Создание новой полупроводниковой системы GaAs-CdS и изучение ее поверхностных физико-химических свойств

• Автор: Земцов, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 155 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Основные физикохимические свойства ,

1.1.1. Кристаллохимические свойства

1.1.2. Электрофизические и оптические свойства.

1.1.3. Получение и

1.2. Поверхностные свойства , .

1.2.1. Структура и химический состав поверхности.

1.2.2. Адсорбционные свойства поверхности

1.3. Твердые растворы типа . Система

1.4. Применение , в сенсорах газов. Сенсоры на аммиак.
1.5. Методы квантовохимических расчетов
1.5.1. Метод Хюккеля МОХ.
1.5.2. Расширенный метод Хюккеля РМХ.
1.5.3. Метод ССПХа
1.5.4. Основные квантовохимические расчетные методы, использу
емые в программе
1.6. Моделирование адсорбции газов на твердой поверхности.
1.7. Выдыхаемый газ состав, анализ, медицинская диагностика
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Исследуемые объекты и их получение.
2.1.1. Синтез твердых растворов системы в виде порошков.
2.1.2. Получение тонких пленок на основе соединений ,
2.2. Идентификация твердых растворов
2.2.1. Рентгенографический анализ
2.2.2. Метод спектроскопии комбинационного рассеяния.
2.3. Исследование кислотноосновных свойств в жидких средах
2.3.1. Определение рНизоэлсктрического состояния.
2.3.2. Исследование кислотноосновных свойств методом
механохимии.
2.4. Измерение адсорбции методом пьезокварцевого микровзвешивания.
2.5. Термодесорбционные измерения массспектрометрическим методом.
2.6. Метод ИКспектроскопии.
Глава 3. Компьютерное моделирование и квантовохимический расчет
3.1. Компьютерное моделирование и квантовохимический расчет
кристаллических решеток ваАБ, СбБ и СаАБхСс1.х
3.1.1. Построение кристаллической решетки сульфида кадмия
и расчет ее характеристик с использованием программы НурегСЬет.
3.1.2. Построение кристаллической решетки арсенида галлия и квантовохимический расчет ее характеристик с использованием
компьютерной программы НурегСЬет
3.1.3. Построение кристаллической решетки твердого раствора ОаАзхСб8.х в компьютерной программе НурегСИет
3.2. Квантовохимический расчет энергетических характеристик молекул , СО, С, ЫН3 и кристаллических кластеров ваАБ, Сс, СаАБ0. Сс
3.3. Компьютерное моделирование адсорбции молекул , СО, С,
ЫНз на поверхности кластеров СаАэ, СбБ, ОаАБхСс1.х
Глава 4. Результаты эксперимента и их обсуждение
4.1. Идентификация твердых растворов
4.1.1. Кристаллографические свойства системы СаАБхСс1.х.
4.1.2. КР спектроскопия системы ОаАБС.
4.2. Кислотноосновные свойства компонентов системы ОаАБСбЭ
4.3. Адсорбционные свойства компонентов системы ОаАБСс.
4.3.1. Адсорбция ЫН3 и СО на СсВ и ОаАзхСс1.х.
4.3.2. Основные закономерности изменения физикохимических
свойств ОаАэ, Сс и твердых растворов на их основе в результате 4 адсорбции 3 и СО.
Глава 5. Результаты компьютерного моделирования и их обсуждение
5.1. Результаты построения кристаллических решеток ваАз, СбЭ и ОаАзМСсЮ,
5.2. Результаты квантовохимических расчетов энергетических уровней молекул , СО, С, ИНз и кластеров с кристаллическими решетками ваАБ, С, ОаАзхСс1.х.
5.3. Результаты компьютерного моделирования адсорбции , СО,
С, 1Ь на поверхности кристаллических кластеров СэАб, С, СаА, Ссо,
Выводы.
Библиографический список.

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


IV Всероссийская школасеминар Новые материалы. Создание, структура, свойства г. Томск, г. VII Конференция Аналитика Сибири и Дальнего Востока г. Новосибирск, г. Результаты проведенных исследований опубликованы в
работах. Полупроводниковые соединения ваАБ и СбБ относятся к соединениям типа АШВУ и АПВУ соответственно. Арсенид галлия и все соединения АШВУ, кристаллизуются в решетке цинковой обманки кубического типа сфалерит 7, 8. В кристаллической решетке каждый атом ва находится в тетраэдрическом окружении четырех атомов Аб и наоборот. Такая тетраэдрическая координация соответствует структуре алмаза. Существование алмазоподобной структуры в ваАБ объясняется наличием четырех ковалентных связей, которые стремятся расположиться в пространстве по углам правильного тетраэдра, каждый из которых равен 9. Три пары электронов из четырех образуются за счет неспаренных рэлектронов ва и Аб. Четвертая электронная пара, осуществляющая ковалентную связь, поставляется атомом Аб за счет спаренных 4бэлсктронов. Таким образом, из каждых четырех ковалентных связей, образуемых между атомом ба и атомами Аб, одна связь имеет донорноакцепторный тип 8. Так как электроотрицательность и ионизационный потенциал ва больше, чем у Аб, то в соединении ОдАб электронные облака сильнее стянуты к узлам решетки, где находятся атомы Аб, в результате чего возникают эффективные заряды. Благодаря такой поляризации связей атомы ва приобретают некоторый эффективный положительный заряд, а атомы Аб отрицательный. По данным работы 7 эффективный заряд в ваАБ, определенный оптическим методом, равен 0,5. Степень ионности оказывает влияние на некоторые свойства полупроводниковых соединений. Рост ионной доли химической связи увеличивает ширину запрещенной зоны 8,,. Увеличение ионности приводит к рост рассеяния носителей тока на оптических колебаниях и к уменьшению рассеяния на акустических колебаниях фононах 8,. По данным Кителя степень ионности связи составляет для ваАэ 0, Сс
Арсенид галлия имеет следующие кристаллохимические показатели и свойства . Пространственная группа симметрии кристалла Т2 Р4 3т. Структурный тип В3 сфалерит. Период решетки равен 5, х,0м. Сингония кубическая. Число формульных единиц в элементарной ячейке равно 4. Сульфид кадмия представляет собой бинарное соединение элементов II и VI групп периодической системы, которое кристаллизуется в двух аллотропных формах со структурой цинковой обманки сфалерит и вюрцита. Кристаллическая структура цинковой обманки С1Б имеет параметр решетки а0, нм. Сингония кубическая. Число формульных единиц в элементарной ячейке равно 4. Пространственная группа симметрии сфалерита по международной системе Р 4 3 т . Решетка сфалерита ваАБ и СбЭ может быть представлена в виде двух взаимопроникающих гранецентрированных кубических решеток, сдвинутых друг относительно друга на длины в направлении объемной диагонали куба. Б. Координаты вершин подрешеток в единицах а анионная 0, 0, 0 0, , , 0, 1 2, , , 0 катионная , , , 3 4, , , , , 1 4. Сфалеритная структура в отличие от структуры алмаза не имеет центра симметрии. Эта особенность обуславливает различие в свойствах поверхности 1 СаАэ или Сс от поверхности , которые целиком Ф состоят из разноименных атомов. С кристаллохимической точки зрения существует непрерывный переход от структуры сфалерита к структуре вюрцита , . Для всей группы соединений АВу, в том числе и Сс, сфалерит является низкотемпературной модификацией, а вюрцитная структура высокотемпературной . Вследствие большей электроотрицательности серы, электронная плотность смещена в сторону аниоиообразователя. Однако в силу более сильной электроотрицательности атома Б по сравнению с Аб, соединение С болсс ионно, чем СаАБ. Структура вюрцита СсБ состоит из двух взаимопроникающих плотноупакованных гексагональных решеток, смешенных относительно друг друга на расстоянии Зс8 или аЗ8. Сингония гексагональная. Число ш формульных единиц в элементарной ячейке равно 2. СбУпо международной системе Рбз тс. На одну элементарную ячейку в структуре вюрцита приходятся две молекулы СбЭ.