Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Последние годы тройные и более сложные системы с участием халькогенидов мышьяка и хрома как полупроводниковый материал широко применяются в электронной технике [6-10].

В литературе о взаимодействии халкогенидов мышьяка и хрома имеются некоторые сведений по тройным системам [1-5]. Система Se - CrAsSe3 исследуется впервые.

Целью настоящей работы является изучение характера химического взаимодействия в системе Se - CrAsSe3, а также выявление новых полупроводниковых фаз.

Соединение CrAsSe3 плавится инконгруэнтно при 500оС .

Se плавится при 220оС и кристаллизуется в гексагональной сингонии с параметрами решетки: a= 0,436; c= 4,95 Ǻ,: пр.гр. D43- P3121, плотность ρ = 4,80 г/см3, микротвердость Hμ= 600 MПa [7].

Материалы и методы исследования

Сплавы системы Se-CrAsSe3 синтезированы из компонентов Se и CrAsSe3 в эвакуированных кварцевых ампулах в интервале температур 500-800оС, после чего проводили гомогенизирующий отжиг образов при 180 ˚С в течение 350 ч. Сплавы системы Se-CrAsSe3 исследовались методами физико-химического анализа: дифференциально-термическим (ДТА), рентгенофазовым (РФA), микроструктурным (MСA), а также посредством измерения плотности и микротвердости.

Дифференциальный термический анализ проводился в термографе «Termoskan -2». В качестве эталона использовалось соединение Al2O3 и скорость нагрева была 10oС/мин.

Рентгенофазовый анализ проводился на рентгенодифрактометре «D2 PHASER». Для исследования были использованы Cu Кα излучение и никелевый (Ni) фильтр. Микроструктурный анализ (MСA) проводился на металлографическом микроскопе “МИМ-8”. Для выявления фазовых границ в качестве травителя был использован раствор следующего состава: 10 мл конц. HNO3 + 5г H2O2. Микротвердость сплавов измеряли с помощью микротвердомера «ПМТ–3». Для каждой фазы определяли зависимость микротвердости от состава. Плотность сплавов определяли пикнометрическим методом, в качестве рабочий жидкости использовали толуол.

Результаты исследования и их обсуждение

Сплавы системы Se-CrAsSe3 получаются компактным слитком темно-серого цвета. Учитывая перитектический характер образования CrAsSe3, с целью достижения полноты реакции соединение CrAsSe3 отжигали ниже температуры перитектики (450оС). Все образцы системы Se-CrAsSe3 устойчивы по отношению к воздуху, органическим растворителями и минеральным кислотам. Сильные минеральные кислоты (НNO3, H2SO4) и щелочи (NaOH, KOH) разлагают их. После гомогенизации сплавы исследовались методами физико-химического анализа.

Результаты ДТА показали, что все фиксированные термические эффекты на кривых нагревания и охлаждения обратимы. На термограммах сплавов системы обнаружено по три эндотермических эффекта.

МСА сплавов системы Se-CrAsSe3 показывает, что ниже линии солидуса все сплавы двухфазные.

C целью подтверждение результатов ДТА и МСА проводили рентгенофазовой анализ.

Результаты РФА показали, что на дифрактограмме дифракционные максимумы и межплоскостные расстояния промежуточных фаз соответствуют дифракционным линиям исходных компонентов. Полученные результаты указывают, что система Se-CrAsSe3 является частично квазибинарным сечением тройной системы Cr-As-Se.

Совокупность результатов ДТА, МСА, РФА, значений микротвердости и плотности позволили построить Т-х фазовую диаграмму системы Se-CrAsSe3 (рис. 1).

Рис.1. Диаграмма состояния системы Se-CrAsSe3.

Некоторые физико-химические данные сплавов системы Se-CrAsSe3 приведены в табл.1. Как видно из табл.1, для литых сплавов системы Se-CrAsSe3 различаются два ряда значений микротвердости (табл.1).

Из них первый 600 МПа соответствует микротвердости селена Se, а значение 1890-1900 МПа соответствует микротвердости соединения CrAsSe3.

Ликвидус системы Se-CrAsSe3 состоит из двух ветвей первичной кристаллизации: Se и Cr4As2Se9. В интервале концентраций 10-100 мол. % CrAsSe3 по линии ликвидуса происходит первичная кристаллизация соединения Cr4As2Se9.

В пределах концентраций 0-20 мол. % CrAsSe3 из жидкости первично выделяется CrAsSe3, в интервале 20-100 мол. % CrAsSe3 из жидкости выделяется Cr4As2Se9.

Соединение CrAsSe3 выше температуры 500oC разлагается и образуются двухфазные области (Ж+ Cr4As2Se9). Далее происходит вторичная кристаллизации и в интервале концентрации 0-20 и 20-100 мол. % CrAsSe3 соответственно образуются трехфазные области (Ж+Se+ Cr4As2Se9) и (Ж+ Cr4As2Se9+CrAsSe3).

В интервале концентраций 0-100 мол. % CrAsSe3 ниже линии солидуса кристаллизуются двухфазные сплавы (Se+CrAsSe3).

На рис.1 представлена микроструктура сплавов системы Se-CrAsSe3, содержащих 20, 50 и 70 мол. % CrAsSe3. Как видно из рис.1 а,б, сплавы системы двухфазные. Сплава содержащие 70 мол. % CrAsSe3 после закалки в ледяной воде при 400оС представлены на рис.1в. Это микроструктура сплавов соответствует трехфазной области (Ж+Cr4As2Se9+CrAsSe3) (Светлая, светло-серая и черная фаза).

Рис.1. Микроструктура сплавов системы Se-CrAsSe3 1 а - 20 мол. % CrAsSe3 ; 1 б - 50 мол. % CrAsSe3; 1 в - 70 мол. % CrAsSe3.

Таблица 1

Результаты ДТА, измерения микротвердости и определения плотности сплавов системы Se-CrAsSe3