CC BY
9SPIRAL GROWTH OF SINGLE CRYSTALS OF SOLID SOLUTIONS BASED ON BISMUTH TELLURIDE IN THE PRESENCE OF HOLMIUM TELLURIDE [BiiTesjx-x [HoiTes] x, x = 0.05
Sadigov F.
Doctor of Chemical Sciences, Professor, Department of General and Inorganic Chemistry Baku State University (Baku, Azerbaijan)
Ilyasly T.
Doctor of Chemistry, Professor Head of the Department of General and Inorganic Chemistry ORCID:https://orcid. org/0000-0003-0161-0639 Baku State University (Baku, Azerbaijan) Mammadova N.
Dissertation candidate, 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
СПИРАЛЬНЫЙ РОСТ МОНОКРИСТАЛЛОВ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ ТЕЛЛУРИДА ВИСМУТА В ПРИСУТСТВИИ ТЕЛЛУРИДА ГОЛЬМИЯ [В12Тез]1-х[Но2Теэ]х, х=0.05
Садыгов Ф.М.
доктор химических наук, профессор, кафедра Общей и неорганической химии Бакинский Государственный Университет Баку, Азербайджан Ильяслы Т.М.
доктор химических наук, профессор заведующий кафедры
Общей и неорганической химии Бакинский Государственный Университет Баку, Азербайджан ORCID:https://orcid. org/0000-0003-0161-0639
Мамедова Н.Ш.
диссертант кафедра Общей и неорганической химии Бакинский Государственного Университета
Баку, Азербайджан Исмаилов З.И. кандидант технических наук, доцент кафедра Общей и неорганической химии Бакинский Государственный Университет Баку, Азербайджан ORCID:https://orcid.org/0000-0003-3499-953X
Abstract
Using differential thermal (DTA) methods, the optimal mode was selected for obtaining single crystals [Bi2Te3] i-x [Ho2Te3] x. It has been found that the optimal temperature regime for obtaining the indicated single crystals from the gas phase is the temperature difference T (825K) - T2 (815K). The composition of these single crystals was determined by chemical analysis.
According to the results of chemical analysis, it was found that the optimal composition of the analyzed crystals corresponds to the following formula
[Bi2Te3] 1-x [Ho2Te3] x, x = 0.005 and the main parameters of the equilibrium growth of [Bi2Te3] 1-x [Ho2Te3] x crystals are the size of the critical nucleus Lo = 0.964 ^m and the degree of saturation б = 0.23%.
Аннотация
Методами дифференциально-термического (ДТА) был выбран оптимальный режим для получения монокристаллов [Bi2Te3]1-x[Ho2Te3]x. Установлено, что оптимальным температурным режимом для получения указанных монокристаллов из газовой фазы является температурная разность Т1 (825К) - Т2(815К). Состав данных монокристаллов определяли химическим анализом.
По результатам химического анализа установлено, что оптимальный состав анализируемых кристаллов соответствуют следующей формуле ^2Тез]ьх[Но2Тез]х, х=0,005 и основными параметрами равновесного роста кристаллов [В12Тез]ьх[Но2Тез]х, являются размер критического зародыша Ьо=0.964мк и степень пресыщения б= 0,23%.
Keywords: single crystals, nucleus, analysis, temperature, solid solution
Ключевые слова: монокристаллов, зародыш, анализ, температура, твердый раствор
К настоящему времени разработаны многочисленные методы промышленного массового получения кристаллов, а также выращивания монокристаллов. Наиболее распространенные способы выращивания монокристаллов и используются в тех случаях, когда вещество плавится без разложения, обычно применяемых растворителях нерастворимо, не имеет полиморфных модификаций, а также характеризуется низкой химической активностью. В настоящее время более половины технически важных кристаллов выращивают из расплава [1-4].
Известно, что структуры теллурида висмута имеет слоистый характер [5-9], это способствует свойство кристаллизация В12Те3, вследствие чего можно ожидать спиральный рост кристаллов. Дислокационная теория роста кристаллов является наиболее современной и претендует на полное описание равновесного роста кристаллов из газовой фазы [10].
Основными параметрами равновесного роста кристаллов является размер критического зародыша и степень перемещения. Отсюда является газотранспортный метод.
Для изучения параметров равновесного роста кристаллов твердых растворов на основе Bi2Teз в
системе ^2Тез]1-х[Но2Тез]хХ=0.05 в работе применяли диффузионный метод газотранспортного процесса в горизонтальной двухсекционной печи.
Процесс осуществляли при остаточном давлении 0.133 Па. В качестве транспортирующего реагента использовали J2, предварительно очищенный сублимацией. Изготовленные с этой целью ампулы (1=18см, d=1,2см) очищали хромовой смесью, промывали дистиллированной водой и сушили. После этого, равномерно, измельченный исходный продукт ^2Тез]1-х[Но2Тез]х и йод в определенном соотношения погружали в откачанную ампулу. Часть ампулы, в которой проходились исходные продукты в течение откачки, во избежание испарения переносчика, постоянно сохраняли в холодном состоянии.
Исходя из данных ДТА был выбран оптимальный режим для получения монокристаллов ^2Тез]ьх[Но2Тез]х. Установлено, что оптимальным температурным режимом для получения указанных монокристаллов из газовой фазы является температурная разность Т (825К) - Т2(815К). В таком режиме количество йода и продолжительность опыта были постоянными и соответственно равными 5 мг/смз и 72 час. (таблица 1).
Таблица 1
Результаты выращивания монокристаллов сплавов на основе Bi2Te3.
№ Состав, мол% Температурный режим, К Скорость движения, час Время выращивания, час Размер кристаллов, мм х мм Вес кристаллов, г.
Bi2Te3 HoTe Ti T2
1 99,5 0,5 925 815 4 72 3х25 8,0
2 98 2,0 915 820 4 18 8х25 8,0
3 96 4,0 925 815 5 20 8х20 7,0
4 95 5,0 980 780 4 18 8х30 9,5
Монокристаллы выражены в виде пластинча- монокристалличности травлением поверхности
тых агрегатов светло - серого цвета. Из многочис- кристаллов и снятием Лауэ грамм (рис.1). ленных кристаллов отбирали наиболее характерные. Выращивание монокристаллы проверяли по
Рис .1. Лауэ грамма оптимальный состав сплавов системы [Bi2Te3] 1-х[Но2Твз]х, х=0,005
Наблюдение, а также фотографирование про- кристаллов [Bi2Te3]i-x[Ho2Te3]x, х=0,005 имеют водили на металлографическом микроскопы С- форму треугольника (рис2). 4EQMM500T в отряженном свете. Спирали роста
Рис. 2. Треугольные спирали монокристалла Bi2Te3]1-x[Ho2Te3]x, х=0,005 (х500)
Состав данных монокристаллов определяли химически анализом. Количество гольмия (Но) определяли фотометрическим методом, с применением арсенатов [5], теллур (Те) определяли весовым методом, а количество висмута находили по разности. Результаты химического анализа подтверждают, что оптимальный состав анализируемых кристаллов соответствуют следующей формуле ^2ТезЬ-х[Но2Тез]х, х=0,005 или Ноо.мВ^даТез радиус кривизны критического зародыша практически определяется из равенства Ро=— [6], где 6р промежуточное расстояние между соседними витками спиралей. Для спирали представленной на рис. Настоящие между соседними витками составляет примерно 6мк, что соответствует значению Р0=0,477мк. Следовательно размер критического зародыша - Ьо=2Ро=0.954мк.
Степень пресыщения ( 6)с радиусом критиче-
а
ского зародышо связана соотношением а = —
¡о
— ^¡Гкт+т!^^ + (1) где а - между
молекулярное расстояние, которое для Но0.01ВЬ.99Тез может принимать величину порядка нескольких ангстрем ( d=3,72 А ), бэнергия связи с ближайшим соседом. Для оценки энергия связи ис-
д Тк
пользовали правило Трутона: — = 3.5— [4] где Тк
- температура кипения вещества (°К). При абсолютной температуре, составляющей примерно 0,6 тем-
д
пературы кипения (Т=0,6Тк), — = 5,8. Как следует
- а д ^ .
из приведенных выше значений,---«1, на
¡о кТ
а д
основании чего из формулы (1) а = 100% =
3 72-10-4
3,72 10 = 5,8 • 100% = 0,23%.
0,954
Таким образам, на основании вышеизложенного материала можно заключить, что основными параметрами равновесного роста кристаллов [В12Тез]1-х[Но2Тез]х, являются размер критического
зародыша Ьо=0.964мк и степень пресыщения б= 0,23%.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Мурашкевич, А. Н. Теория и методы выращивания монокристаллов : учеб. посо- бие для студентов специальности «Химическая технология неор- ганических веществ, материалов и изделий» / А. Н. Мурашкевич, И. М. Жарский. - Минск : БГТУ- 2010. - 214 с.
2. Абрикосов Н.Х., Баикина В.Ф., Порецкая Л.В.,и др. Полупроводниковые холькогениды и сплавы на их основе. М. Наука -220с.
3. Гольцман Б.М., Кудинов В.А., Смирнов И.А. Полупроводниковые Термоэлектрические материалы на основе Bi2Te3.- М: Наука- 1972 - 320с.
4. Садыгов Ф.М., Рустамов П.Г., Гусейнов Г.Д. и др. О спиральном росте монокристаллов [Bi2Te3]i-x[Sm2Te3]x, х=0,005 - Док. А Н Азер. ССР-1979- Т.35- №3- с. 46-48.
5. Варма А. Рост кристаллов и дислокации -М., Наука, 1958 -216с.
6. Шарло Г. Методы аналитической химии -М.: Химия -1965 -975с.
7. Мочалов И.В. Выращивание оптических кристаллов- Конспект лекций часть 2 СПб; НИУ ИТМО- 2012-122с.
8. Ilyasly T. M., Gahramanova G. G., Najafoglu G., Ismailov Z. I.,Quasibinary cuts Tm-AsS and As-TmS triple system Tm-As-S.,Materials of the International Conference "Scientific research of the SCO countries: synergy and integration" - Reports in English (February 26, 2019. Beijing, PRC),pp.200-208
9. Y.Shiohara, E.A.Goodilin, Single crystal growth for science and technology, Chapter 189, v.30, in:Handbook on the Physics and Chemistry of Rare-Earths (editors K.A.Gschneidner, Jr., L.Eyring, M.B.Maple,Elsevier Science)- 2000- pp.67-221.
10. И. А. Случинская. Основы материаловедения и технологии полупроводников.-Москва-2002-376с.
