Исследование фазовых равновесий и термодинамических свойств систем Cu-Tl-S и CuTlX-AgTlX (X-S, Se, Te)

Актуальность проблемы. Развитие полупроводниковой техники привело к необходимости поиска новых полупроводниковых материалов с заранее заданными свойствами. Поскольку известные полупроводники не всегда пригодны для изготовления полупроводниковыхпреобразователей с требуемыми параметрами, то получение полупроводниковых материалов, в которых путем изменения состава можно регулировать их свойства,'приобретает важное научное и практическое значение. Поэтому приходится разрабатывать способы синтеза специальных материалов, обладающих комплексом нужных физико-химических свойств и необходимыми электрофизическими параметрами. Именно успешное развитие технологии получения некоторых полупроводниковых материалов с необходимыми свойствами позволило разрабатывать многочисленные приборы, лежащие в основе современной полупроводниковой электроники. В этом широкие перспективы открываются при исследовании твердых растворов, связанные с возможностью плавного изменения их основных параметров в зависимости от состава.

На основе твердых растворов некоторых полупроводников уже созданы различные полупроводниковые приборы. Примером moi^t служить твердые растворы НдТе ~ CdTe* SL~ Qe и др. в которых осуществляется возможность получения материалов с заданной шириной запрещенной зоны. С этой точки зрения весьма перспективными являются сложные халькогенидные системы, в частности, системы образованные тройными полупроводниковыми соединениями. Отсутствие в литературе данных по фазовым равновесиям, термодинамическим и другим физико-химическим свойствам для этих систем затрудняет установить возможности их практического применения. Комплексное исследование физико-химических свойств полупроводниковых систем позволяет определить возможные области их применения и получить информацию о характере взаимодействия компонентов в исследуемых системах. В связи с этим особое значение приобретает теоретическое и экспериментальное изучение фазовых равновесий и термодинамических свойств в различных металлических и полупроводниковых системах, которые составляют научную основу разработки новых материалов для современной техники.

Цель работы.

I.Исследование фазовых равновесий и установление характера взаимодействия компонентов в системе Cu-TB-S построением фазовых диаграмм некоторых политермических и изотермических разрезов поверхности ликвидуса;

2.Определение термодинамических свойств обнаруженных тройных соединений в системе Си ~ ТеS ;

3.Исследование фазовых равновесий в системах CuTiXАуТЕХ >

Си res +Afe Se CuTese+Ajm* си resCures еAf те те .

4.Исследование некоторых электрофизических свойств обнаруженных фаз переменного состава в системахCuTeS+АцT?Se*zCuT?$e+A$TeS и CuTeSz CuTeSeA^TeTe г.

Научная новизна. Впервые установлен характер взаимодействия компонентов в тройной системе Си-ТвS «построены диаграммы состояния некоторых политермических разрезовизотермического сечения, при 300К и проекция поверхности ликвидуса систем Cu~Te~S. Также впервые построены диаграммы состояния систем CuTt S (Se)—AgTeSCSe), Cures (Se) — А}ТеТе JgTeStfehCuTeSeiS), изотермические сечения фазовых диаграмм при 500К и проекции поверхности ликвиду са систем CuTeS-tAg TBSe & CuTeSeAffi 8 и СиГе S — Си ТЕ Se —АдГеТе «обнаружены новые промежуточные фазы и твердые растворы на основе исходных соединений. Впервые определены парциальные и интегральные термодинамические функции тройных соединений.

Cunsz% Cu? es, Cu3Tesz и Си9теsF .

Определены ширины запрещенной зоны некоторых сплавов твердых растворов систем CuTCS tfi^TCSe zz CuTeSe*/l$T?S z Си ТС S ~ Си ТвSe — Ag Td Те, а также исходных соединений и у становлено, что обнаруженные фазы переменного состава обладают полупроводниковыми свойствами.

Практическая ценность. Термодинамические свойства сплавов системы Си~ T?~S и фазовые диаграммы исследуемых систем могут быть использованы при выборе оптимальных условий получения соответствующих материалов, а также включены в справочники.

Обнаруженные фазы переменного состава в системах CuTiS + fyTiSe*? CuTeSe* AfTES И Cafes-CuTeSeАдМТе. являются полупроводниками и могут быть использованы для изготовления различных полупроводниковых приборов.

Апробация. Основные результаты диссертационной работы долодены:

1.Ha 1У всесоюзной конференции «Тройные полупроводники и их применение», г. Кишинев, 1983.

2.На УХ республиканской научной конференции аспирантов ВУЗов Азербайджана, г. Баку, 1983.

3.На научно-практической конференции Азгосуниверситета на тему:" Университетская наука-производетву" Баку, 1984.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 137 страницах машинописного текста, состоит из введения, литературного обзора, трех глав экспериментальных результатов и их обсуждений, выводов. Диссертация содержит 39 рисунков, 18 таблиц, списка использованной литературы (112 наименований).

I.Методами дифференциального термического и рентгеновского фазового анализов, а также измерением электродвижущих сил кон центрационных цепей типа. .. ® Т^<�т/)./ глисверилf- 1(СЕ'*Х^СПССи-Те-S)CTS).^ исследованы фазовые равновесия в системах СиT?-S ^^ ^ сем интервале концентраций.2 .Построены диаграммы фазовых равновесий квазибинарных { CuTES — Т6 и ОиТбЗ — S) и неквазибинарных разрезов г^s-CuCСаП9, Си2s-re сси resz), Си тез — СиС тез, CuS), CuS’тез и Сио, 2тео, с,^Зр, зу-J, _ Показано, что в системе Си-Тв-3 образуются четыре тройных соединения: Си TBS «плавящееся конгруэнтно при 689К и CuTe3z % РлзТеЗг t CugT^Ss «плавящиеся инконгруэнтно при темпера турах 620,693 и 705К соответственно, З. На основании полученных данных построено изотермическое сечение фазовой диаграммы при ЗООК и проекция поверхности лик виду са системы C (jТв S «установлены области первичной кристаллизации фаз, все нони моновариантные равновесия. Обна ружено наличие четырех широких областей расслаивания двух жид костей (в серном углу треугольника Гиббса и вдоль линий те — 3, Си — S и те-Си) и широкая область тройного расслаи вания, имеющаяся вид треугольника, в области TE-TEzS-Cu2.S Си.

4.На основании измерений э.д.с. и потенциалобразующих реакций, установленных из построенного изотермического сечения системы СиТ£-3 при ЗООК, рассчитаны значения стандартных термодинамических функций образования обнаруженных тройных соединений. 5. Впервые методами ДТА, К&А и микрострукту|Ного анализа, а также измерением микротвердости исследованы фазовые равнове сия в системах Си ТвХ — й^ ТЕХ • Показансчто системы СиTiSeJi^^Se Ji CujeSCSe) -АдТСТе, являются квазибинарными и образуют диаграммы состояния эвтекти ческого типа с ограниченными твердыми растворами на основе ис ходных компонентов. Установлено, что система DuTESAoTES является квазибинарной и характе]ризуется образованием промежуточной^-фазы в твердом состоянии. Показано, что ^ -фаза образуется по твердофазной реакции.6.Исследованы фазовые равновесия в тройной взаимной систе ме CuTES +/^ ТеЗе ^^ СиTESe-ьЛрТВЗ* Построены фазовые диа граммы политермических разрезов Си ТЕ S — А о ТЕ $е «Си TESeAgTES «изотермическое сечение фазовой диаграммы при 500К и проекция поверхности ликвидуса системы CuTES-irfioTESe^ ^ OuTESe i-AjTES .Показано, что эта взаимная система является адиагональной и ха рактеризуется образованием широких областей (5−20^) твердых растворов на основе исходных компонентов, а также промежуточной.

3^ -фазы с переменным составом.7.Установлено, что Л ж fiфазы, образующиеся в исходных квазибинарных системах Ад С Си) 7ES-Jg С Си) ft Se, Ад ТЕЗ СЗе);

" СиТЕ313е) вес-колъ-ко проникают вгдубь концентрационного квад рата исследуемой взаимной системы и расположены вдоль систем ОиТЕЗ-СиТеЗе^ и AgTES’А^ТЕЗе в виде узкой полосы.^ - фаза образует относительно узкую область гомогенности" Точки минимума Mj и М2 на граничных системах АдТЕЗ-АдТЕЗе.

и CuT^SCuTCSe образуют кривые моновариантной кристалли зации об и ^ твердых растворов, которые в точке М пересека ются с кривой моновариантной эвтектики 6,62 и образует нон вариантную точку, характеризующую совместную кристаллизацию oL^{Jтвердых} растворов определенного состава.8.Методами ДТА, РФА и измерением микротвердости исследованы фазовые равновесия в системе CuT? S — CuTESe -/jaTCTe.Построены фазовые диаграммы политермического разреза CuTESos^.^cf •А^ТСТе* изотермического сечения при 55ОК и проекция поверх ности ликвидуса системы CuTESCuTESe LTCTe. Разрез OuTiSosSeoB «АдТбТе является неквазибинарным, а сов местная кристаллизация Л ж ^ -твердых растворов на основе CuT? S (Se) и /оТЕТе происходит нонвариантно. Кроме того, по казано отсутствие промежуточных фаз и наличие областей первич ных твердых растворов.9,Измерены электропроводности I (о I сплавов разрезов в системах {?^ Г/f5 -^hftSe^CMe-^Jlfn и CuTES-CuTeSe;

а также исходных соединений. Зависимости ширины запрещенной зоны от состава подтверждают образование в указанных системах твердых растворов, Определены ширины запрещенной зоны соединений CuTES, CuTESet hftS «/fESe и /^ТЕТе .