CC BY
6CHEMICAL SCIENCES
STUDY OF INTERACTION IN THE S1 (YbAs4Se7) - Se SYSTEM
Ilyasly T.,
Doctor of Chemistry, Professor Head of the Department of General and Inorganic Chemistry Baku State University (Baku, Azerbaijan ORCID:https://orcid. org/0000-0003-0161-0639
Shamirova I.,
Master of the Department of General and Inorganic Chemistry Baku State University (Baku, Azerbaijan)
Ismailov Z.,
Ph.D., Assosiate Professor,Department of General and Inorganic Chemistry
Baku State University (Baku, Azerbaijan) 0RCID:https://orcid.org/0000-0003-3499-953X
Veisova S.,
Ph.D., Assosiate Professor,Department of General and Inorganic Chemistry
Baku State University (Baku, Azerbaijan)
Aliyeva K.
Ph.D., Assosiate Professor,Department of General and Inorganic Chemistry
Baku State University (Baku, Azerbaijan)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ S1(YbAs4Se7) - Se
Ильяслы Т.М.,
доктор химических наук, профессор заведующий кафедры
Общей и неорганической химии Бакинский Государственный Университет (Баку, Азербайджан) 0RCID:https://orcid. org/0000-0003-0161-0639
Шамирова И.Ш., магистр кафедры Общей и неорганической химии Бакинский Государственного Университета (Баку, Азербайджан)
Исмаилов З.И., кандидант технических наук, доцент кафедры Общей и неорганической химии Бакинский Государственный Университет (Баку, Азербайджан) 0RCID:https://orcid.org/0000-0003-3499-953X
Вейсова С.М., кандидант химических наук, доцент кафедры Общей и неорганической химии Бакинский Государственный Университет (Баку, Азербайджан)
Алиева К.И. кандидант химических наук, доцент кафедры Общей и неорганической химии Бакинский Государственный Университет (Баку, Азербайджан)
Abstract
Based on the performed studies, the phase diagram of the Si (YbAs4Se7)- Se section was constructed.
It was found that the YbAs4Se7 section is a non-quasi-binary polythermal section of the Yb-As-Se ternary system. The triple peritectic points correspond to compositions of 21.5 at. % Se at 630 K and 62.2 at. % at 430 K.
A glass formation region was found in the YbAs4Se7-Se system, which at a cooling rate of 100 deg per minute reaches i5 mol% YbAs4Se7.
It was revealed that the main part of the alloys of the system solidifies in the form of mixtures As2Se3 (a) + S3 (P) + Se and As2Se3 (a) + S3 (P) + Si (y) and only an insignificant part in the form of solid solutions based on Si (y ) and their mixtures with solid solutions based on As2Se3 (a) and S3 (P).
Аннотация
На основании проведенных исследований была построена фазовая диаграмма разреза Si(YbAs4Se7)-
Se.
Установлено, что разрез YbAs4Se7 является неквазибинарным политермическим разрезом тройной системы Yb-As-Se. Точки тройной перитектики соответствуют составам 21,5 ат. % Se при 630 К и 62,2 ат. % при 430 К.
Обнаружено в системе YbAs4Se7-Se область стеклообразования, которая при скорости охлаждения 100 град в минуту доходит до 15 моль % YbAs4Se7.
Выявлено, что основная часть сплавов системы затвердевает в виде смесей As2Se3(a) + S3® + Se и As2Se3(a) + S3® + Si(y) и только незначительная часть в виде твердых растворов на основе Si(y) и смеси их с твердыми растворами на основе As2Se3(a) и S3®.
Keywords: alloy, glass formation, section, diagram, temperature
Ключевые слова: сплав, стеклообразование, разрез, диаграмма, температура
Введение:
Халькогенидные стеклообразные полупроводники (ХСП) в настоящее время нашли широкое применение в качестве низкоэнергетической среды реверсивной оптической записи сверхвысокой плотности. ХСП содержащие в своем составе ионы редкоземельных элементов (РЗЭ) применяет, а прежде всего для изготовления световодов теле коммутационных устройств ИК диапазоне, и свойства таких материалов обсуждаются в [1-5] и [6-8]. В свою очередь оптические качества стекол зависят от технологических условий их синтеза, при которых в объеме формируются различные структурно-технологические группы. [9] Соединения лантаноидов используются в качестве добавок к различным сплавам для улучшения механической прочности, компонентов специальных сортов стекол, применяемых в атомной технике [10-14]. Стеклообразные халькогенидные полупроводники на основе халько-генидов проявляют существенные фотоиндуциро-ванные изменения оптических, фотоэлектрических и физико-химических свойств, что делает эти соединения перспективными материалами для нужд микроэлектроники.
Цель исследования:
Целью настоящей работы является исследование системы Sl (УЬАБ4§е7 )- 8е и изучение физико-химических свойств полученых сплавов разреза 81(УЬА$48е7)-8е
Методы и принципы исследования
Исходные образцы системы синтезировали из элементов с высокой степенью чистоты: металлического иттербия марки ИТБМ-1, мышьяк марки В-5 и селен марки В-4.
Сплавы синтезировали в толстостенных кварцевых ампулах. Состав сплавов разреза 81(УЬАБ48е7) приводится в таблице 1.
Сначала температуру поднимали до 550-600 К для перевода селена в жидкое состояние, где выдерживали 3 часа. Затем при температуре 1000 К нагревали еще в течение 6 ч. Охлаждение сплавов, богатых селеном проводили закалкой на воздухе.
Синтезированные сплавы подвергали исследованию при использовании комплекс методов физико-химического анализа.
Дифференциально термический анализ (ДТА) проводили на приборе «Термоскан - 2» с использованием хромель-алюминиевой термопары, а выше 1350 К на установке ВДТА - 8 м2 в инертной атмосфере гелия с
использованием W - W/Re термопар. РФА проводили на диффрактометре Д - 2 РЖЕЯ с использованием СиКа измерения с N1 фильтром. Микроструктурный анализ (МСА) сплавов системы исследовали на микроскопе МИН-8 и МИМ-7 на шлифах, полированным пастой, ГОИ протравленных образцов.
Травителем служила смесь состава конц. HNOз : Н202 = 1:1, время травления 15-20 секунд.
Микротвердость сплавов (стекол) измеряли на микротвердомере ПМТ - 3 при нагрузках 0,15 и 0,20 н в зависимости от состава погрешность измерения составила 2,2 - 4,3 %. Плотность сплавов системы определяли пикнометрическим методом, в качестве рабочей жидкости использовали толуол.
Таблица 1
Состав сплавов разреза 81(УЬАв48е7)_
№ Состав
мол.% масс.% ат.%
S1 Se S1 Se Yb As Se
1. 100.0 0.0 100.0 0.0 8.33 33.33 58.37
2. 99.0 1.0 99.0 0.1 8.32 33.30 58.37
3. 97.0 3.0 99.7 0.3 8.31 33.21 58.44
4. 95.0 5.0 99.5 0.5 8.20 33.18 58.51
5. 93.0 7.0 99.3 0.7 8.28 33.12 58.59
6. 90.0 10.0 99.0 1.0 8.25 33.00 58.70
7. 85.0 15.0 98.4 1.6 8.21 32.80 58.90
8. 80.0 20.0 97.7 2.3 8.16 32.60 59.20
9. 75.0 25.0 97.0 3.0 8.11 32.40 59.50
10. 70.0 30.0 96.2 3.8 8.04 32.20 59.80
11. 66.6 33.3 95.6 4.4 8.00 32.00 60.00
12. 65.0 35.0 95.2 4.7 7.97 31.90 60.10
13. 60.0 40.0 94.2 5.8 7.90 31.60 60.50
14. 50.0 50.0 91.5 8.5 7.70 30.80 61.50
15. 40.0 60.0 87.8 12.2 7.40 29.60 63.00
16. 35.0 65.0 85.3 14.7 7.20 28.90 63.90
17. 30.0 70.0 82.2 17.8 7.00 27.90 65.10
18. 20.0 80.0 73.0 27.0 6.20 25.00 68.70
19. 10.0 90.0 54.5 45.5 4.80 19.00 76.20
20. 7.0 93.0 49.4 50.6 3.90 15.80 80.20
21. 5.0 95.0 36.2 63.8 3.20 12.90 83.90
22. 3.0 97.0 25.0 75.0 2.20 9.00 88.70
23. 00 100 00 100 00 00 100
Основные результаты и их обсуждения
Результаты исследования сплавов разреза Se-Б1 приведены в табл.2. На основании проведенных исследований была построена фазовая диаграмма
Ав
разреза Se-Sl (рис 2). Как видно, из триангуляции системы Yb-As-Se (рис.1), разрез проходит через поле двух подчиненных треугольника As2Seз -Sl(YbAs4Se7) - Sз и As2Seз-Sз(YbAsSeз)-Se
Yb
YbAs Yb4As3
Yb5As3
<u
GO £
^t-(U GO
<U GO
Se
Рис.1. Триангуляция тройной системы Yb-As-Se
В системе 81(УЪА848е7)-8е обнаружено об- % УЪА848е7. Изучено некоторые физико-химиче-ласть стеклообразования, которые при скорости ские (макроскопические) свойства сплавов (таб-
охлаждения 100 град в минуту доходит до 15 моль лица 2).
Таблица.2
_Некоторые физико-химические свойства сплавов разреза 8:(УЪА848е7)-8е _
№ Термические эффекты нагревания, К Микротвердость, Нц, Па Плотность d, i03 кг/м3
Светлая фаза р=0,15 Н Светло-серая фаза р=0,15 Н Серая фаза p=0,i5 H Темно-серая фаза p=0,i4 H
I 2 3 4 5 6 7
i. 995 1550 - - - 5.76
2. 710.990 1580 - - - 5.79
3. 590.620.970 1580 - не пром. - 5.8i
4. 620.630.660.950 1560 не пром. не пром. - 5.83
5. 630.680.920 1580 не пром. не пром. - 5.87
6. 630.700.880 1600 не пром. не пром. - 5.90
7. 630.710.760 1600 не пром. не пром. - 5.92
8. 630.670.800 не пром. не пром. не пром. - 5.96
9. 630.730.870 не пром. не пром. не пром. - 5.99
i0. 660.830.900 не пром. 780 ii2 - 6.i6
ii. 860.920 - 750 ii4 - 5.99
i2. 550.870.900 - 780 ii5 не пром. 5.88
i3. 420.830.890 - 760 ii5 не пром. 5.80
i4. 420.680.860 - 760 ii8 не пром. 5.72
i5. 420.480.840 - 760 ii5 не пром. 5.63
i6. 420.430.790 - 720 не пром. не пром. 5.60
i7. 420.440.740 - 780 не пром. 520 5.57
i8. 420.450.640 - 780 не пром. 500 5.48
i9. 420.470.530 - не пром. не пром. 530 5.i5
20. 420.470.500 - не пром. не пром. 500 4.42
2i. 420.460 - не пром. не пром. 500 4.33
22. 490 - - - 500 4.30
После кристаллизации стекол, системы исследованы в кристаллическом виде и построена диаграмма состояния системы УЪА848е7-8е (рис.2).
at % Se
Рис.2. Диаграмма состояния разреза Si(YbAs4Se7)-Se
В системах при 630 и 420 К, соответственно, протекают следующие перитектические реакции: Ж + ß ~ а + у Ж + ß ~ а + Se
Из диаграммы видно, что во втором треугольнике разрез проходит по той части перитектической плоскости, где жидкости меньше, чем необходимо для связывания кристаллов ß, и процесс заканчивается исчезновением жидкости. В первом треугольнике после окончания перитектической реакции из отставшего избытка жидкости начинают выпадать кристаллы а- твердого раствора и селена.
Изученный разрез является неквазибинарным политермическим разрезом тройной системы Yb-As-Se. Точки тройной перитектики соответствуют составам 21,5 ат. % Se при 630 К и 62,2 ат. % при 430 К.
Большая часть сплавов системы затвердевает в виде смесей As2Se3^) + S3(ß) + Se и As2Se3^) + S3(ß) + Si(y) и только незначительная часть в виде твердых растворов на основе Si(y) и смеси их с твердыми растворами на основе As2Se3^) и S3(ß).
Заключение:
На основании проведенных исследований установлено, что разрез Si(YbAs4Se7) является не-квазибинарным политермическим разрезом тройной системы Yb-As-Se и точки тройной перитектики соответствуют составам 21,5 ат. % Se при 630 К и 62,2 ат. % при 430 К.
Обнаружено в системе Sl(YbAs4Se7) -Se область стеклообразования, которая при скорости охлаждения 100 град в минуту доходит до 15 моль % YbAs4Se7.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Zakery A., Elliott S.R. Optical properties and application of chalcogenide glasses: overview Journal of Non-Crystalline Solids 2003.-V.330( 1-3), - с. 1-12
2. S.G. Bishop, D.A. Turnbull, B.G. Aitken. Excitation of rare earth emission in chalcogenide glasses by broadband Urbach edge absorptionJ. Non-Cryst. Sol.-, 2000.- p.266-269
3. Худиева А.Г., Ильяслы ТМ., Исмаилов З.И.Исследование тройной системы Nd-As-S по различном разрезом. I II Mеждународный журнал
прикладных и фундаменталных исследований. -2016.- №4(5). - с. 902-905.
4. H. Harada and K. Tanaka: "Photoluminescence from chalcogenide glass. Review," J. Non. Cryst. Solids, -2002,- p.328-336.
5. Стронский А. В., Тельбиз Г. М., Олексенко П. Ф. Свойства и применения халькогенидных стекол // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. 2013,- Т. 48.- c. 30-53.
6. Борисова З.У. Халькогенидные полупроводниковые стекла (Л. Издательство ЛГУ: 1983,344 с.
7. Keiji Tanaka • Koichi Shimakawa Amorphous Chalcogenide Semiconductors and Related Materials.-2011.-259p. ISBN 978-1-4419-9509-4 e-ISBN 978-14419-9510-0 DOI 10.1007/978-1-4419-9510-0
8. Фельц А. Аморфные и стеклообразные неорганические твердые тела. Москва: Мир,- 1986,558 с.
9. Виноградова Г.З. Стеклообразование и фазовые равновесия в халькогенидных системах. Двойные и тройные системы / Г.З. Виноградова -М.: Наука, -1984.- 176 с. УДК 54-161.6
10. Бабанлы М. Б. Т. М. Ильяслы, Д. М. Бабанлы и др. Твердофазные равновесия и термодинамические свойства системы TbSe—As2Se3—Se / //Журнал неорганической химии. - 2012. -т. 57, № 2.- С. 315-318
11. Фекешгази И.В., Май К.В., Мателешко Н.И., Мица В.М., Боркач Е.И. /Структурные преобразования и оптические свойства халькогенидных стекол As2S3 /Физика и техника полупроводников. -2005,- Том 39(8),- 1986, -с.986-989
12. Стронский А. В., Тельбиз Г. М., Олексенко П. Ф. Свойства и применения халькогенидных стекол // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. - 2013.- Т. 48,- с. 30-53.
13. Kitao, M., Nishimoto, T., Yamada, S.: Emission and excitation spectra of photoluminescence of As2Se3 single crystals Technology & Engineering, -1987.- p.149-152
14. Kitao, M., Asakura, N., Yamada, S.: Preparation of As2Se3 single crystals. ... S.: Optical spectra and band structure of As2Se3. Technology & Engineering. - 2011.- p.87-93
