Строение и свойства поверхностей и одномерных кристаллов слоистых полупроводниковых соединений A4B6, A52B63, A3B6

• Автор: Волыхов, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 168 с. : ил.

Введение

Глава 1. Синтез и свойства кристаллов слоистых соединений А3В6, А5гВ6з, А4В6

1.1. Краткий обзор строения, электронной структуры и химической связи в кристаллах слоистых соединений А3В6, АВ6з, А4В6

1.1.1. Кристаллическая структура

1.1.2. Основные термодинамические свойства

1.1.3. Нестехиомстрия и точечные дефекты

1.1.4. Особенности электронного строения

1.2. Квантовомеханическое моделирование кристаллов слоистых соединений А3В6, АВ6з, Л4В6

1.2.1. Методики расчта

1.2.2. Результаты моделирования

1.3. Синтез и исследование кристаллов

1.3.1. Методика и результаты выращивания кристаллов
1.3.2. Характеристика полученных кристаллов
Глава 2. Получение и исследование атомарночистых поверхностей естественного скола слоистых соединений Л3Вб, А В6, АВ6з
2.1. Литературные сведения о поверхностях слоистых соединений
2.1.1. Поверхности А3В6 и йаТе 1 0 2
2.1.2. Поверхности АВ6з
2.1.3. Поверхности А4В6 0
2.2. Квантовомеханическое моделирование структуры и электронных свойств поверхностей
2.2.1. Методика расчта
2.2.2. Результаты моделирования поверхностей ОаБе , пБе ,
ваТс 1 0 2
2.2.3. Результаты моделирования Всз , В2Тсз
2.2.4. Результаты моделирования 8пХ 0, X Б, 8с, Те
2.3. Экспериментальное исследование атомарночистых поверхностей
2.3.1. Приготовление атомарночистых поверхностей
2.3.2. Методики исследования атомарночистых поверхностей
2.4. Результаты экспериментального исследования
2.4.1. Структура и электронное строение поверхностей ОаБе , пБе ,
ОаТе 1
2.4.2. Структура и электронное строение поверхностей В8сз ООО I, ВТсз
2.4.3. Структура и электронное строение поверхностей БпХ 0, X Э, Бс, Те
2.5. Закономерности в изменении параметров, харакгеризующих образование поверхности слоистых соединений А3В6, А4В , АВ6з
Глава 3. Строение и электронная структура одномерных кристаллов соединений А3Вб, А4В6, АВ6з
3.1. Литературные сведения об одномерных кристаллах в каналах УНТ
3.1.1. Методы синтеза одномерных кристаллов в каналах УНТ
3.1.2. Структура одномерных кристаллов неорганических соединений
3.2. Квантовомеханическое моделирование одномерных кристаллов
3.2.1 Структура, электронное строение и химическая связь в одномерных кристаллах СаБс, 1пБе, ваТе
3.2.2 Структура, электронное строение и химическая связь в одномерных кристаллах В8ез, ВТе3
3.2.3. Структура, электронное строение и химическая связь в одномерных кристаллах БпХ, X Б, Бе, Тс
3.3. Экспериментальное исследование одномерных кристаллов в каналах УНТ
3.3.1. Структура кристаллов по данным ПЭМ
3.3.2. Взаимодействие одномерного кристалла с УНТ особенности электронного строения нанокомпозитов по данным спектроскопии комбинационного рассеяния, РФЭС, спектров оптического поглощения
3.4. Обсуждение результатов
Глава 4. Реакционная способность поверхностей кристаллов слоистых соединений А3Вб, А4В6, АВ6з при взаимодействии с молекулярным кислородом
4.1. Литературные сведения об окислении поверхностей кристаллов слоистых соединений А3В6, А4В6, АВ6з
4.2. Результаты экспериментального и теоретического исследования сравнительной реакционной способности при взаимодействии с кислородом
4.2.1. Методика экспериментального исследования
4.2.2. Методика квантовохимического моделирования
4.2.3. Результаты моделирования и их сопоставление с экспериментальными данными
4.2.3.1. Окисление поверхностей ваТе 2, Саве , 1п8е
4.2.3.2. Окисление поверхностей ВБез , ВТез
4.2.3.1. Окисление поверхностей БпХ 0, X Б, Бе, Те
4.2.4. Сравнение реакционной способности Общее обсуждение результатов Выводы
Список цитированной литературы


В отличие от свойств низкоразмерных систем, свойства объмных материалов, а именно их кристаллическая структура, термодинамические свойства зонная структура изучены достаточно полно. В последней части главы описано получение кристаллов рассматриваемых полупроводниковых веществ, необходимых для проведения остальных экспериментов. Для слоистых соединений А3В6 характерна гексагональная структура слов. Слой имеет условную структуру ВААВ. Степень окисления металла 2 стабилизируется за счт связей металлметалл, образование которых происходит при помощи спаривания электронов, избыточных по сравнению с наиболее устойчивой степенью окисления 3 рис 1. Это отличает данные соединения от других, неслоистых, полупроводников А3В6 1пТе и халькогенидов таллия, в которых атомы металла находятся не в степени окисления 2, а в равных количествах в степенях окисления 1 и 3. Рис. Каждый атом Л имеет искажнную тетраэдрическую координацию его окружают один атом Л и 3 атома В. Каждый атом В связан с тремя атомами А. Связь между слоями осуществляется в основном за счт вандерваальсового взаимодействия атомов В, находящихся на поверхности каждого слоя. Для селенида галлия характерна политипия существуют двуслойные Р и модификации, трхслойная у и четырх слой пая 5модификации. Наиболее стабильной является емодификация. Сульфид галлия обладает структурой 0СаЭс, а селенид индия уваве в плнках также РбаЯе. Кристаллохимические характеристики рассматриваемых соединений приведены в таблице 1. Таблица 1. Рбзшшс, X 3. Рбзгшпс, а 3. Рбзшс, 5 3. ОаЗТе 2. I 3, . Ii 4 0, 0, 0 I2 4 0, 0, 0. II2 2. I 2. БЬгТсз ЯЗш, В2Те3 а4. БЬ 6 0, 0, 0. Те1 3 0, 0, 0. Те2 6 0, 0, 0 8ЬТе1 3. ЬТе2 3. Ве3 ЯЗш, В2Те3 а4. В 6 0, 0, 0. Бс2 6 0, 0, 0 В8е1 2. В8е2 3. В2Те3 ЯЗгп, В2Те3 а4. В 6 0, 0, 0. Тс1 3 0, 0, 0. Тс2 6 0, 0, 0 ВТс 3. ВТс2 3. Б Рпта, БпБ а . Ь3. Се 3 0. Се8 2. Ос8 2. СсЭе Рпта, БпЗ а . Ь3. Сс 3 0. Бс 3 0. Се8е 2. БпЗ Рпта, Бп8 а. Ь3. Б 3 0. БлЭе Рпта, 8п8 а. Ь4. БпЭе 2. БпТе ГтЗт, ЫаС1 а6. Те 6 , , БпТе 3. Особняком стоит теллурид лия, для которого гексагональная структура слоя наблюдалась лишь в плнках. Стабильной для него является структура типа БАя изоэлектронного аналога соединений А3В6. Она относится к моноклинной сингонии и отличается от рассмотренных выше гексагональных структур, прежде всего, поворотом трети пар вава из перпендикулярного в приблизительно параллельное плоскости слоя направление. При этом в элементарной ячейке оказывается по три структурно неэквивалентных позиции для атомов галлия и теллура рис. Координация атомов в целом та же, но полиэдры имеют искажения по сравнению с гексагональной симметрией, которые, впрочем, не превышают 0. А по расстояниям и 5 по валентным углам. Среди полупроводников АВ6з к категории слоистых относятся теллуриды сурьмы и висмута, а также селснид висмута. Вес они изоструктурны между собой иногда тип называется структурным типом тетрадимита минерала ВТе. Х1МХ2МХ1, где Рис Кристаллическая структура ОаТе. Выделена элементарная ячейка. Тмные кружки X халькоген Зе, Те, М металл атомы Оа, светлые атомы Те. ЗЬ, В1 рис. В гексагональной элементарной ячейке по высоте располагается зри описанных пакета. В ряду соединений Л4В6 в халькоген идах свинца, обладающих высокой ионностью связи, является стабильной кубическая структура типа рис. Кристаллические структуры менее ионных халькогенидов олова и германия получаются в результате небольшого искажения кубической гранецентрированной рештки . ЗпЗе. ЫаС1. Рис. Для слоистых соединений А4В6 этот параметр варьируется в пределах 1. АВ в пределах 1. А3В6 1. Наиболее слоистым при этом оказывается теллурид галлия. Рис. Рассмотрение термодинамических свойств соединений играет важную роль для целей работы, так как величины энтальпий образования в общем характеризуют силу химической связи. Кроме того, знание величин температуры плавления и энтальпии образования соединений необходимо для выбора условий синтеза температурного режима и скорости на1рева. Параметры образования и плавления рассмагриваемых соединений приводятся в таблице 1. Таблица 1. Б 7 3 инконг. Бе 7 инконг.