
Тип работы:	Предмет:	Язык работы:

ГИДРОХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ ВЫСОКОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПЛЕНОК СЕЛЕНИДА СВИНЦА СЕЛЕНОМОЧЕВИНОЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ

Работа №	102066
Тип работы	Диссертация
Предмет	химия
Объем работы	184
Год сдачи	2019
Стоимость	5780 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено	157

Не подходит работа?

Узнай цену на написание

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА, МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ РЬЗе (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР) 14
1.1. Функциональные свойства и применение материалов на основе РЬЗе 15
1.2. Методы получения тонких пленок селенида свинца 20
1.3. Гидрохимическое осаждение тонких пленок селенида свинца 24
1.4. Строение и химические свойства селеномочевины 29
1.4.1. Структура молекулы селеномочевины 29
1.4.2. Химические свойства селеномочевины 32
1.4.3. Окисление селеномочевины 34
Постановка цели и задач диссертационной работы 41
ГЛАВА 2. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ 43
2.1. Используемые реактивы и материалы 43
2.2. Исследование процесса окисления водных растворов селеномочевины 44
2.3. Методика гидрохимического осаждения тонких пленок селенида свинца 45
2.3.1. Подготовка поверхности подложки 45
2.3.2. Приготовление реакционной смеси для осаждения пленок РЬЗе 45
2.4. Кинетические исследования образования твердой фазы РЬЗе 46
2.5. Метод динамического рассеяния света для исследования кинетики роста
частиц в процессе образования РЬЗе 47
2.6. Исследование толщины, морфологии, состава, и структуры пленок РЬЗе 48
2.6.1. Определение толщины тонких пленок 48
2.6.2. Растровая электронная микроскопия 49
2.6.3. Рентгеноструктурный анализ 50
2.6.4. Атомно-силовая микроскопия 50
2.7. Методика термического отжига тонких пленок 50
2.8. Измерения фотоэлектрических свойств отожженных пленок РЬЗе 51
2.9. Оптические измерения 52
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СЕЛЕНОМОЧЕВИНЫ В ПРИСУТСТВИИ РАЗЛИЧНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ 54
3.1. Исследование окисления водных растворов селеномочевины кислородом
воздуха 55
3.2. Исследование устойчивости селеномочевины в щелочных и кислых средах 57
3.3. Влияние восстановителей различной природы на устойчивость водных
растворов селеномочевины 63
3.3.1. Устойчивость водного раствора селеномочевины в присутствии сульфита
натрия 63
3.3.2. Устойчивость водного раствора селеномочевины в присутствии
аскорбиновой кислоты 65
3.3.3. Устойчивость водного раствора селеномочевины в присутствии хлорида
олова (II), гидроксиламина солянокислого и гидразин-гидрата 68
3.4. Устойчивость водных растворов селеномочевины при одновременном присутствии сульфита натрия и аскорбиновой кислоты 70
Выводы по главе 3 73
ГЛАВА 4. ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ, СОСТАВ, СТРУКТУРА И МОРФОЛОГИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК PbSe, СИНТЕЗИРОВАННЫХ В
ПРИСУТСТВИИ РАЗЛИЧНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ 75
4.1. Кинетические особенности гидрохимического осаждения твердой фазы PbSe
в присутствии различных антиоксидантов 76
4.2. Особенности зарождения и роста пленок в присутствии различных
ингибиторов окисления селеномочевины 87
4.3. Исследование состава и структуры пленок PbSe, полученных в присутствии
различных ингибиторов окисления селеномочевины 96
Выводы по главе 4 105
ГЛАВА 5. ТЕРМОСЕНСИБИЛИЗАЦИЯ ПЛЕНОК PbSe, ХИМИЧЕСКИ
ОСАЖДЕННЫХ В ПРИСУТСТВИИ РАЗЛИЧНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ, И ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА 107
5.1. Исследование состава и структуры свежеосажденных пленок PbSe(I) 108
5.2. Полупроводниковые характеристики отожженных пленок PbSe(I),
синтезированных в присутствии различных ингибиторов 126
5.3. Фотоэлектрические свойства термоактивированных пленок PbSe(I),
синтезированных в присутствии различных ингибиторов 135
5.4. Выбор перспективного антиоксиданта для гидрохимического синтеза пленок
PbSe(I) 143
Выводы по главе 5 144
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 147
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 150

Введение

Актуальность работы. Селенид свинца РЬЗе рассматривается в настоящее время как один из наиболее востребованных функциональных материалов для различных областей техники. На его основе разрабатываются термоэлементы, фотодетекторы, наноструктурированные катализаторы, квантовые точки и преобразователи солнечной энергии. Особую важность этот материал имеет для оптоэлектроники, выступая в качестве чувствительного элемента для инфракрасного диапазона 1-5 мкм, обеспечивая создание высокочувствительных фотоприемных устройств в оборонной технике, приборов контроля высокотемпературных технологических процессов в металлургии, металлообработке, машиностроении, в тепловидении и пирометрии. Связано это, в первую очередь, с тем, что это полупроводниковое соединение обладает комплексом уникальных электрофизических и фотоэлектрических свойств. Однако, несмотря на проводимые исследования и широкое коммерческое использование селенида свинца, многие аспекты формирования структуры, физико-химических и функциональных свойств тонкопленочного РЬЗе остаются неясными. В частности, немногочисленны и противоречивы данные о природе фоточувствительных свойств РЬЗе, полученных как физическими, так и химическими способами. К настоящему времени российскими и зарубежными исследователями накоплен обширный экспериментальный материал, посвященный использованию для получения пленок РЬЗе способа гидрохимического осаждения. Способ аппаратурно и технологически прост и доказал свою эффективность для получения пленок широкого круга веществ. Из предлагаемых и исследуемых в настоящее время халькогенизаторов - веществ, участвующих в реакции образования РЬЗе, наиболее высокими фотоэлектрическими характеристиками обладают слои, полученные с использованием селеномочевины (селеноамида угольной кислоты ИгНдСЗе) [1-6]. Однако серьезным ее недостатком является слабая устойчивость к окислению кислородом воздуха с образованием металлического селена. В результате достаточно дорогой халькогенизатор используется неэффективно. К тому же образующиеся в объеме реактора коллоидные частицы селена влияют на процесс зарождения новой фазы и могут неконтролируемо входить в состав синтезируемых пленок, приводя к ухудшению воспроизводимости их оптических и электрофизических свойств. Перспективным путем решения этой проблемы является установление физико-химических закономерностей синтеза высокочувствительных пленок РЬЗе с использованием в составе реакционной смеси антиоксидантов - веществ, способных за счет своих восстановительных свойств ингибировать процесс окисления селеномочевины кислородом воздуха.
С этой целью рядом исследователей при синтезе пленок селенида свинца вводятся добавки в реакционную смесь: сульфита натрия [7,8], аскорбиновой кислоты, гидразин-гидрата и других веществ [9-12]. Однако имеющиеся в научной литературе сведения носят фрагментарный характер и не позволяют выстроить цепочку “состав - структура - свойство”, что, как известно, является одной из фундаментальных задач материаловедения.
Об актуальности проводимых исследований свидетельствует поддержка работы Министерством образования и науки на госзадание № 4.1270.2014/К "Разработка физико-химических основ и алгоритма коллоидно-химического синтеза пленок халькогенидов металлов для фотоники и сенсорной техники" (2014-2016 гг.).
Степень разработанности темы исследования
Теме получения полупроводниковых тонкопленочных материалов на основе селенида свинца посвящены достаточно многочисленные работы как отечественных, так и зарубежных ученых, в которых предлагаются различные методы их получения. Последние десятилетия ознаменованы переходом синтеза селенида свинца в область нанодиапазона, что обуславливает новые перспективы его применения. Это касается, в первую очередь, создания устройств альтернативной энергетики. Актуальным остается вопрос развития методов синтеза пленок РЬЗе с целью достижения высоких функциональных характеристик и их воспроизводимости. Гидрохимическое осаждение является наиболее перспективным методом получения фотопроводящих тонких пленок РЬЗе. В литературе приводится достаточно много материала о влиянии компонентов реакционной системы на ход процесса осаждения, однако при этом не уделяется должного внимания халькогенизатору, в частности, селеномочевине, которая считается одним из основных компонентов системы, ответственным за достижение высоких функциональных свойств пленок селенида свинца. В развитие метода гидрохимического синтеза материалов в тонкопленочном состоянии основополагающий вклад был внесен работами уральской коллоидно- химической школы, выполненными в УрФУ, в которых были заложены физико¬химические и технологические основы осаждения пленок селенидов металлов.
Представленная работа является результатом комплексных систематических исследований по влиянию состава реакционной смеси, условий термосенсибилизации на состав, структуру, морфологию и функциональные свойства осаждаемых пленок РЬ8е(1).
Целью настоящей работы является установление физико-химических закономерностей и технологических условий гидрохимического синтеза высокочувствительных пленок селенида свинца с использованием в составе реакционной смеси антиоксидантов различной природы, установление их влияния на состав, кристалло-структурные, полупроводниковые и фотоэлектрические свойства.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать методику и исследовать устойчивость водных растворов селеномочевины к окислению кислородом воздуха в присутствии различных ингибиторов в зависимости от состава среды.
2. Исследовать кинетические особенности зарождения и образования твердой фазы РЬЗе с определением константы скорости и энергии активации процесса в присутствии антиоксидантов различной природы.
3. Исследовать влияние добавки веществ с различной антиоксидантной активностью в реакционную смесь на морфологию, гранулометрический и химический состав, кристаллическую структуру пленок РЬЗе, в том числе легированных йодом при их получении гидрохимическим осаждением.
4. Установить физико-химические закономерности и технологические условия гидрохимического синтеза высокочувствительных к ИК-излучению легированных йодом пленок селенида свинца (обозначим РЬ8е(1)) с выбором наиболее перспективного антиоксиданта селеномочевины и установлением оптимального режима термосенсибилизации слоев.
Научная новизна
1. Впервые проведены комплексные исследования устойчивости селеномочевины к окислению в кислых и щелочных водных растворах, содержащих ингибиторы Ка2ЗОз, СбН8О6, смеси Ка2ЗОз с СбН8О6 и ЗпС12. Обнаружен синергетический эффект антиоксидантной активности и стабилизации водного раствора селеномочевины при совместном присутствии в нем сульфита натрия Ка2ЗОз и аскорбиновой кислоты С6Н8О6.
2. Впервые установлены особенности зарождения и роста твердой фазы РЬЗе с определением константы скорости и энергии активации процесса в реакционной смеси, содержащей антиоксиданты селеномочевины различной природы.
3. Впервые проведено систематическое исследование морфологии, элементного и фазового состава, а также кристаллической структуры пленок РЬЗе, полученных гидрохимическим осаждением из реакционной смеси, содержащей различные ингибиторы окисления селеномочевины. Получены новые данные, позволяющие установить тенденцию к уменьшению периода кристаллической решетки и увеличению доли частиц нанодиапазона в составе слоя РЬЗе в ряду используемых ингибиторов Ка23Оз + С6Н8О6, Ка23Оз, С6Н8О6, ЗпС12.
4. Определена оптимальная температура термосенсибилизации осажденных пленок селенида свинца к ИК-излучению, составившая 653 К. Установлено содержание в термообработанных пленках кислородсодержащих фаз: селенита РЬЗеОз, селената РЬЗеО4 и оксидов свинца (РЬзО4 и РЬОД
5. Показано влияние вводимых антиоксидантов на термическую и оптическую ширину запрещенной зоны, полупроводниковые и функциональные свойства отожженных пленок РЬЗе(1). Установлено участие в непрямых переходах преимущественно примесных носителей зарядов, в частности, с увеличением содержания йода в термообработанных пленочных образцах РЬЗе величина непрямого энергетического барьера уменьшается от 0.25 (добавка СбНйОб) к 0.19 эВ (добавка ЗиСЬ), 0.15 эВ (добавка Па2ЗОз) до 0.13 эВ (добавка ЖЗОз + СбН8Об).
Теоретическая и практическая значимость работы
Работа вносит существенный вклад в развитие гидрохимического способа синтеза селенидов металлов, исключающего необходимость в сложном дорогостоящем оборудовании и нагреве до высоких температур, как перспективного метода для промышленного получения не только крупнокристаллических тонкопленочных структур, но и полупроводниковых нанокристаллических частиц с различной структурой. Предложенный в работе подход к изучению устойчивости водных растворов селеномочевины и путей их стабилизации имеет важное практическое значение для оптимизации условий получения пленок селенидов металлов с высокими функциональными характеристиками.
Выявлены физико-химические закономерности и условия
гидрохимического синтеза высокочувствительных к ИК-излучению пленок селенида свинца с выбором наиболее перспективного антиоксиданта селеномочевины. Полученные результаты могут быть использованы в технологии гидрохимического осаждения селенидов металлов и твердых растворов на их основе с целью получения высокофункциональных полупроводниковых соединений.
Методология и методы диссертационного исследования
Для достижения поставленных задач использован комплекс современных методов исследования. Синтез пленочных образцов селенида свинца выполнен по технологии гидрохимического осаждения, разработанной на кафедре физической и коллоидной химии УрФУ. Кинетические исследования гидрохимического осаждения твердой фазы PbSe изучали обратным трилонометрическим титрованием методом избыточных концентраций. Распределение частиц селенида свинца по размерам на начальной стадии процесса определяли методом динамического рассеивания света на специальном анализаторе роста частиц Photocor Compact. Фазовый состав был охарактеризован методом рентгеновской дифракции на дифрактометре ДРОН-4. Обработка рентгенограмм выполнена с использованием программы FullProf. Морфологию, шероховатость поверхностии и микроструктуру пленок исследовали методами электронной и атомно-силовой микроскопии с использованием растрового электронного микроскопа MIRA 3 LMU и сканирующего зондового микроскопа NTEGRA Prima. Температурные исследования проводимости отожженных пленок PbSe(I) изучали в вакууме при остаточном давлении 0.1 Па в интервале температур 213-333 K. Измерение спектров пропускания и диффузного отражения пленок селенида свинца, по которым рассчитывали оптическую ширину запрещенной зоны, выполнено на UV-спектрофотометре в диапазоне длин волн 1000-2500 нм. Измерение фотоэлектрических характеристик проводили на установке К.54.410 при облучении фоточувствительных образцов ИК-излучением, источником которого являлось АЧТ, нагретое до температуры 573 K.
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты исследования устойчивости водных растворов селеномочевины к окислению в присутствии различных ингибиторов процесса и средообразующих агентов (кислот и оснований).
2. Результаты определения влияния различных антиоксидантов на скорость реакции гидрохимического осаждения селенида свинца и особенности зарождения твердой фазы PbSe.
3. Элементный, фазовый и гранулометрический состав, морфология и кристаллическая структура пленок свежеосажденных PbSe и PbSe(I) в присутствии различных ингибиторов окисления водных растворов селеномочевины.
4. Взаимосвязь между условиями отжига пленок РЬ8е(1) и полупроводниковыми и функциональными свойствами. Выбор перспективного антиоксиданта для гидрохимического синтеза пленок РЬ8е(1).
Личный вклад автора
Анализ литературных данных, синтез пленок селенида свинца, подготовка и проведение экспериментов по изучению фотоэлектрических и низкотемпературных исследований, обработка и интерпретация данных по рентгеноструктурному анализу, оптическим исследованиям выполнены самим автором или при его непосредственном участии. Обсуждение полученных результатов и написание статей проводилось совместно с научным руководителем работы и соавторами работ. Часть исследований выполнены на оборудовании УрО РАН: рентгенофазовый анализ Ворониным В.И. (к.ф-м.н., ст.н.с. Института физики металлов УрО РАН); оптическая спектрофотометрия - Липиной О.А. (к.х.н., н.с. Института химии твердого тела УрО РАН) и Матюшкиным Л.Б. (ассистент кафедры микро- и наноэлектроники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ»). Растровая электронная микроскопия проводилась в центре коллективного пользования УрФУ.
Степень достоверности результатов исследований
Достоверность результатов исследований работы определяется воспроизводимостью экспериментальных результатов, комплексным подходом к выбору современных взаимодополняющих инструментальных методов физико¬химического исследования материалов; всесторонним анализом
экспериментальных и теоретических результатов и согласованностью установленных закономерностей с имеющимися в научной литературе сведениями по изучаемой тематике.
Апробация результатов
Материалы диссертации в форме докладов и сообщений обсуждались на II научно-практической конференции «Химия в федеральных университетах» (Екатеринбург, 2014), III Международной научно-практической конференции «Химия в федеральных университетах» (Екатеринбург, 2015), IX Международной конференции «Менделеев-2015» (Санкт-Петербург, 2015), XXVI Российской молодёжной научной конференции с международным участием «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2016), Всероссийской конференции «Химия твердого тела и функциональные материалы - 2016», IX семинаре «Термодинамика и материаловедение» (Екатеринбург, 2016), третьей Всероссийской молодежной научной конференции с международным участием «Экологобезопасные и ресурсосберегающие технологии и материалы» (Улан-Удэ, 2017), II Международной научно-практической конференции «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов» (MOSM 2018) (Екатеринбург, 2018).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, из них 3 статьи размещены в базе данных Scopus и Web of Science; получен 1 патент на изобретение; 9 тезисов докладов на международных и всероссийских научных конференциях.
Список публикаций:
1. Юрк, В.М. Влияние йодсодержащей добавки на состав, морфологию и структуру тонких пленок селенида свинца / В.М. Юрк, Л.Н. Маскаева, В.Ф. Марков, З.М. Ибрагимова, В.С. Устюгова, Е.И. Степановских // Бутлеровские сообщения. - 2015. - Т. 44. - № 10. - С. 44-49.
2. Юрк, В.М. Кинетика гидрохимического осаждения пленок PbSe в присутствии аскорбиновой кислоты / В.М. Юрк, Л.Н. Маскаева, В.Ф. Марков, О.А. Мокроусова // Журнал прикладной химии. - 2016. - Т. 89. - Вып. 6. - С. 124¬132.
3. Юрк, В.М. Влияние добавки аскорбиновой кислоты на механизм формирования наноструктурированных пленок PbSe гидрохимическим осаждением / В.М. Юрк, Л.Н. Маскаева, В.Ф. Марков, Е.В. Мараева, В.А. Мошников, Л.Б. Матюшкин // Неорганические материалы. - 2018. - № - 3. - С. 231-239.
4. Юрк, В.М. Устойчивость водных растворов селеномочевины к окислению кислородом воздуха в зависимости от состава среды / В.М. Юрк, Л.Н. Маскаева, В.Ф. Марков, В.Г. Бамбуров // Журнал прикладной химии. - 2019. - Т. 92. - Вып. 3. - С. 128-137.
Патент РФ
5. Пат. 2617350. Российская Федерация МПК Н01Е 31/18, С30В 29/46,
С0Ю 21/00, С01В 19/00, С03С 17/22 (2006.01). Способ получения
фоточувствительных химически осажденных пленок селенида свинца / Маскаева Л.Н., Марков В.Ф., Смирнова З.И., Белоусов Д.А., Юрк В.М.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (ЯИ). - 2015157402: заявл. 31.12.2015 ; опубл. 24.04.2017, Бюл. № 12. - 1 с.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Курсовые Статьи Диплом Рязань

Заключение

1. Разработана методика оценки устойчивости водных растворов селеномочевины к окислению кислородом воздуха в зависимости от состава реакционной среды. Установлено, что свежеприготовленные водные растворы селеномочевины устойчивы не более 2 минут. В щелочной среде разложение селеномочевины усиливается за счет нуклеофильной атаки гидроксид-иона по атому углерода в молекуле CSe(NH2)2. В кислой среде, создаваемой азотной либо серной кислотами, окисление халькогенизатора замедляется, раствор остается устойчивым до двух часов, а стабильность водного раствора селеномочевины в присутствии уксусной кислоты снижается до 30 мин. Соляная кислота активно интенсифицирует процесс разложения селеномочевины, в результате чего выделение элементарного селена наблюдается уже через 2 минуты.
2. Установлена возможность использования в качестве ингибиторов процесса окисления селеномочевины веществ, создающих восстановительную среду: сульфита натрия Na2SO3, аскорбиновой кислоты СбН8Об, и ее смеси с сульфитом натрия, хлорида олова SnCh. Обнаружен синергетический эффект антиоксидантного действия на процесс окисления селеномочевины при совместном использовании сульфита натрия и аскорбиновой кислоты.
3. Проведена оценка особенностей образования и гидрохимического осаждения селенида свинца в присутствии ингибиторов окисления селеномочевины различной природы с определением энергии активации процесса образования твердой фазы PbSe, значения которой в реакционных системах, содержащих Na2SO3, СбН8Об, Na2SO3 + СбН8Об и SnCh, соответственно составили 25.3±0.2, 34.8±0.3, 2б.1±0.б, 24.7±0.1 кДж/моль. Показаны отличия в механизме зародышеобразования селенида свинца в присутствии различных антиоксидантов.
4. Показано влияние веществ с различным антиоксидантным действием на морфологию, гранулометрический и химический состав, кристаллическую структуру пленок селенида свинца, осажденных из этилендиамин-ацетатной реакционной смеси. В ряду добавок Na2SO3 + СбН8Об, Na2SO3, СбН8Об, SnCl2 наблюдается тенденция к уменьшению периода кристаллической решетки от
6.1531 ± 0.0001 до 6.1367 ± 0.0002 А, а также возрастанию доли частиц
нанодиапазона в составе слоя.
5. Показано влияние добавки йодида аммония, играющего роль сенсибилизатора к ИК-излучению, на состав и структуру свежеосажденных пленок. Оцененный по уширению дифракционных отражений средний размер частиц в пленках PbSe(I) уменьшается в 3 (C6H8O6), в 5 ^ПО2), в 10 (Na2SO3) и в 17 раз (Na2SO3 + C6H8O6). Вхождение йода в состав пленок способствует увеличению в них микронапряжений, а также образованию в ряде случаев фазы РЫ2.
6. Определены условия термосенсибилизации пленок PbSe к ИК-излучению. Отжиг при 653 K приводит к образованию в слоях кислородсодержащих фаз селенита PbSeO3, селената PbSeO4 и оксидов свинца (РЬ3О4 и РЬОХ). Содержание кислорода в пленках после отжига монотонно увеличивается при использовании антиоксидантов в ряду Na2SO3 (40±4 ат.%), Na2SO3 + СбН8Об (42±4 ат.%), СбН8Об (53±5 ат.%) и SnCl2 (54±5 ат.%).
7. Для пленок селенида свинца, синтезированных по разработанной методике с использованием различных антиоксидантов, определены пороговые фотоэлектрические характеристики. Максимальные значения сигналов фотоотклика при комнатных условиях получены для слоев, осажденных с использованием добавки №^С)3 и его смеси с аскорбиновой кислотой, а при низких температурах при введении SnCl2 и СбН8Об.
8. По результатам низкотемпературных исследований синтезированных
пленок определена энергия термической запрещенной зоны, значения которой составили 0.265±0.007, 0.271±0.007, 0.308±0.008, 0.349±0.009 эВ для слоев,
полученных с использованием антиоксидантных добавок ЗпС12, С6Н8О6, №^С)3 + С6Н8О6 и Ыа28О3 соответственно. По спектрам пропускания определена оптическая ширина запрещенной зоны полученных пленок, которая в случае непрямых переходов составила 0.13±0.01 эВ (Na2SO3 + СбН8Об), 0.15±0.01 эВ (Na2SO3), 0.19±0.01 эВ (ЗпСЪ) и 0.25±0.01 эВ (СбН8Об), а при прямых переходах 0.79±0.02 эВ (Na2SO3), 0.74±0.02 эВ (Na2SO3 + СбН8Об), 0.69±0.02 эВ (СбН8Об), 0.60±0.02 эВ (БпС12> и 0.39±0.01 эВ (Na2SO3), 0.37±0.01 эВ (Na2SO3 + СбН8Об), 0.36±0.01 эВ (ВпСР), 0.34±0.01 эВ (СбН8Об), что характерно для многофазовой варизонной структуры.
9. Разработаны физико-химические и технологические условия гидрохимического осаждения и последующей термосенсибилизации пленок РЬ8е(1) с использованием различных ингибиторов окисления селеномочевины. Изготовленные ИК-детекторы на основе РЬ8е(1) с размерами чувствительных элементов 2*2 мм отличаются высокими значениями обнаружительной способности (до 1.46-108 Вт-1Тц1/2-см в случае использования Иа2ЗО3). Для пленок, осажденных с использованием ЗпС12, в температурном диапазоне 213-333 К обнаружительная способность возрастает более, чем в 10 раз. Даны рекомендации по практическому использованию синтезированных термосенсибилизированных пленок РЬ8е(1), исходя из их пороговых характеристик.
Перспективы дальнейшей разработки темы исследований
Полученные в работе результаты использования антиоксидантов различной природы в качестве ингибиторов окисления селеномочевины могут быть использованы для разработки технологии гидрохимического осаждения других селенидов металлов и твердых растворов на их основе с целью получения высокофункциональных полупроводниковых соединений. Пленки селенида свинца, синтезированные с использованием Иа2ЗО3 и смеси Иа2ЗО3 + С6Н8О6, обладают максимальной чувствительностью при комнатной температуре, поэтому могут быть использованы при изготовлении на их основе ИК-детекторов, не требующих глубокого охлаждения, в частности, спектрометров, лазерных радаров и камер, находящих применение в спектрометрии и астрономии. Для пленок РЬ8е(1), осажденных с использованием СбН8Об и ЗнСЬ, характерен рост фоточувствительности при глубоком охлаждении чувствительного элемента более, чем в 10 раз, что делает их привлекательными материалами для ИК-детекторов, работающих в более дальнем диапазоне длин волн (> 4.5 мкм).

Литература

1. Shyju, T.S. Investigation on structural, optical, morphological and electrical properties of thermally deposited lead selenide (PbSe) nanocrystalline thin films / T.S. Shyju, S. Anandhi, R. Sivakumar, S.K. Garg, R. Gopalakrishnan // Journal of Crystal Growth. - 2012. - Vol. 353. - P. 47-54.
2. Barote Maqbul, A. Chemical bath deposited PbSe thin films: optical and electrical transport properties / A. Barote Maqbul, A. Yadav Abhijit, V. Surywanshi Rangrao, P. Deshmukh Lalasaheb, U. Masumdar Elahipasha // Research Journal of Chemical Sciences. - 2012. - Vol. 2. - N 1. - P. 15-19.
3. Nair, P.K. Thermoelectric prospects of chemically deposited PbSe and SnSe thin films / P K Nair, Ana Karen Martinez, Ana Rosa García Angelmo, Enue Barrios Salgado, M T S Nair // Semiconductor Science and Technology. - 2018. - Vol. 33.
- N 3. - P. 035004. DOI: 10.1088/1361-6641/aaa592.
4. Мухамедзянов, Х.Н. Получение наноструктурированных
высокофункциональных пленок селенида свинца / Х.Н. Мухамедзянов, М.П. Миронов, С.И. Ягодин, Л.Н. Маскаева, В.Ф Марков // Цветные металлы. - 2009. - Т. 12. - С. 57-60.
5. Марков, В.Ф. Гидрохимический синтез пленок халькогенидов металлов. Часть 2. Кинетико-термодинамическое определение условий образования селенида свинца в этилендиамин-ацетатной системе / В.Ф. Марков, М. П. Миронов, Л.Н. Маскаева, С.В Брежнев // Бутлеровские сообщения. - 2009. - Т. 17. - № 6.
- С. 22-32.
6. Lv, W. Hydrothermal synthesis and characterization of novel PbSe dendritic structures/ X. Wang, Q. Qiu, F. Wang, Zh. Luo, W. Weng // Journal of Alloys and Compounds. - 2010. - V. 493. - P. 358-361.
7. Смирнова, З.И. Модификация пленки селенида свинца путем выдержки в растворе соли олова (II) / З.И. Смирнова, Л.Н. Маскаева, В.Ф. Марков, В.И. Воронин, М. В. Кузнецов // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2012. - Том 14. - № 2. - С. 250-255.
8. Миронов, М.П. Гидрохимический синтез пленок халькогенидов металлов. Часть 3. Кинетико-термодинамические исследования осаждения селенида олова (II) в трилонатной системе селеномочевиной / М.П. Миронов, Л.Д. Лошкарева, Л.Н. Маскаева, В.Ф. Марков // Бутлеровские сообщения. - 2009. - Т. 17. - № 6. - С. 22-32.
9. Буткевич, В.Г. Фотоприемники и фотоприемные устройства на основе поликристаллических и эпитаксиальных слоев халькогенидов свинца / В.Г. Буткевич, В.Д. Бочков, Е.Р. Глобус // Прикладная физика. - 2001. - № 6. - С. 66-112.
10. Яцимирский, В.К. Окисление аскорбиновой кислоты молекулярным кислородом в присутствии гетеробиметаллических комплексов меди / В.К. Яцимирский, В.Г. Герасева, Т.Н. Безуглая, В.Е. Диюк // Укр. Хим. Журн. - 2009. - Т. 75. - №3. - С. 43-48.
11. Солдатенко, Е.М. Химические способы получения наночастиц меди / Е.М. Солдатенко, С.Ю. Доронин, Р.К. Чернова // Бутлеровские сообщения. - 2014. - Т.37. - №1. - С. 103-113.
12. Пантелеев, А.В. Исследование химического синтеза наночастиц золота и сопровождающих его цветовых превращений / А.В. Пантелеев, Д.Н. Вавулин, А.В. Альфимов, О.В. Андреева, Е.М. Арысланова, С.А. Чивилихин // Наносистемы: физика, химия, математика. - 2012. - Т. 3. - № 6. - С. 123-133.
13. Ормонт, Б. Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников: учеб. пособие для студентов техн. вузов / под ред. В. М. Глазова. — 3-е изд., испр. и доп. — М.: Высш. школа, 1982. - 528 с.
14. Seung, J.B. Low-temperature annealing for highly conductive lead chalcogenide quantum dot solids / J.B. Seung, K. Kim, K.S. Lim, S.M. Jung, Y.-C. Park, D.G. Han, S. Lim, S.Yoo, S. Jeong // J. Phys. Chem. C. -2011. - Vol. 115. - N 3. - P. 607¬612
15. Androulakis, J. Thermoelectrics from abundant chemical elements: high-performance nanostructured PbSe-PbS / J. Androulakis, I. Todorov, J. He, D.-Y.
Chung, V. Dravid, M. Kanatzidis // Am. Chem. Soc. 2011. - Vol. 133. - P. 10920¬10927.
16. Зимин, С.П. Наноструктурированные халькогениды свинца: монография / С.П. Зимин, Е.С. Горлачев. - Ярославль: ЯрГУ, 2011. - 232 с.
17. Зимин, С.П. Изменение проводимости тонких пленок селенида свинца после плазменного травления / С.П. Зимин, И.И. Амиров, В.В. Наумов // ФТП. - 2016. - Т. 50. - Вып. 8. - С.1146-1150.
18. Pillai, A.D.R. ALD growth of PbTe and PbSe_superlattices for thermoelectric applications / A.D.R. Pillai, K. Zhang, K. Bollenbach, D. Nminibapiel, W. Cao, H. Baumgart, V.S.K. Chakravadhanula, C. Ktibel, V. Kochergin // ECS Trans. - 2013. - Vol. 58. - N 10. - P. 131-139.
19. Wang, X.J. Growth of PbSe on ZnTe/GaAs(211) by molecular beam epitaxy / X.J. Wang, Y.B. Hou, Y. Chang, C.R. Becker, R.F. Klie, R. Kodama, F. Aqariden, S. Sivananthan // J.Cryst Growth. - 2010. - Vol. 312. - P. 910-913.
20. Sun, X. Structure and composition effects on electrical and optical properties of sputtered PbSe thin films / X. Sun, K. Gao, X. Pang, H. Yang, A.A. Volinsky // Thin solid films. - 2015. - Vol. 592. - P.59-68.
21. Mukherjee, N. Comparative study on the properties of galvanically deposited nano- and microcrystalline thin films of PbSe / N. Mukherjee, A. Mondal // J. Electron. Mater. - 2010. - Vol. 39. - 1177-1185.
22. Зарубин, И.В. Химический сенсор на основе гидрохимически осажденной пленки PbS для определения свинца в водных растворах / И.В. Зарубин, В.Ф. Марков, Л.Н. Маскаева, Н.В. Зарубина, М.В. Кузнецов // Журнал аналитической химии. - 2017. - Т. 72. - № 3. - С. 266-272.
23. Маскаева, Л.Н. Структура и термическая устойчивость прекурсорных наноструктурированных порошков сульфида и селенида меди(1) / Л.Н. Маскаева, В.Ф. Марков, Е.А. Федорова, И.А. Берг, Р.Ф. Самигуллина, В.И. Воронин // Журнал прикладной химии. - 2017. - Т. 90. - Вып. 10. - С. 1287-1294.
24. Маскаева, Л.Н. Пленки пересыщенных твердых растворов CdxPbi-xS:
прогнозирование состава, химический синтез, микроструктура / Л.Н. Маскаева, И.В. Ваганова, В.Ф. Марков, В.И. Воронин // Журнал прикладной химии. - 2017. - Т. 90. - Вып. 5. - C. 553-563.
25. Форостяная, Н.А. Влияние морфологии пленок сульфида кадмия на процесс ионообменного замещения на границе с раствором соли свинца / Н.А. Форостяная, Л.Н. Маскаева, С.А. Бахтеев, Р.А. Юсупов, В.Ф. Маркова, С.Г. Васильева, В.И. Воронин // Журнал физической химии. -2017. - Т. 91, - № 8, - C. 1374-1382.
26. Абрикосов, Ю.Н. Полупроводниковые материалы на основе соединений АдВ6. / Ю.Н. Абрикосов, Л.Е. Шелимова. - М: «Наука». - 1975. - 195 с.
27. Полещук, О.Х. Квантово-химическое исследование структуры и свойств халькогенидов свинца / О.Х. Полещук, Н.Б. Егоров, Е.В. Полицинский, М.Н. Зермаханов, П.А. Саидахметов, А.Л. Ивановский // Фундаментальные исследования. - 2014. - № 9. - С. 556-561.
28. Бьюб, Р. Фотопроводимость твердых тел. / Р. Бьюб, пер. с англ. - М.: ИЛ, 1962. - 558 с.
29. Peng, H. Electronic structure and transport properties of doped PbSe / H. Peng, J.-H. Song, M.G. Kanatzidis, A.J. Freeman // Phys. Rev. B. - 2011. - Vol. 84. - P. 125207-1 - 125207-13.
30. Erwin, S.C. Doping PbSe nanocrystals: Predictions based on a trapped-dopant model / S.C. Erwin // Phys. Rev. B. - 2010. - Vol. 81. - P. 235433-1 - 235433-8.
31. Теруков, И.Е. Электронный обмен между нейтральными и ионизованными центрами германия в PbSe / И.Е. Теруков, Э.С. Хужакулов // Физика и техника полупроводников. - 2005. - Т. 39. - Вып. 12. - С. 1420-1422.
32. Немов, С.А. Энергетические параметры двухэлектронных центров олова в PbSe / С.А. Немов, Ф.С. Насрединов, П.П. Серегин, Н.П. Серегин, Э.С. Хужакулов // Физика и техника полупроводников. - 2005. - Т. 39. - Вып. 6. - С.669-672.
33. Mclane, G. Surface interaction of H and O2 on thin PbSe epitaxic films / G. Mclane,
J.N. Zemel // Thin Solid films. - 1971. - Vol. 7. - P. 229-246.
34. Yasuoka, Y. Photoconductivity of PbSe films / Y. Yasuoka, M. Wada // J. J. Appl. Phys. - 1970. - Vol. 9. - N 5. - P. 452-457.
35. Хадсон, Р. Инфракрасные системы / Р. Хадсон, пер. с англ - М.: Мир, 1972. - 484 с.
36. Бараночников, М.Л. Приемники и детекторы излучений. Справочник / М.Л. Бараночников. - М.: ДМК Пресс, 2017. - 1041 с.
37. Ekuma, C.E. Optical properties of PbTe and PbSe / C.E. Ekuma, D.J. Singh, J. Moreno, M. Jarrell // Phys. Rev. B. - 2012. Vol. 85. - N 8. - P. 085205-1 - 085205¬7.
38. Theocharous, E. Absolute linearity measurements on a PbSe detector in the infrared / E. Theocharous // Infrared Physics & Technology. - 2007. - Vol. 50. - P. 63-69.
39. Мухамедзянов, Х.Н. Сравнительные фотоэлектрические характеристики
наноструктурированных пленок Pb1-xSnxSe, полученных совместным и
послойным осаждением PbSe и SnSe / Х.Н. Мухамедзянов, В.Ф. Марков, Л.Н. Маскаева // Физика и техника полупроводников. 2014. - Т. 48. - Вып. 2. - С. 278-282.
40. Корнеева, М.Д. Современное состояние и новые направления полупроводниковой ИК-фотоэлектроники. Часть 2 / М.Д. Корнеева, В.П. Пономаренко, А.И. Филачев // Прикладная физика. - 2011. - № 3. - С. 82-90.
41. Belenkov, A.N. The influence of mobile impurities on photoelectric properties of PbSe-based multiphase photosensitive structures / A.N. Belenkov, V.V. Davydov, S.B. Boyko, Z.N. Petrovskaya, A.Y. Karseev // Journal of Physics: Conference Series. - 2015. - Vol. 643. - P. 012027-1 - 012027-6.
42. Тропина, Н.Э. Многоэлементные приемники на основе селенида свинца для области спектра 2-5 мкм / Н.Э. Тропина // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. - 2009. - Т. 64. - № 6. - С. 47-53.
43. Зарубин, И.В. Гидрохимический синтез, состав, структура и функциональные свойства пленок PbS, CU2S, PbSe, Te для контроля водных сред : дис. ... канд. хим. наук : 02.00.04 / Зарубин Иван Владимирович. - Екатеринбург, 2014. - 168 с.
44. Мухамедзянов, Х.Н. Разработка технологии гидрохимического синтеза пленок твердых растворов на основе селенидов свинца и олова для создания высокочувствительных ИК-детекторов : дис. ... канд. тех. наук : 05.17.02 / Мухамедзянов Хафиз Науфалевич. - Екатеринбург, 2010. - 192 с.
45. Дьяков, В.Ф. Физико-химические закономерности получения пленок твердых растворов SnxPbi-xSe методом послойного гидрохимического осаждения PbSe и SnSe : дис. ... канд. хим. наук : 02.00.04 / Дьяков Виктор Федорович. - Екатеринбург, 2010. - 161 с.
46. Neupane, M. Topological phase diagram and saddle point singularity in a tunable topological crystalline insulator / M. Neupane, S.-Y. Xu, R. Sankar, Q. Gibson, Y.J. Wang, I. Belopolski, N. Alidoust, G. Biani, P.P. Shibayev, D.S. Sanchez, Y. Ohtsubo, A. Taleb-Ibrahimi, S. Basak, W.-F. Tsai, H. Lin, T. Durakiewicz, R. J. Cava, A. Bansil, F.C. Chou, M.Z. Hasan // Phys. Rev. B. - 2015. - Vol. 92. - P. 075131-1-075131-10.
47. Маскаева, Л.Н. Способ получения фоточувствительных химически осажденных пленок селенида свинца / Л.Н. Маскаева, В.Ф. Марков, З.И. Смирнова, Д.А. Белоусов, В.М. Юрк // Патент РФ № 2617350. 2017.
48. Миронов, М.П. Высокочувствительные быстродействующие ИК-детекторы для контроля перегрева букс колесных пар подвижного состава железнодорожного транспорта / М.П. Миронов, В.Ф. Дьяков, В.Ф. Марков, Л.Н. Маскаева // Пожаровзрывобезопасность. - 2009. - Т. 18. - № 2. - С. 29-31.
49. Scaccabarozzi, D. Infrared thermometers for small wires drawing / D. Scaccabarozzi, B. Saggin, D. Baruffaldi, M. Tarabini // Measurement. - 2016. - Vol. 80. - P.108-114.
50. Lee, H. Calibration of a mid-IR optical emission spectrometer with a 256-array PbSe detector and an absolute spectral analysis of IR signatures / H. Lee, C. Oh,
J. W. Hahn // Infrared Physics & Technology. - 2013. - Vol. 57. - P. 50-55.
51. Sierra, C. Multicolour PbSe sensors for analytical applications / C. Sierra, M.C. Torquemada, G. Vergara, M.T. Rodrigo, C. Gutiérrez, G. Pérez, I. Génova, I. Catalán, L.J. Gómez, V. Villamayor, M. Álvarez, D. Fernández, M.T. Magaz, R.M. Almazán // Sensors and Actuators B. - 2014. - Vol. 190. - P. 464-471.
52. Torquemada, M.C. Monolithic integration of uncooled PbSe bicolor detectors / M.C. Torquemada, V. Villamayor, L.J. Gómez, G. Vergara, M.T. Rodrigo, G. Pérez, I. Génova, I. Catalán, D. Fernández, R.M. Almazán, M. Álvarez, C. Sierra, C. Gutiérrez, M.T. Magaz, J. Plaza // Sensors and Actuators A. - 2013. - Vol. 199. - P. 297-303.
53. Рачковская, Г.Е. Стекла с наночастицами халькогенидов свинца для просветляющихся сред лазеров ближнего ИК-диапазона / Г.Е. Рачковская,
A. М. Маляревич, Г.Б. Захаревич // Труды БГТУ. Серия III. Химия и технология неорганических веществ. - 2010. - Т. 1. - № 3. - C. 152-156
54. Gad, S. Optical and photoconductive properties of Pb0.9Sn0.1Se nano-structured thin films deposited by thermal vacuum evaporation and pulsed laser deposition / S. Gad, M.A. Rafea, Y. Badr // Journal of Alloys and Compounds. - 2012. - Vol. 515. - P. 101 -107.
55. Маремьянин, К.В. Длинноволновые инжекционные лазеры на основе твердого раствора Pbi-xSnxSe и их использование для спектроскопии твердого тела /
K. В. Маремьянин, А.В. Иконников, А.В. Антонов, В.В. Румянцев, С.В. Морозов, Л.С. Бовкун, К.Р. Умбеталиева, Е.Г. Чижевский, И.И. Засавицкий,
B. И. Гавриленко // Физика и техника полупроводников. - 2015. - Т. 49. - Вып. 12. - С.1672-1675.
56. Talapin, D.V. Prospects of colloidal nanocrystals for electronic and optoelectronic applications / D.V. Talapin, J.-S. Lee, M.V. Kovalenko, E.V. Shevchenko // Chem. Rev. - 2010. - Vol. 110. - N 1. - P. 389-458.