Селенид свинца
| Имена | |
|---|---|
| Другие имена Селенид свинца(II) Клаусталит | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| Информационная карта ECHA | 100.031.906 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| PbSe | |
| Молярная масса | 286.16 g/mol |
| Температура плавления | 1078 ° C (1972 ° F; 1351 К) |
| Структура | |
| Галит (кубический), cF8 | |
| Фм 3 м, нет. 225 | |
а = 6,12 Ангстрем [1] | |
| Октаэдрический (Pb 2+ ) Октаэдрический (Se 2− ) | |
| Опасности | |
| СГС Маркировка : | |
    | |
| Опасность | |
| Х301 , Х302 , Х331 , Х332 , Х360 , Х373 , Х410 | |
| P201 , P202 , P260 , P261 , P264 , P270 , P271 , P281 , P273 , +P310 , P301+P312 , P304+P312 , P304+P340 , P308+P313 , P311 , P312 , П321 14 , П330 , П391 , P301 , П403+П233 , П405 , П501 | |
| Родственные соединения | |
Другие анионы | Оксид свинца(II) Сульфид свинца(II) Теллурид свинца |
Другие катионы | Моноселенид углерода Моноселенид кремния Селенид германия(II) Селенид олова(II) |
Родственные соединения | Селенид таллия Селенид висмута |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Селенид свинца ( PbSe ), или селенид свинца (II) , селенид свинца , является полупроводниковым материалом . Образует кубические кристаллы структуры NaCl ; его прямая запрещенная зона составляет 0,27 эВ при комнатной температуре. (Обратите внимание, что [2] неправильно идентифицирует PbSe и другие полупроводники IV – VI как материалы с непрямой запрещенной зоной.) [3] , используется для изготовления инфракрасных детекторов тепловидения Серое твердое вещество . [4] Минерал представляет собой клаусталит природный селенид свинца.
Он может образоваться в результате прямой реакции между составляющими его элементами свинцом и селеном .
Инфракрасное обнаружение
[ редактировать ]PbSe был одним из первых материалов, чувствительных к инфракрасному излучению, используемому в военных целях. Первые исследования этого материала в качестве инфракрасного детектора проводились в 1930-х годах, а первые полезные устройства были созданы немцами, американцами и британцами во время и сразу после Второй мировой войны. С тех пор PbSe широко используется в качестве инфракрасного фотодетектора во многих приложениях: от спектрометров газа и пламени для обнаружения до инфракрасных взрывателей для артиллерийских боеприпасов или систем пассивного инфракрасного оповещения (PIC). [5]
Будучи чувствительным к инфракрасному излучению материалом, PbSe обладает уникальными и выдающимися характеристиками: он может обнаруживать ИК-излучение с длинами волн от 1,5 до 5,2 мкм (средневолновое инфракрасное окно, сокращенно MWIR – в некоторых особых условиях его отклик можно расширить за пределы 6 мкм), он имеет высокую обнаруживаемость при комнатной температуре (неохлаждаемые характеристики), а благодаря своей квантовой природе он также имеет очень быстрый отклик, что делает этот материал отличным кандидатом в качестве детектора недорогих высокоскоростных инфракрасных тепловизоров. [6]
Теория работы
[ редактировать ]Селенид свинца – фотопроводник . Механизм его обнаружения основан на изменении проводимости поликристаллической тонкой пленки активного материала при фотонов падении . Эти фотоны поглощаются внутри микрокристаллов PbSe, вызывая затем продвижение электронов из валентной зоны в зону проводимости . Несмотря на то, что он был тщательно изучен, механизмы, ответственные за его высокую обнаруживаемость при комнатной температуре, еще недостаточно изучены. Широко признано, что материал и поликристаллическая природа активной тонкой пленки играют ключевую роль как в ослаблении оже-механизма , так и в уменьшении темнового тока, связанного с наличием множественных межзеренных обедненных областей и потенциальных барьеров внутри пленки. поликристаллические тонкие пленки.
Термоэлектрические свойства
[ редактировать ]Селенид свинца является термоэлектрическим материалом. Алексева и ее коллеги из Института А. Ф. Иоффе в России идентифицировали этот материал как потенциальный высокотемпературный термоэлектрик с легированием натрием или хлором. Последующие теоретические работы в Национальной лаборатории Ок-Ридж, США, предсказали, что его характеристики p-типа могут быть равны или превосходить характеристики родственного соединения, теллурида свинца. [7] С тех пор несколько групп сообщили о показателях термоэлектрических качеств, превышающих единицу, что является характеристикой высокоэффективных термоэлектриков. [8] [9] [10]
Производство инфракрасных детекторов PbSe
[ редактировать ]Для изготовления инфракрасных детекторов на основе PbSe обычно используются два метода.
Химическое осаждение в ванне (CBD)
[ редактировать ]Химическая обработка в ванне (CBD) является стандартным методом производства. [11] Он был разработан в США в 60-е годы и основан на осаждении активного материала на подложку, промываемую в контролируемой ванне селеномочевиной , ацетатом свинца , йодом калия и другими соединениями. Метод CBD широко использовался в течение последних десятилетий и до сих пор используется для обработки инфракрасных детекторов PbSe. Из-за технологических ограничений, связанных с этим методом обработки, в настоящее время самым большим коммерческим форматом детектора CBD PbSe является линейная матрица из 1x256 элементов.
Осаждение из паровой фазы (VPD)
[ редактировать ]Этот метод обработки основан на нанесении активного материала путем термического испарения с последующей термической обработкой. Этот метод имеет существенное преимущество по сравнению с методом CBD, заключающееся в совместимости с предварительно обработанными подложками, такими как кремниевые пластины КМОП-технологии, и возможностью обработки сложных детекторов, таких как матрицы фокальной плоскости для формирователей изображения. Фактически, это стало самой важной вехой за последние десятилетия в производстве детекторов PbSe, поскольку оно открыло технологию для рынка неохлаждаемых камер MWIR с высоким разрешением, высокой частотой кадров и сниженными затратами. [12]
Фотодетекторы на основе квантовых точек PbSe
[ редактировать ]Селенид триоктилфосфина и ацетат свинца реагируют с образованием нанофазного селенида свинца. [13]
Нанокристаллы селенида свинца, внедренные в различные материалы, можно использовать в качестве квантовых точек . [14] например, в нанокристаллических солнечных элементах .
См. также
[ редактировать ]- Инфракрасный детектор
- Излучение черного тела
- Гиперспектральная визуализация
- Инфракрасная камера
- Инфракрасный фильтр
- Инфракрасное самонаведение
- Инфракрасная подпись
- Инфракрасные солнечные батареи
- Инфракрасная спектроскопия
- Другие материалы инфракрасных детекторов: антимонид индия , арсенид индия , сульфид свинца, QWIP , QDIP, теллурид ртути-кадмия , PbS , микроболометры , InGaAs.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Кристаллическая структура селенида свинца (PbSe), параметры решетки, тепловое расширение». Нететраэдрически связанные элементы и бинарные соединения I . Том. 41С. 1998. стр. 1–4. дои : 10.1007/10681727_903 . ISBN 978-3-540-64583-2 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Киттель, Чарльз (1986). Введение в физику твердого тела (6-е изд.). Нью-Йорк: Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-87474-4 .
- ^ Экума, CE; Сингх, диджей; Морено, Дж.; Джаррелл, М. (2012). «Оптические свойства PbTe и PbSe». Физический обзор B . 85 (8): 085205. Бибкод : 2012PhRvB..85h5205E . дои : 10.1103/PhysRevB.85.085205 .
- ^ Лоусон, WD (1951). «Метод выращивания монокристаллов теллурида и селенида свинца». Журнал прикладной физики . 22 (12): 1444–1447. Бибкод : 1951JAP....22.1444L . дои : 10.1063/1.1699890 .
- ^ Лоуэлл, ди-джей (1968). Некоторые ранние разработки детекторов солей свинца . Мичиганский университет.
- ^ Вергара, Г.; и др. (2007). Поликристаллический селенид свинца. Возрождение старого ИК-детектора . Обзор оптоэлектроники 15.
- ^ Паркер, Д.; Сингх, диджей (2010). «Высокотемпературные термоэлектрические характеристики сильнолегированного PbSe» . Физический обзор B . 82 (3): 035204. Бибкод : 2010PhRvB..82c5204P . дои : 10.1103/PhysRevB.82.035204 .
- ^ Ван, Х.; Пей, Ю.; Лалонд, AD; Снайдер, Дж.Дж. (2011). «Сильно легированный PbSe p-типа с высокими термоэлектрическими характеристиками: альтернатива PbTe». Продвинутые материалы . 23 (11): 1366–1370. дои : 10.1002/adma.201004200 . ПМИД 21400597 .
- ^ Андрулакис, Дж.; Тодоров И.; Он, Дж.; Чанг, Д.Ю.; Дравид, В.; Канацидис, М. (2011). «Термоэлектрики из большого количества химических элементов: высокоэффективные наноструктурированные PbSe – PbS». Журнал Американского химического общества . 133 (28): 10920–10927. дои : 10.1021/ja203022c . ПМИД 21650209 .
- ^ Чжан, К.; Цао, Ф.; Лукас, К.; Лю, В.; Эсфарджани, К.; Опейл, К.; Бройдо, Д.; Паркер, Д.; Сингх, диджей; Чен, Г.; Рен, З. (2012). «Исследование термоэлектрических свойств селенида свинца, легированного бором, галлием, индием или таллием» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 134 (42): 17731–17738. дои : 10.1021/ja307910u . hdl : 1721.1/86904 . ОСТИ 1382354 . ПМИД 23025440 .
- ^ Джонсон, TH (1965). Растворы и методы нанесения селенида свинца . Патент США 3.178.312.
- ^ Вергара, Г.; и др. (2011). Технология VPD PbSe заполняет существующий пробел в неохлаждаемых, недорогих и быстрых ИК-сканерах . Том. 8012. Учеб. ШПИОН. п. 146.
- ^ Пиетрига, Джеффри М.; Холлингсворт, Дженнифер А. (2014). «Квантовые точки нанокристаллов селенида свинца, излучающие в среднем инфракрасном диапазоне». Неорганические синтезы: Том 36 . Том. 36. стр. 198–202. дои : 10.1002/9781118744994.ch37 . ISBN 9781118744994 .
- ^ Шуклов И.А.; Разумов, В.Ф. (2020). «Квантовые точки халькогенида свинца для фотоэлектрических устройств». Российское химическое обозрение . 89 (3): 379–391. Бибкод : 2020RuCRv..89..379S . дои : 10.1070/RCR4917 . ПМИД 21650209 . S2CID 212957425 .
- Барроу, РФ; Ваго, Э.Э. (1944). «Система полос излучения PbSe». Труды Физического общества . 56 (2): 76–78. Бибкод : 1944PPS....56...76B . дои : 10.1088/0959-5309/56/2/302 .