую стоимость изготовленных на их основе материалов для фоторезисторов и фотодиодов. Кроме того, получаемые этими методами пленки часто не обладают требуемыми функциональными свойствами, что негативно сказывается на эксплуатационных характеристиках приборов (обнаружительной способности, быстродействии, стабильности).
В связи с этим, актуальной является разработка условий получения фоточувствительных пленок PbSe^Si-y методом гидрохимического осаждения, исключающего использование дорогостоящего оборудования, высоких температур и в то же время позволяющего формировать высокочувствительные слои твердых растворов широкого диапазона составов.
Целью диссертационной работы являлось установление физико-химических закономерностей получения пленок твердых растворов PbSe^Si-y методом гидрохимического осаждения, исследование их состава, структуры, условий термосенсибилизации и фотоэлектрических свойств.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие экспериментальные и теоретические задачи:
Провести расчет области совместного осаждения сульфида и селенида свинца смесью тио- и селеномочевины из реакционной смеси.
Выполнить комплексные кинетические исследования, позволяющие выявить закономерности образования твердой фазы при совместном осаждении сульфида и селенида свинца тио- и селеномочевиной.
Исследовать процессы зарождения и роста пленок твердых растворов PbSe^Si-y гидрохимическим осаждением на ситалловых подложках.
Гидрохимическим осаждением получить пленки твердых растворов PbSe^Si-^, широкого диапазона составов, изучить их кинетику роста, состав, структуру и морфологию.
Определить параметры термосенсибилизации пленок PbSe^Si-^, к ИК-из лучению.
Исследовать фотоэлектрические, спектральные характеристики свеже-осажденных и термообработанных слоев PbSe^Si-^,, а также поверхностно-чувствительные свойства пленок.
Научной новизной обладают следующие результаты:
Рассчитанные области совместного осаждения сульфида и селенида свинца смесью тио- и селеномочевины в цитратно-аммиачной системе с учетом зародышеобразования и температурных зависимостей используемых термодинамических констант.
Результаты комплексных кинетических исследований превращения соли свинца в цитратно-аммиачной системе в сульфид и селенид в присутствии тио- и селеномочевины, величины энергии активации процесса, частных порядков реакции по компонентам системы, кинетики роста пленок.
Выявленные закономерности процессов зарождения пленок твердых растворов PbSe^Si-y гидрохимическим осаждением на ситалловых подложках с использованием фрактального формализма.
Условия синтеза гидрохимическим осаждением нанокристаллических слоев, содержащих одновременно твердые растворы замещения PbSe^Si-y (О <у < 0,9) как со стороны PbS, так и PbSe.
Состав, структура, морфология и фотоэлектрические свойства химически осажденных пленок твердых растворов PbSe^Si-y, взаимосвязи между их функциональными свойствами и условиями получения.
Результаты термообработки химически осажденных пленок PbSe^Si-y при 633-668 К и ее влияние на их структуру и фоточувствительные характеристики.
Практическая ценность
Получены формально-кинетические уравнения скорости превращения соли свинца в сульфид и селенид смесью тио-селеномочевины в цитратно-аммиачной системе, позволяющие проводить целенаправленный синтез твердых растворов PbSe^Si-^.
Выявлены условия термосенсибилизации и составы гидрохимически осажденных пленок твердых растворов PbSe^Si-^,, обеспечивающие получение слоев с наибольшей величиной фотоответа.
Гидрохимическим осаждением с последующей термообработкой разработаны условия получения пленок твердых растворов PbSe^Si-^, (0 <у < 0,9), фоточувствительных в спектральном диапазоне 0,4-4,5 мкм, перспективных для использования в качестве чувствительных элементов фото детекторов и фотоприемных устройств.
Положения диссертации, выносимые на защиту
Результаты расчета областей образования и кинетических исследований гидрохимического осаждения сульфида и селенида свинца смесью тио- и селеномочевины в цитратно-аммиачной системе.
Механизм зарождения и начальных стадий роста пленок PbS, PbSe, твердых растворов PbSe^Si-^, на ситалловых подложках при гидрохимическом осаждении.
3. Структура, морфология, фазовый и элементный состав гид
рохимически осажденных пленок твердых растворов PbSe^Si-^, (0 < у < 0,9).
4. Условия и параметры термосенсибилизации пленок твердых растворов
PbSe^Si-y к ИК-излучению. Взаимосвязи между условиями осаждения, термо-
обработки пленок твердых растворов PbSe^Si-y и их фоточувствительными свойствами.
Личный вклад автора состоял в постановке задач исследования, планировании экспериментов, непосредственном их проведении, обработке, анализе и обобщении полученного экспериментального материала по получению и изучению свойств осажденных слоев.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационных исследований докладывались и обсуждались на IV и VI региональной конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жид-кофазных систем» (Иваново, 2009, 2011), IV и V Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Научный потенциал XXI века» (Ставрополь, 2010, 2011), XX и XXI Российской молодежной научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2010, 2011), IV и V заочной международной научно-практической конференции «Система управления экологической безопасностью» (Екатеринбург, 2010, 2011), XVI Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2010), XVIII международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники (Екатеринбург, 2010), Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Неорганические соединения и функциональные материалы» (Казань, 2010), Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии -НМТ-2010» (Москва, 2010), I Международной научно-практической конференции «Современная наука: теория и практика» (Ставрополь, 2010), XVII международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2011), научной конференции аспирантов УрФУ «Достижения в химии и химической технологии» (Екатеринбург, 2011), VIII Национальной конференции «Рентгеновское, Синхро-тронное излучения, Нейтроны и Электроны для исследования наносистем и материалов. Нано-Био-Инфо-Когнитивные технологии» (Москва, 2011),
VIII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов» (Москва, 2011), Всероссийской конференции «Химия твердого тела и функциональные материалы - 2012 г» (Екатеринбург, 2012).
Публикации. По результатам исследования опубликовано 21 печатная работа, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК, 9 статей в научных сборниках, тезисы 9 докладов на региональных, Всероссийских и Международных конференциях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, общих выводов и библиографического списка, включающего 302 наименований цитируемой литературы. Работа изложена на 151 странице, содержит 48 рисунков и 8 таблиц.
