Графикалық материалдар тізімі

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 39 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының Ғылым және жоғары білім министрлігі

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті КеАҚ

Нұрсағат Нұржан Нұрсағымұлы

Прекурсор концентрациясының CdTeнанопластикаларының түзілуіне тәуелділігін зерттеу
тақырыбына

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

6B05323 - Техникалық физика білім беру бағдарламасы

Астана, 2024
Қазақстан Республикасының Ғылым және жоғары білім министрлігі

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті КеАҚ

Қорғауғажіберілді
Физика - техникалық факультетінің
деканы, ф. м. ғ. қ., доцент
__________ Нурмолдин Е.Е.
02 сәуір 2024 ж.

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

Тақырыбы: Прекурсор концентрациясының CdTe нанопластикаларының түзілуіне тәуелділігін зерттеу

6B05323 - Техникалық физика білім беру бағдарламасы бойынша

Студент: Нұрсағат Н.

Ғылыми жетекші: Ахметова А.С.

Астана, 2024

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия Ұлттық университеті КеАҚ

Физика-техникалық факультеті
Техникалық физика кафедрасы
6В05323 - Техникалық физика
Білім беру бағдарламасы

Бекітемін
Кафедра меңгерушісі
Қайнарбай А.Ж.
15 қаңтар 2024 ж.

Диплом жұмысты орындауға
ТАПСЫРМА

Нұрсағат Нұржан Нұрсағымұлы
Тобы: В054-5323-20-03, 6В05323 - Техникалық физика білім беру бағдарламасы, күндізгі бөлім.
1. Дипломдық жұмыстың тақырыбы:Прекурсор концентрациясының CdTeнанопластикаларының түзілуіне тәуелділігін зерттеу 11 қаңтар 2024 ж. № 40 -п ректордың бұйрығымен бекітілген.
2. Білім алушының аяқталған жұмысты тапсыру мерзімі 20 сәуір 2024ж.
3. Жұмысқа қажетті бастапқы деректер: (заңдар, әдебиет көздері, зертханалық және өндірістік мәліметтер)
4. Дипломдық жұмыста жасалатын тақырыптар тізімі:
1-тарау.CdTe нанопластинасының қалыптасуының теориялық аспектілері
2-тарау.Эксперименттік зерттеу әдістемесі
3-тарау.Эксперименттік нәтижелер
5. Графикалық материалдар тізімі: 1 - кесте, 17 - сурет, 21 - пайдаланылған әдеби дереккөздері
6. Ұсынылған негізгі әдебиеттер тізімі:
1. Chen R. Optical properties and applications of two‐dimensional CdSe nanoplatelets InfoMat. - 2020. - Т. 2. - №. 5. - С. 905 - 927
2. Akhmetova A. et al. Effect of Nanoplatelets Thickness on Photoluminescent, Optical, and Electronic Properties of Synthesized CdTe Semiconductor Nanoplatelets Crystals. - 2023. - Т. 13. - №. 10. - С. 1450.
3. Pedetti S. et al. Optimized synthesis of CdTe nanoplatelets and photoresponse of CdTe nanoplatelets films Chemistry of Materials. - 2013. - Т. 25. - №. 12. - С. 2455 - 2462.
4. Kulakovich O. S. et al. Influence of conditions for synthesis of CdTe nanocrystals on their photoluminescence properties and plasmon effect Journal of Applied Spectroscopy. - 2012. - Т. 79. - С. 765 - 772.
5. Yu J., Chen R. Optical properties and applications of two‐dimensional CdSe nanoplatelets InfoMat. - 2020. - Т. 2. - №. 5. - С. 905 - 927

7. Жұмыс бойынша кеңестер

Бөлімнің (тараудың) нөмірі, атауы
Ғылыми жетекші, кеңесші
Тапсырманы алу мерзімі
Тапсырма берілді (қолы)
Тапсырма қабылданды (қолы)
1-Бөлім.
CdTe нанопластинасының қалыптасуының теориялық аспектілері
Ахметова А.С.
09.03.2024ж.-15.03.2024ж.

2-Бөлім.
Эксперименттік зерттеу әдістемесі
Ахметова А.С.
15.03.2024ж.-23.03.2024ж.

3-Бөлім.
Эксперименттік нәтижелер
Ахметова А.С.
23.03.2024ж.-06.04.2024ж.

Дипломдық жұмыс бойынша қорытындылар жасау
Ахметова А.С.
06.04.2024ж.-20.04.2024ж.

Дипломдық жұмыс талаптарға сай дайындау және норма бақылаудан өткізу
Джунисбекова Д.А.
20.04.2024ж.-24.04.2024ж.

8. Дипломдық жұмысты орындау кестесі

№
Жұмыс кезеңдері
Жұмыс кезеңдерін Орындау мерзімдері
Ескерту
1
Диплом жұмысын бекіту
01.01.2024 ж.
Практикаға барудан бұрын
2
Диплом жұмысына қажетті материалдарды жинау
25.02.2024 ж.
Практика кезінде
3
Диплом жұмысының теориялық бөлімін дайындау
30.03.2024 ж.
Практика кезінде
4
Диплом жұмысының аналитикалық бөлімін дайындау
10.04.2024 ж.
Практика кезінде
5
Диплом жұмысының алғашқы нұсқасын толық аяқтау
15.04.2024 ж.
Практика кезінде
6
Диплом жұмысын дипломалды қорғауға таныстыру
24.04.2024 ж.
Қорытында бақылау
7
Диплом жұмысын рецензияға тапсыру
30.04.2024 ж.
Практика біткеннен кейінгі алғашқы апта
8
Диплом жұмысын, жетекші мен рецензент пікірін кафедраға толық тапсыру
30.04.2024 ж.
Шолулық дәрістер (консультациялар) кезінде
9
Диплом жұмысын қорғау

МАК кестесі бойынша

Тапсырманың берілген күні 11 қаңтар 2024 ж.

Ғылыми жетекші ___________Ахметова А.С.

Тапсырманы қабылдады ___________Нұрсағат Н.Н.

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..7
1 ТАРАУ. НАНОБӨЛШЕКТЕРДІҢ ҚАЛЫПТАСУЫНЫҢ ТЕОРИЯЛЫҚ АСПЕКТІЛЕРІ 9
1.1Нанобөлшектердің құрылымдар 9
1.2 Кадмий теллурид (CdTe)монокристалдың физикалық қасиеттері, кристалдық, жолақ құрылымы және қолдануы 10
1.3 CdTe нанопластинасының қасиеттері мен қолдануы 17
1.4 Прекурсорлар концентрациясының нанопластин қасиеттеріне әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .20
2 ТАРАУ. ЭКСПЕРИМЕНТТІК ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕМЕСІ 21
2.1 СdTe нанопластинкаларды синтездеу әдісі 21
2.2 CdTe нанопластиналарды зерттеуге арналғанәдістер мен материалдар 23
2.2.1 CdTe нанопластиналарды зерттеуге арналған әдістер 23
2.2.2 Оптикалық және люминсенциялық қасиеттерін өлшеуге арналған аспаптар 28
3 ТАРАУ. ЭКСПЕРИМЕНТТІК НӘТИЖЕЛЕР 31
3.1 Прекурсорлардың әртүрлі концентрациясы бар CdTe нанопластиналардың оптикалық қасиеттері 31
3.2 Әртүрлі концентрациялармен синтезделген CdTe нанопластинкаларының инфрақызыл спектрлерін талдау 33
3.3 Прекурсорлардың әртүрлі концентрациясы бар CdTe нанопластиналардың люминесценттік сипаттамалары 35
ҚОРЫТЫНДЫ 38
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР 41

КІРІСПЕ

Нанотехнология соңғы онжылдықтарда материалтану, электроника және биомедицинадағы дәстүрлі тәсілдерді түрлендіру қабілетіне байланысты үлкен назарға ие болды. Наноматериалдардың арасында ерекше орынды өзінің кванттық өлшемдік әсерлеріне байланысты бірегей электрондық және оптикалық қасиеттерді көрсететін екі өлшемді құрылымдар болып табылатын нанопластиналар алады. Кадмий теллуриді (CdTe) нанопластиналары күн энергиясы мен фотоэлектроникада әлеуетті қолдануларына байланысты ерекше қызықты, олар жоғары тиімді фотоконвертер ретінде әрекет ете алады.
CdTe, тікелей жолақты жартылай өткізгіш ретінде, оңтайлы диапазонға және жоғары жарықты жұтылу коэффициентіне ие, бұл оны фотоэлектрлік қолданбалар үшін тартымды етеді. CdTe нанопластиналары саласындағы ауқымды зерттеулерге қарамастан, олардың синтезіне, құрылымдық және оптикалық қасиеттеріне қатысты көптеген сұрақтар ашық күйінде қалып отыр. Әсіресе, олардың функционалдық сипаттамаларына тікелей әсер ететін осы наноқұрылымдардың мөлшерін, пішінін және тазалығын бақылау мәселесі өзекті болып табылады.
Қазіргі зерттеулер олардың фотофизикалық және фотоэлектрлік қасиеттерін талдаудан кейін CdTe нано-плателеттерін синтездеудің жетілдірілген әдістерін әзірлеуге бағытталған. Наноагрегаттардың қасиеттеріне әртүрлі прекурсорлар концентрациялары мен синтез жағдайларының әсерін егжей-тегжейлі зерттеу арқылы біз өндіріс процесін оңтайландыруға және осы материалдарды нақты әлемде қолдану тиімділігін арттыруға бағытталған.
CdTe нанопластинкаларының қалыптасуы мен қасиеттерінің негізінде жатқан нәзік тетіктерді түсіну жаһандық деңгейде тұрақты даму мен энергетикалық қауіпсіздік үшін іргелі болып табылатын күн энергиясын жинайтын құрылғылардың жаңа буындарын жасаудағы серпілістерді жеңілдетуі мүмкін. Біздің зерттеуіміздің нәтижелері синтез процестерін одан әрі жетілдірудің және наноплателеттерді қолданыстағы және жаңа технологияларға біріктірудің жаңа жолдарын ұсынады.
Осыған байланысты бұл зерттеу жан-жақты болуға бағытталған аналитикалық химияның, электронды микроскопияның және спектроскопияның заманауи әдістерін дәйекті қолдану арқылы қол жеткізілетін CdTe нанопластинкаларының түзілуінің физика-химиялық процестерін және олардың фотоконверсия тиімділігіне әсерін талдау.
CdTe (кадмий теллуриді) жұқа үлдір фотоэлектрлік материалдардың жетекші материалдарының бірі болып табылады. CdTe нанопластиналары жарықты жұтылуді жақсарту және заряд тасымалдаушы рекомбинациясын азайту үшін оңтайландырылуы мүмкін.
Нанопластиналар заманауи ғылым мен технологияның перспективалық бағыты болып табылады. Олардың зерттеулері мен әзірлемелері электронды құрылғылардың келесі буынын жасау, фотоэлектрлік жүйелерді жетілдіру және
жаңа биомедициналық технологияларды дамыту үшін жаңа көкжиектерді ашады. Нанопластинкалар өлшемін, пішінін және функционалдығын бақылауға бағытталған үздіксіз зерттеулер осы және басқа салаларда айтарлықтай жетістіктерге әкелуі мүмкін. Нанопластикаға арналған бұл екі бет оларды пайдаланудың кең мүмкіндіктерін және олардың толық әлеуетін іске асыру үшін одан әрі зерттеу қажеттілігін көрсетеді

1 ТАРАУ. НАНОБӨЛШЕКТЕРДІҢ ҚАЛЫПТАСУЫНЫҢ ТЕОРИЯЛЫҚ АСПЕКТІЛЕРІ

1.1. Нанобөлшектердің құрылымдар

Әдетте, нанобөлшектердің екі түрі бөлінеді: мөлшері 1-5 нм болатын реттелген құрылымның бөлшектері, құрамында 10 000 атомға дейін және кластерлер немесе нанокристалдар деп аталады және диаметрі 5-100 нм, 103-10 нм болатын нанобөлшектер. атомдар. Дегенмен, соңғы анықтама изотропты (сфералық) нанобөлшектерге ғана жарамды. Жіп тәрізді және пластина тәрізді бөлшектерде атомдардың әлдеқайда көп саны болуы мүмкін және шекті мәннен асатын бір немесе екі сызықтық өлшемдері болуы мүмкін, бірақ олардың қасиеттері нанокристалдық күйге тән болып қалады. Нанобөлшектердің пішініндегі айырмашылықтар оларды бір, екі және үш өлшемді (тиісінше ID, 2D және 3D нанобөлшектері) деп бөлуді орынды етеді. Соңғы уақытта нанобөлшектердің геометриялық және физикалық (электрондық құрылымы мен қасиеттеріне сәйкес) өлшемдерін ажырату дұрысырақ болып саналды. Айта кету керек, егер нанобөлшек күрделі пішін мен құрылымға ие болса, онда сипаттамалық өлшем оның сызықтық өлшемі емес, құрылымдық элементтің өлшемі болып табылады [1].
Бұл жағдайда бөлшектер наноқұрылымдар деп аталады және олардың сызықтық өлшемдері 100 нм-ден айтарлықтай асуы мүмкін. Наноқұрылымдардың құрылымдық элементтерінің басым анизотропиясына байланысты олар да нөлдік, бір, екі және үш өлшемді болып бөлінеді.
Наноқұрылымдар әдетте бір өлшемді деп аталады, олардың өлшемі бір бағытта басқа екеуінің өлшемдерінен айтарлықтай асып түседі, соңғысы нано диапазонында (яғни 100 нм-ден аз). Геометриялық өлшемдердің әртүрлі бағыттағы қатынасына байланысты бір өлшемді нанобөлшектердің келесі түрлерін ажыратуға болады:
* L, L, ~ L: бағыттардың біріндегі өлшем (мөлшер тәртібінен көп) қалған екеуіндегі өлшемнен асып түседі және бөлшекті шартты түрде диаметрінен едәуір үлкен биіктігі бар цилиндрлік деп санауға болады. Бөлшектердің бұл түрлері жіп тәрізді нанобөлшектер немесе нано сымдар деп аталады. Мұртты жиі жіп тәрізді наноқұрылымдар ретінде жіктейді - қалыңдығы 30 нм және ұзындығының қалыңдығына қатынасы 1000-нан астам мұрт тәрізді кристалдар;
* L, L, ~ L: нанобөлшектердің ұзындығы диаметрден бір реттен артық емес бөлшектер ось бойымен сәл ұзартылған цилиндрлерге ұқсас;
* L, L, L,: с осіне перпендикуляр осьтер бойымен ұзындықтардың айырмашылығы болған жағдайда. елемеуге болмайды, нанобелдіктер термині енгізілді [2].
Бір өлшемді наноқұрылымдардың жоғарыда аталған түрлеріне қосымша қабырғасының қалыңдығы өте аз (бір атомдық қабатқа дейін) қуыс цилиндрлік түзілімдер болып табылатын құбырлы наножүйелердің (немесе нанотүтіктердің) тұтас класы бар.Бір өлшемді наноқұрылымдарды құруға қабілетті заттардың ауқымы өте кең. Наноөлшемдердің қарапайым заттарды (C, Si, Ge, Sb, Se, Au, Ag, Fe, Ni, Cu және т.б.) түзуге қабілетті, екілік қосылыстар, мысалы, оксидтер (MO, Al₂O₃, Ga₂O₃, SnO₂, SiO₂, TiO₂, ZnO және т.б.), нитридтер (BN, AlN, InN, GaN, Si₃N₄), карбидтер (SiC, TiC, алюминий және бор карбидтері), халькогенидтер (ZnS, ZnSe, PbS, CdTe) және манганиттер (BaMnO₃) сияқты аса күрделі қосылыстар. Сонымен қатар, ақуыз молекулалары (Bacillus sphaericus CCM2177), РНҚ және т.б. да наножіпшелер түзуге қабілетті. Осылайша, материалдың табиғатына байланысты әртүрлі функционалдық қасиеттері бар (оптикалық, магниттік, механикалық немесе биологиялық) кең ауқымды бір өлшемді наноқұрылымдарды синтездеуге болады.
Көптеген кристалдық заттар үшін наноөткізімнің пішіні термодинамикалық тұрақты емес болғандықтан, нанобөлшектердің тек бір (немесе негізінен бір) бағытта өсуі 1D түзілетін эксперименттік параметрлерді таңдауға мүмкіндік беретін бірқатар шарттарды сақтауды талап етеді. нанобөлшектер термодинамикалық қолайлы болады немесе бөлшектің өсуін кеңістікте шектеу үшін немесе прекурсорлардың жоғары орналасуын қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, бақыланбайтын фазалардың түзілуін болдырмау үшін осы тәсілдердің кез келгені құрылымды қалыптастыру кезінде кристалдану жағдайларын қатаң бақылауды қамтуы керек. Мысалы. синтез процесі кезінде газ тәріздес прекурсордың өте жылдам берілуімен бу-сұйық-кристалдық механизмі шағын кластерлердің ядролануына әкеледі, содан кейін негізінен сфералық пішінді үлкен бөлшектердің өсуі мен қалыптасуы. Бөлшектердің пайда болу принциптерімен ерекшеленетін бір өлшемді наноқұрылымдарды синтездеудің бірнеше әдістері бар [3].

1.2 Кадмий теллурид (CdTe) монокристалдың физикалық қасиеттері, кристалдық, жолақ құрылымы және қолдануы

Бұл бөлімде біз CdTe қасиеттеріне тоқталамыз, өйткені біздің жұмысымыздың мақсаты трек үлгілерінде CdTe нанокластерлерін қалыптастыру болып табылады.тобындағы кейбір жартылай өткізгіш қосылыстар екі модификацияда болуы мүмкін: текше және алтыбұрышты. CdTe кристалдарына келетін болсақ, олардың текше модификациясы бар, ал CdTe пленкаларында алтыбұрышты модификация болуы мүмкін. Бөлме температурасына дейін баяу салқындаған кезде, CdTе алтыбұрышты модификациясы тұрақты текше модификациясына айналады [3].
AIIBVIcондай-ақ, 5-6 минут ішінде балқыманы 1050 К температурадан бөлме температурасына дейін тез суытса, Бридгмен әдісі бойынша алтыбұрышты құрылымның кристалдарын алуға болады. Айта кету керек, осы уақыт ішінде метатұрақты фаза тұрақты текше фазаға толығымен ауыспайды. Рентгендік мәліметтерге сәйкес, кристалда алтыбұрышты фаза шынымен де бар
II-VI топтағы қосылыстар материалдардың маңызды класын құрайды, олар әртүрлі оптоэлектрондық құрылғыларда қолданылады; Қалыпты жағдайда олар мырыш қоспасының құрылымында кездеседі, ал қысымда олар тас тұзының (RS) құрылымына айналады [2].
Атмосфералық қысымда CdTe тұрақты кристалдық құрылымы мырыш қоспасы (ZB) болып табылады. Қысым 3,5 ГПа-ға дейін жоғарылағанда ZB фазасы 3,8 ГПа-да тас тұзы (NaCl) фазасына айналмас бұрын, қысқа қысым диапазонында ғана тұрақты болатын киноварь (киннавар) фазасына айналады. [6,7], содан кейін 10,1 ГПа кезінде CmСmфазасына өтеді

ZB -- Cinn -- NaCl -- Cmcm (1)

CdTe үшін ZBқұрылымы метатұрақты және қалыпты жағдайларда дайындалуы қиын, сондықтан CdTe жоғары тиімді күн батареяларының көпшілігі таза ZB құрылымы болып табылады. Термиялық күйдіру кезінде CdTe қосылыстарының мүмкін болатын фазалық өзгеруін ескере отырып, ZB CdTe дайындау үшін төмен температура әдістері қолайлырақ.

Сурет 1 а - вурцит - алтыбұрышты; b - мырыш қоспасы - текше; c - NaCl - CdTe нанобөлшектерінің текше құрылымы; d - CdTe нанобөлшектерінің жазықтықтары мен тор параметрін көрсететін кристалдық құрылым
Ескерту: [3] дереккөздер негізінде құралған

1-суретте ZB-CdTe азықтығындағы электрондық валенттілік заряд тығыздығы көрсетілген. Ол жартылай иондық, ішінара ковалентті қосылыстың тән үлгісін көрсетеді. Айта кету керек, XRD нәтижелері бойынша CdTe 0,675 иондылыққа ие және диэлектрлік теорияға сәйкес, β-Sn құрылымына қысыммен көбірек ковалентті қосылыстар, ал иондық қосылыстар тас тұзының фазасына ауысады.
Teллур атомының айналасындағы тығыздық: Теллур атомы айналасындағы тығыздық жоғары, бұл оның электрондарын мықтап ұстап тұрғанын көрсетеді.
Кадмий атомдарының айналасындағы тығыздық: Кадмий атомдары айналасында тығыздық төменірек, бірақ олар да коваленттік байланыстар арқылы Te атомына қосылған.
Электрондық қасиеттері: Бұл материалдың электр өткізгіштігі және оптикалық қасиеттері оның құрылымына және валенттік зарядтың таралуына байланысты.
Технологиялық қолдану: CdTe күн батареялары мен фотодетекторларда кеңінен қолданылады, сондықтан оның ішкі құрылымын түсіну бұл құрылғылардың тиімділігін арттыруға мүмкіндік береді.
Валенттік зарядтың тығыздығының суреті(сурет-2) CdTe құрылымындағы электрондардың таралуын және атомдардың арасындағы химиялық байланыстардың табиғатын көрсетеді.

Сурет 2 Мырыш қоспасының құрылымы жазықтығындағы валенттік зарядтың тығыздығы
Ескерту: [4] дереккөздер негізінде құралған

2-суретте RS-CdTe жазықтығындағы электрондық валенттілік заряд тығыздығы көрсетілген. Байланыстың иондық табиғаты осы жерден анық көрінеді. Аниондар айналасында шамамен сфералық зарядтың таралуы. Бұл жүйе ионды бола бастағанда (қысым нәтижесінде) мырыш қоспасынан гөрі тас тұзының құрылымы пайда болатыны белгілі фактіге сәйкес келеді [4].
Зарядтың тығыздығы CdTe электронды қасиеттеріне әсер етеді, мысалы, өткізгіштік және жолақ аралығы. Валенттік электрондардың атомдармен әрекеттесуі материалдағы энергия деңгейлері мен өткізгіштік жолақтарын анықтайды.
Teллур атомдарының айналасындағы жоғары заряд тығыздығы бұл атомдардың жолақ аралығын және CdTe-нің басқа электрондық қасиеттерін анықтауда шешуші рөл атқаратынын көрсетеді.
Зарядтың тығыздығы құрылымы материалдың оптикалық қасиеттеріне де әсер етеді. Жарықтың электронды бұлттармен әрекеттесуі жұтылу және шағылу коэффициенттерін анықтайды, бұл фотодетекторлар мен күн батареяларында CdTe қолдану үшін маңызды.
Cd және Te арасындағы коваленттік байланыс материалды берік, бірақ сынғыш етеді. Кез келген механикалық әсер байланыстардың үзілуіне әкелуі мүмкін, бұл CdTe кристалдарының сынғыштығын түсіндіреді.
CdTe тас тұзының құрылымы жазықтығындағы валенттік зарядтың тығыздығын көрсететін сурет (сурет 3) материалдағы электрондардың таралуы және химиялық байланыстардың табиғаты туралы құнды ақпарат береді. Те атомдарының айналасындағы жоғары заряд тығыздығы және Cd атомдарының айналасындағы төменгі тығыздық бұл элементтердің электртерістігінің айырмашылығын көрсетеді және материалдың электрондық және физикалық қасиеттерін түсіндіреді. Бұл ақпарат әртүрлі технологиялық салаларда, соның ішінде жартылай өткізгіш құрылғылар мен фотодетекторларда CdTe қолданбаларын түсіну және жақсарту үшін өте маңызды.

Сурет 3 Тас тұзының құрылымы жазықтығындағы валенттік зарядтың тығыздығы
Ескерту: [4] дереккөздер негізінде құралған
CdTe табиғи кристалдық торы (4-сурет), формальды түрде текше; текше осінің бағытына перпендикуляр қараған кезде, ол алтыбұрышты оралған Cd және Te ауыспалы қабаттарының жинақталған жазықтықтарынан тұратын сияқты. Қабықша тұндыру жағдайларының көпшілігінде бұл жазықтықтар субстраттың үстінде орналасады ([111] осі субстратқа перпендикуляр), нәтижесінде кристаллиттер бағаналы өседі. Көптеген жағдайларда айтарлықтай үлкен кристаллиттер өседі (диаметрі 10 мм-ге дейін). Жоғары иондылығына байланысты CdTe кристаллиттерінде дән шекаралары өте жақсы пассивтелген [5].

Сурет 4 CdTe кристалдық торы
Ескерту: [6] дереккөздер негізінде құралған

1,48-1,6 эВ жолақ саңылауы бар CdTe жартылай өткізгіш қосылысы (4,2 К-ден бөлме температурасына дейін) әдетте 0,648 нм 300 К тор тұрақтысы бар мырыш қоспасының құрылымында кристалданады (1-кесте).
Вурцит (WS) типті құрылым (алтыбұрышты модификация) тек CdTe қабықшалары үшін байқалады. Мұндай құрылымның бірлік ұяшығы үш базистік векторға салынған, олардың екеуі модулі бойынша 0,56 нм-ге тең және 120°бұрышты құрайды, ал үшінші ұзындығы 0,913 нм оларға перпендикуляр. Вурцит құрылымы бар монокристалды CdTe пленкаларында метастабилді алтыбұрышты фазаның бет центрленген текше фазасына біртіндеп өзгеруі орын алады. Трансформация аралық ромбоэдрлік құрылым арқылы жүреді, ал алтыбұрышты құрылымның ромбоэдрлік құрылымға айналуы соңғысының бет центрлі текше құрылымға айналуынан гөрі жүреді.
Спектрдің инфрақызыл аймағында CdTe текше кристалдары жеткілікті жоғары мөлдірлікпен сипатталады. λ = 1200-1400 нм спектрлік диапазондағы CdTe n = 2,67 сыну көрсеткіші [6].
Мырыш қоспасының құрылымындағы CdTe кристалдық торы бір-біріне қатысты бірінің ұзындығының төрттен біріне көлемдік диагональ бағытында ығысатындай етіп бір-біріне салынған екі ортасы бар текше торлардан тұрады. Бірлік ұяшықтың түйіндерінде d1=(000) кадмий атомдары, ал d2=(a4)(111) түйіндерінде теллур атомдары орналасады.

Кесте 1
CdTe кейбір параметрлері

Т=300 К кезіндегі тұрақты тор
0,6481 нм
300 К кезінде диаэлектрик өткізгіштік
10.2
300 К диаэлектрик өткізгіштік
7.1-7.4
Жолақ ені 300 К
1.49 эВ
ЛАД Молярлық масса
240, 01 гмоль
Балқу температурасы
1092°С
Жылу сыйымдылығы 293 К
210 Джкг
Тығыздық
5,85 гсм3
Тоқ параметрі сфалерит
6,48
Электр өткізгіштік түрі
n, p
Электрондардың қозғалғыштығы
0,12 м2(В∙с)
Тесіктердің қозғалғыштығы
0,006 м2(В∙с)

Ескеру [7] дереккөз бойынша құрастырылған

CdTe физикалық-химиялық табиғаты негізгі электрофизикалық қасиеттерді анықтайды. Құрамның стехиометриялық бағыттан бір немесе басқа бағытта ауытқуы CdTe бірдей дәрежеде электронды және саңылау жартылай өткізгіш бола алатындығына әкеледі.
900°C дейін қыздырылған кристалдардағы термоЭҚК және Холл константасын өлшеу, содан кейін әртүрлі кадмий буының қысымында сөндіру CdTe PCd 560 мм.сын.бағ. кезінде n-типті өткізгіштікке ие екенін көрсетті. Өнер. Егер кадмий буының қысымы осы мәннен аз болса, онда кадмий теллурид кристалдарының тесік өткізгіштігі болады.
Меншікті өткізгіштіктің температуралық өзгеруінен CdTe-нің меншікті өткізгіштігі аймағында активтену энергиясы 1,43-тен 1,57 эВ-қа дейін болатыны анықталды. Спектрлік фотосезімталдық қисықтары 0,79 мкм-де күрт шыңға ие, ол 1,57 эВ-ке сәйкес келеді. Жолақ жиегінің оптикалық жұтылу нәтижелері бойынша есептелген белсендіру энергиясы 1,45-тен 1,42 эВ-қа дейін өзгереді. Қалыңдығы 0,2 мм CdTe үлгісі 1,51 эВ фотон энергиясында жарықты өткізеді. Бөлме температурасында кадмий теллуридінің 1,51 эВ ток тасымалдаушыларының активтену энергиясы бар. 1000 К-де жолақ аралық 1,17 эВ дейін төмендейді.
Тасымалдаушы концентрациясы шамамен 1014 см-3 үлгі үшін CdTe-дегі тесіктердің қозғалғыштығы бөлме температурасында 600 см2В∙с жетеді. Аймақтық балқыту арқылы тазартылған кадмий теллурид үшін электрон концентрациясы 1015 см-3, сұйық азот температурасында 60 000 см2В∙с электронның қозғалғыштығы байқалады. Бөлме температурасында CdTe термиялық ЭҚК 820 мкВ°C, ал 450°C температурада 350 мкВ°C дейін төмендейді [8].
Кадмий теллуриді жартылай өткізгіштердің AIIBVI тобына жатады, олар салыстырмалы түрде үлкен тікелей өткізу жолағы болғандықтан, оларды қызыл сәуледен ультракүлгінге дейінгі қысқа толқын ұзындығында жұмыс істейтін оптикалық құрылғыларда пайдалану үшін өте перспективалы етеді. Қазіргі уақытта олардың технологиялық әлеуеті өте зор. Олар жоғары сапалы көк және ультракүлгін (УК) жарықдиодты, ультракүлгін фотоөткізгіштер мен детекторларды, контактілер мен p-n түйіспелерін, металл-оқшаулағыш-жартылай өткізгіш, жартылай өткізгіш-оқшаулағыш-жартылай өткізгіш құрылымдарды, жұқа қабықшалы микротолқынды акустикалық резонаторларды, электролюминесцентті құрылғыларды жасау үшін қолданылады. , пьезоэлектрлік құрылғылар, сәулелік түтіктердегі жазық катодтар, сұйық кристалды дисплейлердің сапасын күрт жақсартатын, олардың экрандарын жарқыратып, айқынырақ ететін мөлдір транзисторлар және т.б.
Құрылғылар жоғары температурада азды-көпті тұрақты жұмыс істей алады (кремний, германий және галлий арсенидіне негізделген құрылғыларға қарағанда). Атап айтқанда, CdTe оптоэлектроника және радиоактивті сәулеленуді анықтау саласында қолдану үшін қажетті физикалық қасиеттерге ие. Сондықтан беттің рөлі, онда болып жатқан процестердің физикасын түсіну, беттің электрондық қасиеттері (жолақ құрылымы, электрондық күйлердің тығыздығы, валенттік электрондардың заряд тығыздығы) туралы біржақты және сенімді физикалық ақпаратты алу маңызды шарт болып табылады. оптоэлектронды және детекторлық құрылғылардың дұрыс жұмыс істеуін және сенімділігін қамтамасыз ету және жоғары сапалы пленкаларды өсіру үшін [8].
Поли- және бір кристалды CdTe жартылай өткізгішті есептегіштерде және иондаушы сәуле детекторларында кеңінен қолданылады. Бұл, ең алдымен, жартылай өткізгіштің атомдық нөмірі артқан сайын, материалдың тоқтау күші артып, зарядтың локализациясының ауданы тарылатындығына байланысты. CdTe жағдайында үлкен атомдық нөмір (Te үшін 52 және Cd үшін 48), үлкен жолақ саңылауы және 1100 см2V∙с дейінгі жоғары электрондардың қозғалғыштығы сияқты факторлардың қосындысы тоқтау қуатының артуына әкеледі. Сонымен қатар, CdTe негізіндегі құрылғылар бөлме температурасында жұмыс істей алады, бұл ядролық спектроскопияның кең ауқымы үшін ықшам детекторларды шығаруға мүмкіндік береді гамма-сәулелік телескоптардың жоғары бұрыштық ажыратымдылығы және жақсы сезімталдығы бар аспанның рентгендік және γ-сәулелік кескіндерін алуға арналған телескоптың позицияға сезімтал детекторлары бір кристалды CdTe негізіндегі ондаған мың элементтерден тұрады [9].
CdTe негізіндегі жартылай өткізгіш детекторлар германий мен кремнийге қарағанда жоғары энергиялы сәулеленуді анықтау үшін айтарлықтай тиімді болып шықты және CdZnTe қатты ерітінділеріне көшкен кезде одан әрі жақсартуға мүмкіндік береді.
CdTe сонымен қатар IR-оптикада қолдануды тапты, өйткені ИК аймағында толқын ұзындығының кең диапазонында жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Ол 12-25 микрон толқын ұзындығы диапазонындағы сүзгілер үшін негіз ретінде пайдаланылады. Субстрат ретінде CdTe қолданылатын CdxHg1-xTe қатты ерітіндісі заманауи IR технологиясының негізгі жартылай өткізгіш материалы болып табылады. Оның маңызды артықшылығы - 1-20 микрон спектрлік аймақта жұмыс істеу мүмкіндігі. Cd және Hg қатынасын өзгерту арқылы қажетті спектрлік аймақ үшін оңтайлы спектрлік сипаттамаларды алуға болады.
300 К-де 1,48 эВ жолақ саңылауы және оптикалық жұту коэффициенті 5∙104 см-1 жоғары тікелей аралықтағы жартылай өткізгіш болып табылатын CdTe фотоэлектрлік энергия түрлендіргіштерін (ПВХ) өндіру үшін өте перспективалы материал болып табылады. CdTe жұқа пленкаларына негізделген күн батареялары қазіргі құрылғыларда қолданылатын кремний негізіндегі жасушаларға қарағанда теориялық тұрғыдан тиімдірек. Мұның себебі CdTe диапазонының күн сәулесінің спектрінің шыңына жақындығы. Сонымен қатар, CdTe негізіндегі күн батареялары жоғары температуралық ортада жұмыс істеуге жақсырақ. 1 мкммин астам жылдамдықпен пленкаларды өсіруге мүмкіндік беретін технологиялардың дамуы CdTe негізіндегі PV жасушаларының өндірісінің өсуіне ықпал етеді. Төмен құнына байланысты олар төмен тиімділігіне қарамастан, кремний пластиналарымен айтарлықтай бәсекелеседі. Сондықтан коммерциялық қол жетімді CdTe негізіндегі күн батареяларын жасау үшін жылдам кристалдануға негізделген өсу әдістерін әзірлеу ерекше маңызды [10].

1.3 CdTe нанопластинасының қасиеттері мен қолдануы

Кадмий теллуридінің (CdTe) нанопластиналары кванттық өлшемдік әсерге және бетінің үлкен ауданына байланысты бірегей физикалық және химиялық қасиеттерге ие екі өлшемді нанокристалдар болып табылады. CdTe нанопластиналарының маңызды қасиеттеріне мыналар жатады:
Оптикалық қасиеттері: CdTe Нанопластиналары күшті жұтылу қабілетіне және фотолюминесценцияның жоғары кванттық шығу коэффициентіне ие. Бұл қасиеттер оларды күн батареяларында, Жарық диодтарында және биомедициналық зерттеулерде флуоресцентті маркерлер ретінде қолдануға өте ыңғайлы етеді [11]. Ұсынылған график (5-сурет) 350-ден 600 нм-ге дейінгі толқын ұзындығы диапазонында CdTe нанопластинкаларының оптикалық жұтылуын көрсетеді.

Сурет 5 Оптикалық жұтылу графигі
Ескерту:[11] дереккөздер негізінде құралған

График толқын ұзындығының ұлғаюымен жұтылудың ұлғаюын көрсетеді, ол шамамен 400 нм шамасында бірінші жергілікті максимумға жетеді және екі айқын шың да шамамен 450 және 480 нм-де көрінеді. Бұл шыңдар кванттық ұңғымалармен және материалдағы электрондар мен тесіктердің шектелуімен байланысты нанопластиналардағы кванттық өлшем әсерлерін көрсетуі мүмкін. Әртүрлі шыңдар әдетте валенттілік және өткізгіштік жолақтарындағы күйлер арасындағы әртүрлі электронды ауысуларға сәйкес келеді. 480 нм биіктіктен кейін абсорбция күрт төмендей бастайды, ол 600 нм шамасында минимумға жететін кең сіңіру жолағын құрайды. Бұл төмендеу толқын ұзындығының одан әрі ұлғаюымен фотон энергиясының электрондарды келесі қол жетімді энергия деңгейлеріне қозғау үшін жеткіліксіз болуына байланысты болуы мүмкін. қалыңдығы және материалдағы ықтимал қоспалар. Бұл параметрлер жарықдиодты шамдар, лазерлер және фотодетекторлар сияқты оптоэлектрондық құрылғыларды жобалау және оңтайландыру үшін маңызды.
Оптикалық тығыздық - үлгінің белгілі бір толқын ұзындығында жарықты қаншалықты күшті сіңіретінінің өлшемі. Ол Бер-Ламберт заңы бойынша есептеледі, ол жарықтың жұтылуы жұтатын заттың концентрациясына және үлгі арқылы өтетін жарық жолының ұзындығына сызықты тәуелді болады.
Графикте абсорбция шыңдары концентрацияның жоғарылауымен ұзағырақ толқын ұзындығына ауысады. Бұл құбылыс заттың электрондық құрылымының өзгеруіне немесе энергия деңгейлерін және сәйкесінше жұтылу спектрін өзгертетін молекулалар арасындағы өзара әрекеттесуге байланысты болуы мүмкін [11].
Электрондық қасиеттері: CdTe Нанопластиналары бірегей электронды қасиеттерге ие, соның ішінде жоғары электр өткізгіштік және электрондар мен кемптіктердің жақсы тасымалдау қасиеттері. Бұл оларды фотодетекторлар мен транзисторларда қолдануға жарамды етеді [12].
Мұнда екі өткір шыңы бар егжей-тегжейлі ғылыми графикті көрсететін CdTe нанопластинкаларының электрондық қасиеттерінің иллюстрациясы берілген. Бұл график -2 эВ-тен 2 эВ-қа дейінгі энергетикалық диапазондағы нанопластинкалардың негізгі электрондық сипаттамаларын көрсетеді. -0,1 эВ және +0,1 эВ-ке жақын шыңдар CdTe материалындағы нақты электрондық ауысуларды немесе күйлерді білдіреді, мысалы, қолданбалар үшін өте маңызды. фотоэлектрлік құрылғылар, сенсорлар және оптоэлектронды құрылғылар. График бұл қасиеттердің энергияға байланысты қалай өзгеретінін нақты визуализациялауға арналған және қажетті электронды мінез-құлықтары бар инженерлік материалдарға қажетті түсініктерді ұсынады.
Механикалық қасиеттері: құрылымына байланысты CdTe нанопластиналары икемді электронды құрылғылард ақолдануға жеткілікті икемді болуы мүмкін [11].
CdTe нанопластинкаларының механикалық қасиеттері оларды әртүрлі оптоэлектрондық құрылғыларда қолдануда маңызды рөл атқарады. Олардың наносөлшемді сипаттамалары, жоғары созылу беріктігі мен икемділігі оларды күн батареяларында, фотодетекторларда және басқа да жоғары технологиялық құрылғыларда пайдалану үшін перспективалы етеді.
CdTe нанопластиналарын қолдануы:
Күн батареялары: CdTe нанопластиналарының еңу әде етілген қосымшаларының бірі оларды күнбатареяларында белсенді қабатретінде пайдалану. Жоғары жұтылу коэффициентімен және күн сәулесін электр энергиясына тиімді түрлендіру қабілетімен CdTe нанопластиналары күн панельдерінің тиімділігін арттыруға мүмкіндік береді.
Оптоэлектроника: жарық диодтарымен лазерлерде CdTe нанопластиналары түстердің көбеюімен түрлендіру тиімділігін жақсарту үшін қолданылады.
Биомедицина: CdTe нанопластиндерінің флуоресцентті қасиеттері оларды биологиялық молекулаларды, жасушаларды және тіндерді белгілеуге және бейнелеуге қолайлы етеді. Олар диагностика және зерттеу үшін биоимиджингте қолданылады.
Детекторлар: фотодетекторларда CdTe нанопластиналары әртүрлі диапазондағы жарықты анықтау кезінде сезімталдықпен жылдамдықты жақсарту үшін қолданылады.
Электроника: жоғары электр өткізгіштігімен тасымалдау қасиеттеріне байланысты CdTe нанопластиналарын жоғары өнімді Транзисторлармен басқа электронды компоненттерді жасауда қолдануға болады.
CdTe нанопластиналарының бірегей қасиеттерінің жиынтығы және олардың әртүрлі қолданылуы оларды нанотехнологиямен материалтану саласындағы ғылыми зерттеулермен технологиялық әзірлемелер үшін маңызды объектіге айналдырады [11].

1.4 Прекурсорлар концентрациясының нанопластин қасиеттеріне әсері

Реакция қоспасындағы прекурсорлардың концентрациясының өзгеруі синтезделген нанопластиндердің морфологиялық, оптикалық және құрылымдық қасиеттеріне айтарлықтай әсер етеді. Кадмий (Cd) және теллур (Te) концентрациясының өзгеруі осы қасиеттерге қалай әсер ететінін қарастырайық.
Морфологияға әсері: Прекурсорлардың төмен концентрациясы: прекурсорлардың төмен концентрациясында шағын нанопластиналар түзіледі, олардың мөлшері тар бөлінеді. Бұл баяу өсуге және кристалды қалыптастыру үшін бастапқы материалдың шектеулі мөлшеріне байланысты.
Прекурсорлардың жоғары концентрациясы: прекурсорлар концентрациясының жоғарылауы нанопластиналар мөлшерінің ұлғаюына және жылдам өсу және бөлшектердің коагуляциясының ықтималдығы арқылы өлшемдердің кең таралуына әкеледі.
Оптикалық қасиеттерге әсері: Прекурсорлардың төмен концентрациясы: шағын нанопластиналар кванттық өлшемдік әсерге байланысты жұтылу шыңы мен флуоресценцияның қысқа толқынды аймаққа (көк сдысу) ауысуын көрсетеді.
Прекурсорлардың жоғары концентрациясы: үлкен нанопластиналар жұтылу шыңы мен флуоресценцияның ұзын толқынды аймаққа ауысуын көрсетеді (қызыл сдысу), бұл кванттық Өлшем әсерінің аз әсерін көрсетеді.
Прекурсорлардың төмен концентрациясы: өсудің баяулауына және ақаулардың аз болуына байланысты реттелген және сапалы кристалдық құрылымдардың пайда болуына ықпал етуі мүмкін.
Прекурсорлардың жоғары концентрациясы: қарқынды өсу кристалдық құрылымның ақаулығы мен гетерогенділігінің жоғарылауына әкелуі мүмкін [11].

2 ТАРАУ. ЭКСПЕРИМЕНТТІК ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕМЕСІ

2.1 СdTe нанопластинкаларды синтездеу әдісі

Бүгінгі таңда жартылай өткізгіш нанобөлшектерді алудың дәстүрлі әдісі (атап айтқанда, кадмий теллуриді CdTe) координациялық (мысалы, триоктилфосфиноксин, TOPO) және үйлестірмейтін (мысалы, октадецен) еріткіштердегі жоғары температуралы коллоидтық синтез болып табылады. Бірінші жағдайда еріткіш молекулалары тұрақтандырғыш болып табылады, екінші жағдайда тұрақтандырғышты реакциялық қоспаға қосымша енгізу керек. Синтез көбінесе инертті атмосферада жүзеге асырылады. Координациялық еріткіштердегі жоғары сапалы жартылай өткізгіш НПЛ синтезі [11] сипатталған.
Қолданылатын реагенттер
Нанопластиналарды синтездеу және тазарту үшін: кадмий ацетаты дигидрат Cd(CH3COO)2 2H2O, (98%), 1-октадецен (90% ODE), теллур ұнтағы (98% Te), олеин қышқылы (90% OA) , триоктилфосфин (95% TOP), гексан (95%), этанол (95%), ацетон, аргон газы.
Барлық пайдаланылған реагенттер ең жоғары тазалықта болды және Sigma-Aldrich Chemie GmbH немесе Merck компаниясынан сатып алынды. Олар қосымша тазартусыз қолданылды.
CdTe НПЛ үлгілері қыздырылған магниттік араластырғыштарда (Amtast MS 400) модификацияланған әдісті пайдалана отырып, жоғары қайнайтын еріткіште жоғары температуралық импульстік нуклеация арқылы синтезделді. Катиондық прекурсорлар ретінде кадмий прекурсорлары, ал аниондық прекурсорлар ретінде 1М триоктилфосфинде (1М TOP-Te және 2М TOP-Te) ерітілген теллур ұнтағы пайдаланылды.
Прекурсорлардың синтезі
Кадмий олеаты
Кадмийдің бастапқы көзі кадмий ацетаты дигидрат болды, ол әрі қарай олеин қышқылымен әрекеттескеннен кейін реакция арқылы кадмий олеатына айналды, жоғары қайнайтын еріткіште ерітінді береді.
Триоктилфосфин - Жоғарғы
... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.