Розділ 2
Технологія одержання та Методи вимірювання
електрофізичних і оптичних характеристик
ДОСЛІДЖУВАНИХ матеріалів
2.1. Технологія одержання монокристалів сульфіду кадмію та твердих розчинів на
його основі, які досліджувались в роботі
2.1.1. Технологія одержання монокристалів СdS.
Умови синтезу монокристалів CdS описані в [5, 126-128]. Монокристали CdS
вирощувались з розплаву очищеного порошку CdS під тиском 180 ат. інертного газу
в науково-дослідному Інституті монокристалів
(м. Харків). Для покращення стехіометричного складу та зняття ростових напруг
монокристали термохімічно оброблялись в парах сірки. Одержані таким способом
кристали CdS мають гексагональну гратку Р63mc. За допомогою рентгенівського
дифрактометра HZG-4A нами було визначено параметри елементарної комірки ґратки
досліджуваних спеціально нелегованих зразків: а=4,1369; с=6,7157 . Вони
виявилися близькими до параметрів гратки найбільш досконалих кристалів CdS
[129].
Для досліджень використовувались також леговані міддю монокристали CdS:Cu,
вирощені таким самим методом. Легування здійснювалось додаванням порошку Cu2S
в порошок CdS перед вирощуванням. Концентрація Сu у вирощених кристалах
становила 1017 см-3 та 1018 см-3.
Монокристали CdS, леговані In, вирощувалися із розплаву спеціально очищеного
порошку CdS в атмосфері інертного газу під тиском
1,86Ч107 Па. Легування індієм здійснювалося в процесі вирощування. Згідно
паспортних даних концентрація індію в різних зразках становила NIn1»1018 см-3,
NIn2»1019 см-3. Опромінення зразків електронами з енергією 1,2 МеВ відбувалося
на лінійному прискорювачі. Кристали при опроміненні охолоджувалися парами
рідкого азоту і їх температура при опроміненні не піднімалася вище 290 К. Доза
опромінення становила
Ф»2Ч1017см-2.
2.1.2. Технологія одержання твердих розчинів систем CuGaS2-CdS i CuInS2-CdS.
Для вивчення даних твердих розчинів було виготовлено для кожної системи по 21
сплаву, які розміщувалися кроком через 5 мол.%. Синтез сплавів проводився на
кафедрі неорганічної та фізичної хімії Волинського університету із високочистих
елементів (copper 99.99 wt%, cadmium 99.9999 wt%, indium 99.99 wt.%, sulphur
99.997 wt%) у вакуумованих кварцових контейнерах. Синтез відбувався у два етапи
[4]. Перший етап полягав у локальному нагріві ампул із шихтою в полум’ї
киснево-газового пальника до повного зв’язування елементарної сірки. На другому
етапі ампули переносилися у однозонну піч і з швидкістю 50 K/год нагрівалися до
1420 К. При цій температурі проводилася витримка 2 год з подальшим повільним
охолодженням (10 K/год) до 870 К i здійснювався відпал тривалістю 250 год.
Зразки інтервалу 70–100 мол.% CdS після цього циклу синтезу були не
розплавлені, тому, для кращої гомогенізації, перетиралися в агатовій ступці,
пресувалися у таблетки і піддавалися повторному нагріванню використовуючи режим
другого етапу синтезу при збільшеній витримці при 1420 К (2 год) і додатковому
проміжному відпалі при 1170 К (10 год). Одержані таким способом сплави були
спеченими полікристалічними зразками.
2.1.3. Технологія одержання монокристалів Cu2CdGeS4 i Cu2CdSnS4.
Сполуки Cu2CdGeS4 та Cu2CdSnS4 є електронними аналогами CdS. Умови їх синтезу
детально описані в [130]. Монокристали Cu2CdGeS4 та Cu2CdSnS4 вирощувались на
кафедрі неорганічної та фізичної хімії Волинського університету методом
хімічних транспортних реакцій (ХТР) та направленою кристалізацією розплаву. Для
вирощування використовувались елементи високої чистоти (Cu 99,99 wt%, Cd
99,9999 wt.%,
Ge 99,9999 wt.%, S 99,997 wt.%). При застосуванні методу ХТР в ролі
транспортного агента був використаний йод, який вносився у вигляді CdI2. В
цьому випадку кадмій, що входив до складу CdI2 враховувався при розрахунку
шихти. Маса наважки при використанні методу ХТР становила 3-5 г, а при
вирощуванні направленою кристалізацією – 15-25 г. В обох випадках процеси
синтезу та вирощування були суміщені в одному і тому ж контейнері,
вакуумованому до 0,0133 Па.
Для синтезу та вирощування методом ХТР використовували кварцові ампули довжиною
200-250 мм та діаметром 22 мм. Ампули розміщували у двохзонних печах, нахилених
під кутом 30°. Спочатку нижню зону нагрівали до 740 К, а верхню до 670-690 К.
При цих температурах піч витримувалася протягом 2-3 діб. Далі температуру обох
зон підвищували до 1070-1100 К і, після витримки протягом 24 год, виводили на
режим росту. У всіх випадках процес вирощування тривав 240 год. Охолодження
проводилось синхронно для обох зон до 470 К із швидкістю 15 KЧгод-1.
Охолодження до кімнатної температури проводилось в режимі вимкненої печі.
Оптимізація процесу вирощування монокристалів методом ХТР проводилась зміною
концентрації носія, варіацією градієнта температур між зонами випаровування та
конденсації та температурою вирощування.
Монокристали Cu2CdGeS4, вирощені методом ХТР, у прохідному світлі є
темночервоного кольору (у відбитому – чорного кольору). При температурах росту
970/920 К та концентрації йоду 5 мг/мл монокристали Cu2CdGeS4 ростуть у вигляді
голок з максимальними розмірами до 20ґ1ґ0,5 мм3. При цих умовах одержуються
найбільш структурно досконалі кристали, що підтверджувалось дослідженням їх
фізичних властивостей. Зміна концентрації носія до 3 мг/мл приводить до
зменшення переносу при майже таких же розмірах кристалів, а збільшення носія (7
мг/мл) – до зменшення розмірів кристалів. Із збільшенням температури процесу
(1070/1020 К) має місце переважно пластинчастий ріст кристалів, чи одночасне
утворення пластинок і голок. В той же час величина переносу шихти зростає. Слід
зауважити, що повного переносу шихти при використаних умовах вирощуван
- Київ+380960830922