СИСТЕМИ TlInS₂(Se₂) – CdS(Se)

Отримання нових матеріалів на основі потрійних халькогенідних сполук типу TlA^IIIX₂ (A = In , Ga; X = S, Se) – ізоелектронних аналогів відомих напівпровідників груп А^IIIВ^V і А^IIВ^VI є актуальним завданням. Ці шаруваті кристали та тверді розчини на їх основі перспективні для застосування в нелінійній оптиці, лазерній техніці, в напрямку створення приймачів для видимої та ІЧ-областей спектра, рентгендетекторів та інших перетворювачів.

Представлені результати стосуються встановлення характеру взаємодії у системах TlInS₂(Se)₂ – CdS(Se).

TlInS₂ плавиться конґруентно при 1048 К і володіє поліморфним перетворенням при 803 К. Відомо п’ять cтабільних структурних модифікацій цієї сполуки – моноклінна, гексагональна, ромбічна, тетрагональна та триклінна. При нормальному тиску залежно від способу отримання можливе існування двох стабільних кристалографічних модифікацій TlInS₂: гексагональної (ПГ P63/mmc) та моноклінної (ПГ С2/с) [1]. TlInSe₂ також конґруентна сполука (1053 К), яка кристалізується в тетрагональній ґратці типу TlSe, просторова група симетрии I4/mcm [2]. Бінарні кадмій халькогеніди – конгруентні сполуки з температурами плавлення 2023 К при 100 бар (CdS) та 1512 К (CdSe), що можуть існувати в структурах сфалериту (ПГ F-43m) чи вюрциту (ПР P6₃mc) [3].

Для дослідження взаємодії компонентів у системах отримано 27 зразків. Вихідні потрійні сполуки TlInS₂ і TlInSe₂ були синтезовані з простих речовин високої чистоти талію, індію, сірки, чи селену чистоти не менше 99,999 %. Дані потрійні сполуки служили вихідними матеріалами для синтезу усіх сплавів досліджуваних систем, які були взяті в стехіометричних співвідношеннях із кадмієм, сіркою чи селеном. Синтез проводився сплавлянням розрахованих кількостей компонентів у вакуумованих до 10^-3 Па кварцових ампулах. Максимальна температура складала 1000–1350 К залежно від складу зразків. Всі сплави відпалювались при 670 К протягом 250 год, після чого проводилось їх загартування в 20-ти % водний розчин NaCl.

Дослідження здійснювали методами диференційно-термічного (ДТА) та ренґенофазового (РФА) аналізів. Запис кривих ДТА проводили на дериватографі системи Paulik-Paulik-Erdey з використанням комбінованої Pt/Pt-Rh термопари, РФА здійснювали за порошкограмами, знятими на дифрактометрі ДРОН 4-13 (CuK_a-випромінювання).

Для вихідних сполук було проведено ідентифікацію і визначено експериментальні параметри елементарних комірок (670 К). Зафіксовано, що: TlInS₂ індексуються в гексагональній модифікації (ПГ P6₃/mmc) з параметрами елементарної комірки: а = 0,3827, c=1,4875 нм; TlInSe₂ – в структурі TlSe (ПР I4/mcm, a = 0,80766, с = 0,68417 нм); CdS та CdSe – в структурі вюрциту (ПГ P6₃mc з параметрами a = 0,41348, с = 0,67490 нм і a = 0,42994, с = 0,70104 нм відповідно), що узгоджується з літературними даними [1-3].

За результатами проведених досліджень встановлено, що системи TlInS₂(Se₂) – CdS(Se) характеризуються евтектичним типом взаємодії. На основі вихідних компонентів при 620 К утворюються тверді розчини протяжністю 5-7 мол. %: α – на основі високотемпературної модифікації TlInS₂ та TlInSе₂, α' – на основі низькотемпературної модифікації TlInS₂, β – на основі бінарних халькогенідів. Координати нонваріантних процесів L ↔ α + β: 12 мол. % CdS (965 К), 23 мол. % CdSe (940 К). Перитектоїдний процес в системі TlInS₂ – CdS за участі тернарного сульфіду протікає при 868 К. Наявність поліморфізму TlInS₂ ускладнює фізико-хімічну взаємодію в системі TlInS₂ – CdS. Так, у підсолідусній частині при 868 K відбувається перитектоїдний нонваріантний процес β + α ↔ α'. Збільшення в сплавах концентрації CdS підвищує температуру поліморфного перетворення від 803 K.

Список літератури

1. Range K.-J. Hoch-drucksynthese und kristal-istructuren von TlInS₂-II und TlInS₂-III / K.-J. Range, G. Engert, W. Muller, A. Weiss // Z. Naturforsch. – 1974. – B.29. – S. 181.
2. Mueller D. Über ternaere Thalliumchalkogenide mit Thalliumselenidstruktur / D. Mueller, G. Eulenberger, H. Hahn // Z. Anorg. Allg. Chem. – 1973. – № 398. – Р. 207–220.
3. Абрикосов Н. Х. Полупроводниковые халькогениды и сплавы на их основе / Н. Х. Абрикосов, В. Ф. Банкина, Л. В. Порецкая – М.: Наука. – 197.