Obținerea cristalelor din faza gazoasă - stadopedia

Creșterea cristalelor singulare din faza gazoasă se realizează prin mai multe metode, care pot fi divizate în mod condiționat în două grupe:

1. metode bazate pe o condensare pur fizică;







2. Metode care implică participarea unei reacții chimice, al cărei produs este o substanță cristalizabilă.

Printre cristalele unice ale celor mai importante materiale electronice produse prin metode de fază gazoasă se numără compușii A II B VI A IV B IV și carbură de siliciu.

Creșterea cristalelor din faza gazoasă, precum și din soluții, poate fi realizată la temperaturi relativ scăzute. Aceste metode sunt cele mai importante pentru producerea de cristale unice: materiale refractare; compuși de topire incongruent; substanțe predispuse la polimorfism, atunci când este necesar să se obțină cristale de modificare polimorfică la temperatură scăzută.

Cristalizarea prin sublimare aplicată substanțelor cu o presiune suficient de ridicată a vaporilor sub temperatura de topire. Creșterea cristalelor prin această metodă se realizează în sisteme închise sau în flux. cel mai ușor sistem închis poate fi creat într-o fiolă sigilată de cuarț, sigilate într-un creuzet de corindon sau un creuzet al unui alt material refractar. Fascicolul molecular poate fi efectuată în funcție de transferul de masă al fazei gazoase într-un sistem închis (vacuum) sau molecular turnat difuzie convectiv. Atunci când sunt cultivate într-un sistem de curgere, ele sunt transportate în zona de cristalizare printr-un curent de gaz inert.

Metodele de cristalizare care implică reacția chimică de transport sunt utilizate pentru creșterea cristalelor de substanțe cu o valoare scăzută a presiunii vaporilor proprii sub topirii sau substanțelor perturbând substanțial stoechiometrie în timpul sublimare. Creșterea cristalelor prin transport chimic se realizează în sisteme închise sau cvasi-închise. Creșterea prin descompunere sau reducere se efectuează în sistemele de curgere.

În toate metodele de creștere a cristalelor din faza gazoasă, se poate realiza atât în ​​formarea spontană a centrelor de cristalizare, cât și în utilizarea semințelor. În condiții de cristalizare în masă, este imposibil să se controleze strict condițiile de creștere și morfologia cristalelor individuale. Aceste cristale au diferențe mari în ceea ce privește dimensiunea, gradul de perfecțiune și conținutul de impurități. Metodele utilizate pentru combaterea policristalismului sunt aceleași ca și în metodele de obținere a cristalelor dintr-o topitură - forma specială a unui creuzet și așa mai departe.

Controlul depunerii de vapori pe cristalul de însămânțare permite creșterea cristalelor suficient de mari până la 100 mm în diametru cu compoziție chimică controlată și stoichiometrie.

Luați în considerare producerea de seleniură de mercur prin metoda de cristalizare din faza gazoasă.

Componentele inițiale sunt încărcate în creuzetul cu fiole. Amorsa se află în partea superioară a fiolei. Încălzirea fiolei la temperatura de sublimare se realizează prin cuptorul nr. 2. Regimul de temperatură pe suprafața semințelor este stabilit de diferența de temperatură dintre cuptoarele nr. 1 și nr. 2, care se deplasează pentru a crea un gradient de temperatură la limita cristalului și a fazei de gaz. În procesul de cuarț, plasați o barcă cu mercur sau seleniu. Prin reglarea temperaturii încălzitorului nr. 3, este creată compoziția necesară a fazei de vapori în interiorul fiolei. Rata de creștere și calitatea cristalului depind de temperaturile încălzitoarelor nr. 1 și nr. 2 și de viteza cuptoarelor. Compoziția și stoichiometria sunt reglate de temperatura încălzitorului nr. 3. (230-260, 300-330, 250-350). Rata de creștere este limitată de viteza de transfer de masă în faza gazoasă (10 -2 - 1 mm / h).

Lecție practică # 1

Materiale emițătoare de lumină pe bază de oxid de zinc

Oxidul de zinc este un semiconductor de tip n, ai cărui donori de electroni sunt exces de atomi de zinc interstițiali.

Combinația dintre o conductivitate electrică suficient de ridicată și capacitatea de luminescență a făcut posibilă crearea de catodoluminofori de joasă tensiune de înaltă eficiență pe bază de oxid de zinc.

În prezent, sinteza fosforilor pe bază de oxid de zinc se realizează prin amestecarea oxidului de zinc cu sulfura de zinc și calcinarea acestui amestec într-o alimentare cu aer limitat.

Pentru a crește luminozitatea luminiscenței în condiții de excitație de joasă tensiune, suprafața fosforului este modificată cu compuși de siliciu și galiu, aluminiu și indiu.

Problema și soluția sa

Găsiți: cantitatea de Ga (NO3) 3 # 8729; 8H2O.

Soluție: M (Ga (N03) 3 # 8729; 8H20) = 399,73, M (Ga) = 69,72

1 mol 399,73 g 1 mol 69,72 g

X = 10-2 # 8729; 399,73 / 69,72 = 5,73 (g per litru). Pentru 100 ml - 0,573 g.

Răspuns: 0,573 g de Ga (N03) 3 # 8729; 8H20.

Sarcina 1.1. Se calculează cantitatea de sare necesară pentru prepararea soluțiilor de nitrați din grupa 3.

Tabelul 1.1. - Variante de sarcini

1. Ce centre de luminiscență în oxidul de zinc sunt responsabile pentru luminescența verde?

2.Care lungime de undă corespunde maximului în spectrul de radiații de oxid de zinc?

3. Cum creste luminozitatea fosforului luminos pe baza de oxid de zinc?

4. Denumiți modalitățile de obținere a preparatelor luminiscente pe bază de oxid de zinc.

Lecții practice 2

Pentru a crea conductivitatea electrică necesară pentru catodoluminoforii de joasă tensiune, aditivii conductivi electrici sunt amestecați cu aceștia. Ca aditivi, se folosesc oxizi conductori de zinc, indiu și staniu. De interes deosebit este oxidul de zinc din cauza costului său relativ scăzut și a capacității de luminescență.







În funcție de metoda și de condițiile termodinamice pentru producerea de cristale unice și filme ZnO, rezistivitatea lor # 961; variază în intervalul de la 0,04 la 106 Ohm # 903; Într-o stare pulverizată, ZnO poate, în unele cazuri, să accepte proprietățile unui dielectric cu # 961; = 1010-1017 Ohm # 903; Conductivitatea oxidului de zinc depinde semnificativ de adsorbție a gazelor pe suprafața sa, în special a oxigenului, care reduce de obicei cantitatea de conductivitate electrică. Oxidul de zinc caracterizat printr-o deviere de la stoechiometria în direcția excesului de zinc (sau lipsa de oxigen) și, așa cum arată numeroase studii, amploarea acestei deviații determină în mod substanțial conductivitatea electrică a probei nedopat specific. Excesul de zinc în rețeaua cristalină determină prezența defectelor intrinseci ale atomilor interstițiale de zinc de tip (Znl) sau posturile vacante de oxigen (Vo), care sunt donatori capabile dublu ionizare și concentrația lor specifică amploarea conductivității electrice nu este activat oxid de zinc.

Conductivitatea electrică a oxidului de zinc poate fi crescută prin doparea acestuia cu impurități donatoare. Elementele celui de-al treilea grup sunt utilizate ca impurități donoare: aluminiu, indiu, galiu.

Problema și soluția sa

Găsiți: numărul ml de soluție de nitrat de indiu # 8729;

Soluție: M (In (NO3) 3 # 8729; 4,5H20) = 381,9, M (In) = 114,82

1 mol 381,9 g 1 mol 114,82 g

X = 10-2 # 8729; 381,9 / 114,82 = 0,03 (g per litru). Pentru 100 ml - 0,573 g.

Răspuns: 0,573 g de Ga (N03) 3 # 8729; 8H20.

Problema 1.2. Se calculează cantitatea de soluție de azotat de indiu pentru prepararea unei încărcături de aditiv conductor bazat pe oxid de zinc.

Tabelul 1.2. - Variante de sarcini.

1. Utilizând ecuațiile cvasi-chimice ale reacțiilor defectuoase, este posibil să explicăm scăderea rezistenței electrice specifice a oxidului de zinc atunci când este tratată într-un mediu cu deficiență de oxigen și cu impurități donatoare.

2. Scrieți ecuații quasi-chimice pentru reacțiile de interacțiune a ZnO cu oxigenul, ca urmare a căror:

a) apar noi situri cationice și anionice;

b) nodurile noi nu se formează.

3. Scrieți ecuația pentru formarea zincului interstițial.

4.Explainează de ce rezistența electrică a materialelor pulverulente este măsurată într-un vid sau într-un curent de hidrogen?

Lecție practică №3

Determinarea adâncimii apariției capcanelor electronice

Proprietățile capcanelor electronice pot fi investigate prin metoda de de excitație termică. Esența lui este după cum urmează. Fosfor a fost răcită la temperatura lichidului de azot (-1950S) sau heliu (-2700S) și apoi excitat de lumină care localizes electroni in capcane. Apoi, sursa de excitație este oprită și fosforul este încălzit la o anumită rată constantă. La anumite temperaturi, intensitatea luminescenței crește. Acest lucru se întâmplă când fosforului i se dă energie suficientă pentru a elibera electronii din capcanele cu o anumită adâncime. Electronii eliberați termic se recombină cu centrele luminescente, ceea ce duce la o bliț. Astfel, un număr de maxime apar pe curbele dependenței de intensitatea strălucirii temperaturii. Pe baza calculelor teoretice cu suficientă precizie, se poate presupune că adâncimea capcanelor este proporțională cu temperatura maximă. În acest fel:

unde Tmax este valoarea temperaturii la punctul de radiație maximă, # 947; - un coeficient empiric de 500 - 750.

Sistemul Bube explorarea CdS-ZnS expresie propusă Ez = 22,5kTmax Pentru ZnS: Cu -lyuminofora 0,010 C la o viteză de încălzire în a doua conexiune între adâncimea capcana E și temperatură T, corespunzând strălucire maximă termoluminiscentă pe curba poate fi exprimată cu aproximație bună Formula lui Urbach:

Adâncimea de captare poate fi determinată utilizând următoarea ecuație:

unde n este un coeficient care ia valori de la 14 la 30.

Pentru a determina adâncimea capcanelor, indiferent de frecvența oscilațiilor termice, se propune folosirea simultană a doi parametri: temperatura de vârf a vârfului și vârful Y pe jumătate de vârf. În acest caz:

Vă rugăm să fiți conștienți de faptul că prezența mai multor grupuri de capcane ușor diferite una de alta, se suprapun apare vârf termoluminiscentă, ceea ce duce la o supraestimare a vârfului termoluminiscentă valoarea pe jumătate lățime și, prin urmare, la o subestimare Ez. Mai mult decât atât, capcane poziția de adâncime poate fi determinată de lungime de unda de delimitare a curbei termoluminiscentă.

Problema și soluția sa

Determinați profunzimea apariției capcanelor electronice pentru oxysulfura de ytriu, activată de europiu pe curba de expunere termică.

Dată: Tmax1 = -1570C, Tmax = -350C, Tmax3 = 120C, Tmax4 = 600C

Soluție: Adâncimea de apariție a capcanelor electronice se găsește prin formula: Ez = 22,5kTmax.

Tmax1 = -1570C = 116K, Tmax = -350C = 238K, Tmax3 = 120C = 285K,

Tmax4 = 600C = 333K, k = 1,38 · 10-23 J-deg-1

EZ1 = 22,5 · 1,38 · 10-23 · 116 = 3,61 · 10-20 J = 0,226 eV (1,6 · 10-19 J = 1 eV)

În mod similar, găsim Es3, E3, Es3

Răspunsul este: Es1 = 0.226 eV, Es2 = 0.46 eV, E3 = 0.55 eV, E3 = 0.64 eV

Problema 1.3. Din curbele de termoluminiscență, determinați adâncimea capcanelor de electroni pentru diferiți luminofori, utilizând formulele de mai sus. Comparați valorile obținute.

Tabelul 1.3. Variante de sarcini.

1. Care este esența luminii termice?

2.De ce depinde durata de echilibru?

3. Scrieți formulele pentru calcularea adâncimii de apariție a capcanelor electronice.

Lecția practică №4

Sistemul ZnS-CdS

Sulfurile de zinc și cadmiu, precum și soluțiile solide bazate pe acestea sunt utilizate pe scară largă în producția de fotocatode, catodice, raze X și electroluminofoare.

Toate calcogenele cristalizează în două modificări: sphalerite și wurtzite. Primul se formează prin umplerea cationilor cu jumătate de goluri tetraedrice în cea mai densă umplutură cubică a anionilor (un vid octaedric și doi anioni tetraedici sunt per anion). Modificarea wurtzite corespunde umplerii jumătății de goluri tetraedrice în cel mai apropiat pachet hexagonal. Vasele octaedrice din compușii A11BV1 nu sunt umplute.

Orice cation din sfera sphalerite sau wurtzite este înconjurat de patru vecini apropiați de anioni situați la vârfurile tetraedrului. Cu toate acestea, în cazul wurtzite, tetraedrul este oarecum distorsionat: unul dintre anioni este mai îndepărtat decât ceilalți trei. Între structurile de wurtzite și spalerite (amestec de zinc) există o relație strânsă

Temperatura de tranziție de fază este determinată numai pentru sulfura de zinc (1020 °), cinetica de tranziție dependentă puternic de prezența în cristale a unei impurități (de exemplu, cupru) sau asupra mediului gazos în care are loc cristalizarea. Amestecul de sulfură de cadmiu favorizează formarea structurii hexagonale a soluțiilor solide de ZnS-CdS chiar la temperaturi scăzute

Sulfurile de zinc și cadmiu formează o serie continuă de soluții solide. Acest lucru permite obținerea de materiale cu proprietăți diferite. Proprietățile soluțiilor solide variază liniar. De exemplu, cu o creștere a conținutului CdS în soluțiile solide ZnS · CdS, lățimea benzii interzise variază fără probleme.

Problema și soluția sa

Se calculează cantitatea de CdS necesară pentru prepararea a 20 g de încărcare pentru sinteza unei soluții solide de ZnS (80) CdS (20).

Găsiți: numărul de CdS.

X = 144,46 # 8729; 20 # 8729; 100 / (144,46 # 8729; 20 + 97,43 # 8729; 80) = 27,04 (g per 100 g încărcare).

În 20 de grame de încărcare - 5,4 g.

Tabelul 1.4. - Opțiuni de calcul.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: