Теллурид свинца и олова
Теллурид свинца-олова , также называемый PbSnTe или Pb 1-x Sn x Te, представляет собой тройной сплав свинца , олова и теллура , обычно получаемый путем сплавления олова с теллуридом свинца или свинца с теллуридом олова . Это полупроводниковый материал с узкой запрещенной зоной IV-VI .
Ширина запрещенной зоны Pb 1-x Sn x Te настраивается путем изменения состава (x) материала. SnTe можно легировать Pb (или PbTe с Sn), чтобы регулировать ширину запрещенной зоны от 0,29 эВ (PbTe) до 0,18 эВ (SnTe). Важно отметить, что в отличие от халькогенидов II-VI , например халькогенидов кадмия, ртути и цинка, ширина запрещенной зоны в Pb 1-x Sn x Te не изменяется линейно между двумя крайностями. Напротив, с увеличением состава (x) ширина запрещенной зоны уменьшается, приближается к нулю в концентрационном режиме (0,32–0,65, что соответствует температуре 4–300 К соответственно) и далее увеличивается в сторону объемной запрещенной зоны SnTe. [1] Таким образом, сплавы теллурида свинца и олова имеют более узкую запрещенную зону, чем их аналоги с конечной точкой, что делает теллурид свинца и олова идеальным кандидатом для в среднем инфракрасном диапазоне оптоэлектронных приложений , 3–14 мкм.
Характеристики
[ редактировать ]Теллурид свинца-олова представляет собой полупроводник p-типа при температуре 300 К. Концентрация дырок увеличивается с увеличением содержания олова, что приводит к увеличению электропроводности . Для диапазона составов x = 0–0,1 электропроводность уменьшается с повышением температуры до 500 К и увеличивается выше 500 К. Для диапазона составов x ≥ 0,25 электропроводность уменьшается с повышением температуры.
Коэффициент Зеебека Pb 1−x Sn x Te уменьшается с увеличением содержания Sn при 300 К.
Для состава x > 0,25 теплопроводность Pb 1−x Sn x Te увеличивается с увеличением содержания Sn. Значения теплопроводности уменьшаются с ростом температуры во всем диапазоне составов x > 0.
Для Pb 1−x Sn x Te оптимальная температура, соответствующая максимальному коэффициенту термоэдс, увеличивается с увеличением состава x. Псевдобинарный сплав теллурида свинца и олова действует как термоэлектрический материал в диапазоне температур 400–700 К. [2]
Теллурид свинца-олова имеет положительный температурный коэффициент , т.е. для данного состава x ширина запрещенной зоны увеличивается с температурой. на основе теллурида свинца и олова необходимо поддерживать температурную стабильность Поэтому при работе с лазером . Однако преимущество состоит в том, что рабочую длину волны лазера можно просто настроить, изменяя рабочую температуру.
Коэффициент оптического поглощения теллурида свинца и олова обычно составляет ~ 750 см-1. −1 по сравнению с ~50 см −1 для внешних полупроводников, таких как легированный кремний. [3] Более высокое значение оптического коэффициента не только обеспечивает более высокую чувствительность, но также уменьшает необходимое расстояние между отдельными элементами детектора, чтобы предотвратить оптические перекрестные помехи, что делает технологию интегральных схем более доступной. [4]
Приложение
[ редактировать ]Из-за настраиваемой узкой запрещенной зоны и относительно более высокой рабочей температуры теллурида свинца-олова по сравнению с теллуридом ртути-кадмия он стал предпочтительным материалом для коммерческого применения в источниках ИК-излучения, полосовых фильтрах и ИК-детекторах . [4] [5] [6] [7] Он нашел применение в качестве фотоэлектрических устройств для измерения излучения в окне 8–14 мкм. [8] [9]
Монокристаллические Pb 1-x Sn x Te диодные лазеры использовались для обнаружения газообразных загрязняющих веществ, таких как диоксид серы . [10] [11]
Теллуриды свинца и олова используются в термоэлектрических устройствах. [12]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Диммок, Джо; Мелнгайлис И.; Штраус, AJ (1966). «Зонная структура и лазерное воздействие в Pb x Sn 1−x Te». Письма о физических отзывах . 16 (26): 1193. Бибкод : 1966PhRvL..16.1193D . дои : 10.1103/PhysRevLett.16.1193 .
- ^ Орихаши, М.; Нода, Ю.; Чен, LD; Гото, Т.; Хираи, Т. (2000). «Влияние содержания олова на термоэлектрические свойства теллурида свинца и олова p-типа». Журнал физики и химии твердого тела . 61 (6): 919–923. Бибкод : 2000JPCS...61..919O . дои : 10.1016/S0022-3697(99)00384-4 .
- ^ Бурштейн, Э.; Пикус, Г.; Скиар, Н. (1954). «Оптические и фотопроводящие свойства кремния и германия». В Р.Г. Брекенридже (ред.). Конференция по фотопроводимости . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. стр. 353–409.
- ^ Перейти обратно: а б Матур, ДП (1975). «Последние разработки инфракрасных детекторов для будущих приложений удаленных датчиков». Оптическая инженерия . 14 (4): 351. Бибкод : 1975OptEn..14..351M . дои : 10.1117/12.7971844 .
- ^ Ёсикава, М.; Синохара, К.; Уэда, Р. (1977). Pb Te / PBSN Te «Непрерывная работа лазера на двойной гетероструктуре в течение 1500 часов при температуре 77 К». Письма по прикладной физике . 31 (10): 699–701. Бибкод : 1977АпФЛ..31..699Y . дои : 10.1063/1.89491 .
- ^ Касемсет, Д.; Роттер, С.; Фонстад, CG (1980). «Pb 1-x Sn x Te/PbTe 1-y Se y Лазеры на скрытой гетероструктуре с согласованной решеткой и одномодовым выходом непрерывной волны». Письма об электронных устройствах IEEE . 1 (5): 75–78. Бибкод : 1980IEDL....1...75K . дои : 10.1109/EDL.1980.25236 . S2CID 32012385 .
- ^ Уэйкфилд, С.Л. (1971) «Производство материала теллурида свинца-олова для инфракрасных детекторов». Патент США 3673063
- ^ Роллс, В.; Ли, Р.; Эддингтон, Р.Дж. (1970). «Приготовление и свойства фотодиодов из теллурида свинца-олова». Твердотельная электроника . 13 (1): 75–78. Бибкод : 1970SSEle..13...75R . дои : 10.1016/0038-1101(70)90011-0 .
- ^ Орон, М.; Зуссман, А.; Кацир, А. (1982). «Механизмы времени жизни, туннельные токи и лазерные пороги диодных лазеров PbSnTe». Инфракрасная физика . 22 (3): 171–174. Бибкод : 1982InfPh..22..171O . дои : 10.1016/0020-0891(82)90037-9 .
- ^ Антклифф, Г.А. и Вробель, Дж.С. (1972). «Обнаружение газообразного загрязняющего вещества диоксида серы с использованием перестраиваемых по току диодных лазеров Pb (1-x) SNM (x) Te». Прикладная оптика . 11 (7): 1548–1552. Бибкод : 1972ApOpt..11.1548A . дои : 10.1364/AO.11.001548 . ПМИД 20119184 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Антклифф, Джорджия; Врубель, Дж. С. (1972). «Обнаружение газообразного загрязняющего вещества диоксида серы с использованием диодных лазеров Pb 1-x SnM x Te с перестраиваемой током». Прикладная оптика . 11 (7): 1548–52. Бибкод : 1972ApOpt..11.1548A . дои : 10.1364/AO.11.001548 . ПМИД 20119184 . .
- ^ Хокингс, Эрик Ф. и Муларц, Уолтер Л. (1961) «Термоэлектрические композиции и устройства теллурида свинца и теллурида олова» патент США 3 075 031