Диссертации и авторефераты Украины
Перейти на каталог
Каталог авторефератов

Я ищу:
Диссертация / Автореферат

По вопросу доставки диссертации по этой теме пишите на электронный адрес: info@disser.com.ua
Тема автореферата диссертации: Кристалохімія точкових дефектів і властивості нестехіометричного SnTe та твердих розчинів на його основі 2006 года.
Источник: Автореф. дис... канд. хім. наук: 02.00.21 / І.М. Іванишин; Прикарпат. нац. ун-т ім. В.Стефаника. — Івано-Франківськ, 2006. — 20 с. — укp.
Аннотация: Визначено концентраційні межі реалізації даних механізмів. Показано, що утворення твердих розчинів взаємопов'язане з процесами диспропорціювання зарядових станів катіонних вакансій і домішкових іонів, а також перерозподілом вакансій Стануму та домішкових атомів за катіонними підгратками і процесами комплексоутворення з виділенням фаз типу сфалериту.

Текст работы:

ПРИКАРПАТСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ВАСИЛЯ СТЕФАНИКА







Іванишин Ірина Мирославівна




УДК 546.48124:544.022.384.2





КРИСТАЛОХІМІЯ ТОЧКОВИХ ДЕФЕКТІВ І ВЛАСТИВОСТІ

НЕСТЕХІОМЕТРИЧНОГО SnTe ТА ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ НА ЙОГО ОСНОВІ




02.00.21. хімія твердого тіла





АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук



Івано-Франківськ 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі фізики і хімії твердого тіла Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: заслужений діяч науки і техніки України,

доктор хімічних наук, професор

Фреїк Дмитро Михайлович,

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника МОН України, директор Фізико-хімічного інституту, завідувач кафедри фізики і хімії твердого тіла.

Офіційні опоненти:   доктор хімічних наук, професор

Томашик Василь Миколайович,

Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України, вчений секретар,

м.Київ

доктор хімічних наук, професор

Лобанов Віктор Васильович,

Інститут хімії поверхні НАН України, провідний науковий співробітник,

м.Київ

Провідна установа: Інститут загальної та неорганічної хімії ім.В.І.Вернадського НАН України, м. Київ.

Захист відбудеться  28  квітня 2006 р. о 1400 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради К 20.051.03 у Прикарпатському національному університеті імені Василя Стефаника за адресою: 76025, м. Івано-Франківськ, вул. Шевченка, 79, конференц-зала Будинку вчених.


З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника (76025, м. Івано-Франківськ, вул. Шевченка, 79)


Автореферат розісланий 28 березня 2006р.



Учений секретар

спеціалізованої вченої ради К 20.051.03

к.ф.-м.н., професор                                                        В.М Кланічка


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Стануму телурид і тверді розчини на його основі відносяться до вузькощілинних напівпровідників, що широко використовуються в інфрачервоній оптоелектроніці і для термоелектричних перетворювачів енергії [1*].

Стануму телурид кристалізується у структурі типу NaCl, є фазою змінного складу із широкою односторонньою областю гомогенності, зміщеною на бік надлишку телуру (50,150,9 ат.% Те при 823 К) [2*]. Зазначені особливості фазового стану обумовлюють високу концентрацію власних точкових дефектів і, відповідно, носіїв заряду p-типу (1020-1021 см-3) [3*]. Дослідження концентраційних залежностей властивостей в області гомогенності сполуки є важливою проблемою, яка потребує вивчення як поведінки точкових дефектів, так і механізмів їх утворення і взаємодії.

Оптимізація термоелектричних параметрів SnTe повязана з необхідністю зниження концентрації вільних носіїв заряду шляхом зменшення дефектності ґратки. Це можна реалізувати легуванням домішками, або ж відповідним катіонним заміщенням у твердих розчинах. При цьому досягається зростання коефіцієнта термо-е.р.с., питомої електропровідності і суттєве зменшення коефіцієнта теплопровідності за рахунок зростання розсіювання на фононах [3*].

Не дивлячись на значну кількість публікацій з досліджуваної тематики, на сьогоднішній день не існує єдиної думки щодо природи власних точкових дефектів, їх зарядового стану як у самому SnTe [4*, 5*], так і у твердих розчинах на його основі [5*]. Це, у значній мірі, гальмує перспективу отримання матеріалу із наперед заданими властивостями. У звязку з цим, задачі, що розвязуються у дисертаційній роботі і повязані із дослідженням природи домінуючих точкових дефектів, їх взаємодії у SnTe, вивченням механізмів процесів дефектоутворення при легуванні та утворенні твердих розчинів, є актуальними для сучасної хімії твердого тіла.

Звязок теми дисертації з науковими програмами, темами забезпечено тим, що робота виконувалася на кафедрі фізики і хімії твердого тіла Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника та була складовою частиною комплексної міжгалузевої програми “Фундаментальні та прикладні дослідження, розробка та впровадження термоелектричних ресурсозберігаючих та відновлювальних джерел тепла та електричної енергії” (№1-14/259 від 25.04.1997 р.), а також науково-дослідних програм МОН України “Власні атомні дефекти у кристалах та тонких плівках сполук АIVBVI і їх роль у формуванні матеріалів для приладів ІЧ-техніки” (реєстраційний номер №0101V002448). Дисертантом у названих проектах виконано дослідження дефектної підсистеми у бездомішковому і легованому стануму телуриді та твердих розчинах на його основі.

Обєкт дослідження точкові дефекти в монокристалах нестехіометричного бездомішкового та легованого стануму телуриду і твердих розчинах на його основі.

Предмет дослідження домінуючі точкові дефекти, механізми утворення і взаємодії дефектів та їх вплив на фізико-хімічні властивості легованого Ga, In, Sb, Bi стануму телуриду і твердих розчинів систем Sn0,984Te-Ga (In, Tl, Sb, Bi)-Te.

Мета дослідження. Встановлення механізмів утворення і взаємодії домінуючих точкових дефектів у бездомішковому та легованому Ga, In, Sb, Bi стануму телуриді, твердих розчинах Sn0,984Te-Ga (In, Tl)-Te, Sn0,984Te-Bi(Sb)2Te3, які визначають основні фізико-хімічні властивості матеріалу, необхідного для створення ефективних пристроїв напівпровідникової техніки.

У роботі були поставлені і виконані наступні завдання:

  1. Здійснити синтез сплавів і виростити монокристали SnTe із різним ступенем відхилення від стехіометричного складу, леговані елементами ІІI, V груп Періодичної системи, та тверді розчини Sn0,984Te-Ga (In, Tl)-Te, Sn0,984Te-Bi (Sb)2Te3.
  2. Методами рентгенографії і металографії уточнити межі існування гомогенних сплавів систем Sn0,984Te-Ga (In, Sb, Bi), Sn0,984Te-Ga (In)Te та Sn0,984Te-Ga (In, Tl, Sb, Bi)2Te3.
  3. Експериментально дослідити залежність комплексу фізико-хімічних параметрів вище вказаних матеріалів від складу.
  4. Розробити квазіхімічні моделі домінуючих точкових дефектів у монокристалах SnTe, визначити їх константи рівноваги та ентальпії утворення.
  5. Запропонувати кристалоквазіхімічні рівняння основних механізмів дефектоутворення у легованих кристалах стануму телуриду та твердих розчинах на його основі.
  6. На основі аналізу експериментальних результатів і кристалохімічних розрахунків зробити висновки про переважаючі точкові дефекти і механізми утворення твердих розчинів досліджуваних систем.
  7. Визначити склад і технологічні фактори синтезу та вирощування монокристалів систем Sn0,984Te-Ga (In, Sb, Bi), Sn0,984Te-Ga (In, Tl, Sb, Bi)-Te із наперед заданими властивостями, необхідними для потреб практики.

Наукова новизна отриманих результатів. На основі проведених комплексних експериментальних досліджень фізико-хімічних властивостей бездомішкового та легованого атомами Ga, In, Sb, Bi стануму телуриду та твердих розчинів у системах Sn0,984Te-Ga (In, Tl, Sb, Bi)-Te, а також кристалохімічного аналізу дефектної підсистеми отримано такі нові наукові результати:

  1. Вперше підтверджено наявність двох електровалентних станів Sn2+ і Sn4+ та запропоновано нову модель точкових дефектів у нестехіометричному стануму телуриді із дво- та чотиризарядними вакансіями у катіонній підгратці і . Встановлено, що співвідношення між концентраціями вакансій і визначається ступенем відхилення від стехіометричного складу сполуки.
  2. Вперше запропоновано кристалоквазіхімічні формули для р-SnTe зі складною дефектною підсистемою, а також квазіхімічні рівняння реакцій утворення точкових дефектів при двотемпературному відпалі. Визначено константи рівноваги та ентальпії цих реакцій.
  3. Визначено домінуючі точкові дефекти у легованому елементами ІІІ (Ga, In) та V (Sb, Bi) груп Періодичної системи р-SnTe, повязані із вкоріненням йонів домішок у тетраедричні порожнини оточення атомів Телуру та заповненням катіонних вакансій основної матриці.
  4. Проведено дослідження типу “властивості  хімічний склад” сплавів систем
    Sn0,984Te-Ga (In, Tl, Sb, Bi)-Te і вперше запропоновано кристалоквазіхімічні рівняння для різних механізмів утворення твердих розчинів із врахуванням можливих зарядових станів домішок, їх локалізації в структурі типу NaCl та хімічної взаємодії. Визначено концентраційні межі реалізації даних механізмів.
  5. Показано, що утворення твердих розчинів у системах Sn0,984Te-Ga (In, Tl, Sb, Bi)-Te відбувається за умови добудови аніонної підґратки і повязане із процесами диспропорціювання зарядових станів як катіонних вакансій, так і домішкових йонів, а також перерозподілом вакансій Стануму та домішкових атомів за катіонними підґратками і процесами комплексоутворення з виділенням фаз типу сфалериту.

Практичне значення одержаних результатів:

  1. Встановлено механізми дефектоутворення при легуванні Sn0,984Te і утворенні твердих розчинів на його основі дають можливість прогнозованого синтезу матеріалу, що значно зменшує технологічні витрати: обєми експериментальних робіт, час, матеріали.
  2. Визначено хіміко-технологічні фактори синтезу сплавів на основі стануму телуриду з р-типом провідності при легуванні елементами ІІІ і V груп Періодичної системи, що забезпечують одержання матеріалу із оптимальними параметрами, необхідними для термоелектричних перетворювачів енергії у середньотемпературній області (300850 К).
  3. Оптимізовано технології синтезу сплавів твердих розчинів на основі стануму телуриду і ґалію, індію, талію, стибію та бісмуту телуридів із покращеними термоелектричними характеристиками.

Новизна результатів та їх практичне значення підтверджені патентами України.

Особистий внесок здобувача. Пошук і аналіз літературних джерел, вирощування монокристалів SnTe та їх легування, експериментальні дослідження фазового складу отриманих зразків, їх електричних властивостей, вимірювання пікнометричної густини проведено самостійно. Освоєно методи кристалохімічного, квазіхімічного, кристалоквазіхімічного аналізу дефектної п