Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Системы As2Х3-In2Х3 (Х=S,Se,Te) относятся к системам, содержащим, халькогениды и являются полупроводниками. Их исследование представляет практический интерес, поскольку в рассматриваемых системах образуется ряд фаз, которые служат основой для создания материалов электронной промышленности. Халькогениды мышьяка и сплавы на их основе являются фоточувствительными материалами и используются в ИК-оптике, цветном телевидении и ячейках памяти [1–3].

Сесквихалькогениды сульфиды, селениды и теллуриды индия и твердые растворы на их основе широко применяются как фоточувствительные и термоэлектрические материалы, которые применяются в электронной технике [4, 5]. Поэтому выявление характера фазового равновесия при взаимодействии As2Te3 и In2Тe3 представляется актуальным.

Целью настоящей работы является изучение характера химического взаимодействия в системе As2Se3-In2Te3, а также определение новых фаз и твердых растворов полупроводниковых свойств.

В литературе исследованы многокомпонентные системы с участием халькогенидов мышьяка [6–8].

В настоящей работе приводятся результаты исследования системы As2Te3-In2Тe3 изучения некоторых физико-химических свойств обнаруженных новых фаз. Характеристики исходных компонентов исследуемой системы As2Te3-In2Тe3 приведены ниже.

Соединение As2Te3 плавится по дистектической реакции при 381oC и кристаллизуется в моноклинной сингонии (пр. гр. C2/m) с параметрами решетки: a = 14,339; b = 4,006; c = 9,873 Å, β = 95o [9]. Плотность и микротвердость этого соединения равны ρ = 5,40 г / см3 и Нμ = 860 МПа.

Теллурид индия In2Te3 обладает двумя полиморфными модификациями: высокотемпературная β-модификация плавится конгруэнтно при 667 °C (плотность 5,79 г/см3), а низкотемпературная α-модификация плавится при 617 °C (плотность 5,73 г/см3). α-фаза кристаллизуется в кубической сингонии с параметрами решетки: а = 18,50 Å [10].

Материалы и методы исследования

Синтез сплавов системы As2Te3-In2Тe3 проводился путем непосредственного взаимодействия стехиометрических количеств составляющих компонентов в кварцевых ампулах в вакууме 0,1333 Па. Максимальная температура при этом составляла 1000 °С. С целью достижения равновесного состояния синтезированных сплавов их отжигали при температуре 260 и 390 °С в течение 650 ч.

Диаграмму состояния системы As2Te3-In2Тe3 построили в результате исследования методами ДТА, РФА, MCA и измерением микротвердости и плотности.

ДТА сплавов проводили на приборе TERMOSKAN-2 со скоростью нагрева 10 град/мин. Микроструктуру исследовали с помощью микроскопа МИМ-8 на предварительно отшлифованных и полированных пастой ГОИ образцах. Травителем для выявления микроструктуры служила смесь HN03:H202=2:1, время травления составляло примерно 20 с.

РФА осуществляли на рентгеновском дифрактометре модели D2 PHASER с СиКа-излучением и никелевым фильтром. Образцы для съемки готовили прессованием порошка исследуемого вещества в держателе из слюды. Микротвердость измеряли на микротвердомере ПМТ-3. Для сплавов, богатых Iп2Те3, применялась нагрузка в 15 г, а для остальных сплавов нагрузка составляла 10 г. Плотность полученных сплавов определяли пикнометрическим взвешиванием, в качестве рабочей жидкости был использован толуол.

Результаты исследования и их обсуждение

Полученные сплавы системы As2Te3-In2Тe3 компактные, от серебристо-серого до черного цвета. Исследованы устойчивости сплавов системы As2Te3-In2Тe3 по отношению к воде, воздуху и органическим растворителям, растворяется в минеральных кислотах и щелочах. Некоторые физико-химические данные сплавов системы As2Te3-In2Тe3 представлены в таблице.

Состав, результаты ДТА, измерения микротвердости и определения плотности сплавов системы As2Te3-In2Тe3

ДТА сплавов системы показал, что на термограммах сплавов системы As2Te3-In2Тe3 обнаружены два или три термических эффекта.

MCA сплавов системы изучали после равновесного состояния. Для выявления границ фаз использовали травитель: состав 10 мл HNO3 + 5 мл H2O2=1:1. В результате изучения микроструктуры сплавов системы установлено, что кроме сплавов из области концентраций 0–3 мол. % и 95–100 мол. % In2Тe3 и 50 мол. % In2Тe3 все сплавы двухфазные.

На основе исходных компонентов обнаружены ограниченные области твердых растворов, которые на основе As2Te3 составляют 3 мол. % In2Te3, а на основе In2Te3 – 5 моль. % As2Te3.

Для уточнения границы области твердых растворов на основе In2Тe3 синтезировали сплавы, содержащие 3, 5, 7 и 10 мол. % In2Тe3. Указанные сплавы отжигали в течение 520 ч, при температурах 100, 200 и 300 °С и закаляли в ледяную воду.

В результате микроструктурного анализа выявлено, что растворимость на основе In2Тe3 при комнатной температуре доходит до 5 мол. % As2Te3, а растворимость на основе In2Тe3 при эвтектической температуре простирается до 10 мол. % As2Te3.

Результаты измерения микротвердости и плотности приведены в таблице. Как видно из таблицы, для γ-фазы микротвердость составляет 650–710 МПа, а для соединения InAsTe3 микротвердость составляет 730–770 МПа. Для α-фазы твердые растворы на основе In2Тe3 соответствуют 1660–1710 МПа. Для подтверждения результатов ДТА, MCA проводили PФA. РФА сплавов подтверждает представленный вид диаграммы состояния.

Для подтверждения существования соединения InAsТe3 проводили рентгенофазовый анализ сплавов содержащих 30, 50 и 70 мол. % In2Тe3. Установлено, что дифракционные максимумы и межплоскостные расстояния, обнаруженные на дифрактограммах 50 мол. % In2Тe3, отличаются от дифракционных максимумов исходных соединений (рис. 1). На дифрактограммах сплавов, содержащих 30 и 70 мол. % In2Тe3 присутствуют линии исходных соединений и новой фазы InAsTe3.

Полученные результаты подтверждают, что кроме сплава 50 мол. % In2Тe3, остальные сплавы двухфазные.

На основании физико-химического анализа построили диаграмму состояния системы As2Te3-In2Тe3 (рис. 2). Диаграмма состояния системы характеризуется наличием одного химического соединения InAsТe3. Соединение InAsТe3 образуется по перитектической реакции при 395 °С, Ж + In2Тe3↔ InAsТe3.

Ликвидус системы As2Te3-In2Тe3 ограничивается кривыми моновариантных равновесий γ-фазы, InAsТe3 и α-фазы. γ-фазы и InAsТe3 которые между собой образуются эвтектику, состав которой отвечает 15 мол. % In2Тe3 и температура 265 °С. В области концентраций 3–50 мол. % In2Тe3 ниже линии солидуса кристаллизуются двухфазные сплавы γ+ InAsТe3, а в области 50–95 мол. % In2Тe3 – α + InAsТe3. В интервале концентраций 0–3 мол. % In2Тe3 представляет собой однофазные сплавы, а в пределах 3–95 мол. % In2Тe3 ниже линии солидуса сплавы представляют собой двух фаз (γ + InAsТe3) и (α + InAsТe3).

Заключение

С целью выяснения химического взаимодействия между As2Te3-In2Тe3 в широком интервале концентраций исследована система As2Te3-In2Тe3.

Установлено, что система As2Te3-In2Тe3 является квазибинарной эвтектического типа. В системе при соотношении компонентов 1:1 по перитектической реакции Ж + In2Тe3↔InAsТe3 при 395 °С образуется одно новое химическое соединение состава InAsТe3.

Результаты МСА показали наличие ограниченных областей твердых растворов на основе исходных компонентов, которые на основе As2Te3 составляют 3 мол. % In2Te3, а на основе In2Te3-5 моль. % As2Te3.

Выявлено, что в интервале концентраций 0–15 моль. % In2Te3 из жидкости кристаллизуются γ-фазы, т.е. твердые растворы на основе As2Te3. γ-фаза и InAsТe3 между собой образуют эвтектику с координатами 15 мол. % In2Тe3 и 265 °С. В системе As2Te3-In2Тe3 ниже линии солидуса кристаллизуются двухфазные сплавы (γ + InAsТe3) и (α + InAsТe3).