stringtranslate.com

Селенид свинца

Селенид свинца ( PbSe ), или селенид свинца(II) , селенид свинца , является полупроводниковым материалом . Он образует кубические кристаллы со структурой NaCl ; имеет прямую запрещенную зону 0,27 эВ при комнатной температуре. (Обратите внимание, что [2] неправильно определяет PbSe и другие полупроводники IV–VI как непрямозонные материалы.) [3] Серое твердое вещество, используется для производства инфракрасных детекторов для тепловидения . [ 4] Минерал клаусталит является природным селенидом свинца.

Он может быть образован путем прямой реакции между входящими в его состав элементами — свинцом и селеном .

Инфракрасное обнаружение

PbSe был одним из первых материалов, который был обнаружен чувствительным к инфракрасному излучению, используемому в военных целях. Ранние исследовательские работы по исследованию материала как инфракрасного детектора проводились в 1930-х годах, а первые полезные устройства были разработаны немцами, американцами и британцами во время и сразу после Второй мировой войны. С тех пор PbSe широко использовался в качестве инфракрасного фотодетектора в различных приложениях, от спектрометров для обнаружения газа и пламени до инфракрасных взрывателей для артиллерийских боеприпасов или пассивных инфракрасных систем подсказок (PIC). [5]

Как чувствительный к инфракрасному излучению материал, PbSe обладает уникальными и выдающимися характеристиками: он может обнаруживать ИК-излучение с длиной волны от 1,5 до 5,2 мкм (средневолновое инфракрасное окно, сокращенно MWIR – в некоторых особых условиях его чувствительность может быть расширена за пределы 6 мкм), он имеет высокую обнаружительную способность при комнатной температуре (неохлаждаемая производительность), а благодаря своей квантовой природе он также обеспечивает очень быстрый отклик, что делает этот материал отличным кандидатом на роль детектора недорогих высокоскоростных инфракрасных тепловизоров. [6]

Теория работы

Селенид свинца является фотопроводящим материалом. Его механизм обнаружения основан на изменении проводимости поликристаллической тонкой пленки активного материала при падении фотонов . Эти фотоны поглощаются внутри микрокристаллов PbSe, вызывая затем продвижение электронов из валентной зоны в зону проводимости . Несмотря на то, что он был тщательно изучен, механизмы, ответственные за его высокую обнаружительную способность при комнатной температуре, не совсем понятны. Широко признано, что материал и поликристаллическая природа активной тонкой пленки играют ключевую роль как в снижении механизма Оже , так и в снижении темнового тока, связанного с наличием множественных межзеренных обедненных областей и потенциальных барьеров внутри поликристаллических тонких пленок.

Термоэлектрические свойства

Селенид свинца — термоэлектрический материал. Материал был идентифицирован как потенциальный высокотемпературный термоэлектрик с натриевым или хлорным легированием Алексевой и ее коллегами в Институте А. Ф. Иоффе в России. Последующие теоретические работы в Окриджской национальной лаборатории, США, предсказали, что его производительность p-типа может быть равна или превосходить производительность родственного соединения, теллурида свинца. [7] С тех пор несколько групп сообщили о термоэлектрических показателях, превышающих единицу, что является характеристикой высокоэффективного термоэлектрика. [8] [9] [10]


Производство инфракрасных детекторов PbSe

Для изготовления инфракрасных детекторов на основе PbSe обычно используются два метода.

Химическое осаждение в ванне (ХО)

Химическая ванна (CBD) является стандартным методом производства. [11] Он был разработан в США в 60-х годах и основан на осаждении активного материала на подложке, промываемой в контролируемой ванне с селеномочевиной , ацетатом свинца , йодистым калием и другими соединениями. Метод CBD широко использовался в течение последних десятилетий и до сих пор используется для обработки инфракрасных детекторов PbSe. Из-за технологических ограничений, связанных с этим методом обработки, в настоящее время самый большой коммерческий формат детектора CBD PbSe представляет собой линейную матрицу из 1x256 элементов.

Парофазное осаждение (VPD)

Этот метод обработки основан на осаждении активного материала путем термического испарения с последующей термической обработкой. Этот метод имеет неотъемлемое преимущество по сравнению с методом CBD, которое заключается в совместимости с предварительно обработанными подложками, такими как кремниевые пластины CMOS-технологии, и возможности обработки сложных детекторов, таких как матрицы фокальной плоскости для формирователей изображений. Фактически, это стало самой важной вехой за последние десятилетия в производстве детекторов PbSe, поскольку это открыло технологию для рынка неохлаждаемых камер MWIR высокого разрешения с высокой частотой кадров и сниженными затратами. [12]

Фотодетекторы на основе квантовых точек PbSe

Триоктилфосфинселенид и ацетат свинца реагируют, образуя нанофазный селенид свинца. [13]

Нанокристаллы селенида свинца, внедренные в различные материалы, могут использоваться в качестве квантовых точек , [14] например, в нанокристаллических солнечных элементах .


Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Селенид свинца (PbSe) кристаллическая структура, параметры решетки, тепловое расширение". Non-Tetrahedrally Bonded Elements and Binary Compounds I . Vol. 41C. 1998. pp. 1–4. doi :10.1007/10681727_903. ISBN 978-3-540-64583-2. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  2. ^ Киттель, Чарльз (1986). Введение в физику твердого тела (6-е изд.). Нью-Йорк: Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-87474-4.
  3. ^ Экума, CE; Сингх, DJ; Морено, J.; Джаррелл, M. (2012). «Оптические свойства PbTe и PbSe». Physical Review B. 85 ( 8): 085205. Bibcode : 2012PhRvB..85h5205E. doi : 10.1103/PhysRevB.85.085205.
  4. ^ Лоусон, У. Д. (1951). «Метод выращивания монокристаллов теллурида и селенида свинца». Журнал прикладной физики . 22 (12): 1444–1447. Bibcode : 1951JAP....22.1444L. doi : 10.1063/1.1699890.
  5. ^ Лоуэлл, DJ (1968). Некоторые ранние разработки детекторов солей свинца . Мичиганский университет.
  6. ^ Вергара, Г. и др. (2007). Поликристаллический селенид свинца. Возрождение старого ИК-детектора . Обзор Opto Electronics 15.
  7. ^ Паркер, Д.; Сингх, ДЖ. (2010). «Высокотемпературные термоэлектрические характеристики сильно легированного PbSe». Physical Review B. 82 ( 3): 035204. Bibcode : 2010PhRvB..82c5204P. doi : 10.1103/PhysRevB.82.035204.
  8. ^ Ван, Х.; Пей, И.; Лалонд, А.Д.; Снайдер, Г.Дж. (2011). «Сильнолегированный PbSe p-типа с высокими термоэлектрическими характеристиками: альтернатива PbTe». Advanced Materials . 23 (11): 1366–1370. doi :10.1002/adma.201004200. PMID  21400597.
  9. ^ Андрулакис, Дж.; Тодоров, И.; Хе, Дж.; Чунг, Д.Й.; Дравид, В.; Канацидис, М. (2011). «Термоэлектрики из распространенных химических элементов: высокопроизводительные наноструктурированные PbSe–PbS». Журнал Американского химического общества . 133 (28): 10920–10927. doi :10.1021/ja203022c. PMID  21650209.
  10. ^ Zhang, Q.; Cao, F.; Lukas, K.; Liu, W.; Esfarjani, K.; Opeil, C.; Broido, D.; Parker, D.; Singh, DJ; Chen, G.; Ren, Z. (2012). «Исследование термоэлектрических свойств селенида свинца, легированного бором, галлием, индием или таллием» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 134 (42): 17731–17738. doi :10.1021/ja307910u. hdl : 1721.1/86904 . OSTI  1382354. PMID  23025440.
  11. ^ Джонсон, Т. Х. (1965). Растворы и методы осаждения селенида свинца . Патент США 3.178.312.
  12. ^ Вергара, Г. и др. (2011). Технология VPD PbSe заполняет существующий пробел в неохлаждаемых, недорогих и быстрых ИК-камерах . Т. 8012. Proc. SPIE. стр. 146.
  13. ^ Pietryga, Jeffrey M.; Hollingsworth, Jennifer A. (2014). "Mid-Infrared Emitting Lead Selenide Nanocrystal Quantum Dots". Неорганические синтезы: том 36. Том 36. стр. 198–202. doi :10.1002/9781118744994.ch37. ISBN 9781118744994.
  14. ^ Шуклов, ИА; Разумов, ВФ (2020). «Квантовые точки халькогенидов свинца для фотоэлектрических устройств». Журнал химической науки . 89 (3): 379–391. Bibcode : 2020RuCRv..89..379S. doi : 10.1070/RCR4917. PMID  21650209. S2CID  212957425.

Внешние ссылки