Синтез ZnGa2Se4 взаимодействием GaI3 и ZnI2 с селеном

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведено термодинамическое моделирование систем GaI3–Se и ZnI2–Se методом констант равновесия в температурном интервале 200–500°С. Показано, что равновесная степень превращения йодидов в Ga2Se3 и ZnSe составляет 21 и 0.7٪ соответственно. Основным компонентом паровой фазы в обеих системах является молекулярный йод. Разработан способ получения Ga2Se3, ZnSe, ZnGa2Se4 взаимодействием GaI3 и ZnI2 с селеном в вакуумированном кварцевом реакторе с двумя температурными зонами. Селективное выведение йода из реакционного расплава позволило достичь практического выхода селенидов на уровне 86–90٪ при температуре 450°С. Остаточное содержание йода в полученных соединениях составило 0.2–1 ат.%.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. П. Вельмужов

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: velmuzhov.ichps@mail.ru
Россия, ГСП-75, ул. Тропинина, 49, Нижний Новгород

Е. А. Тюрина

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: velmuzhov.ichps@mail.ru
Россия, ГСП-75, ул. Тропинина, 49, Нижний Новгород

М. В. Суханов

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: velmuzhov.ichps@mail.ru
Россия, ГСП-75, ул. Тропинина, 49, Нижний Новгород

А. И. Сучков

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: velmuzhov.ichps@mail.ru
Россия, ГСП-75, ул. Тропинина, 49, Нижний Новгород

Список литературы

  1. Shay J. L., Wernick J. H. Ternary Chalcopyrite Semiconductors: Growth, Electronic Properties and Applications. N.Y: Pergamon, 1975. 244 p. https://doi.org/10.1016/C2013-0-02602-3
  2. Георгобиани А.Н., Радауцан С.И., Тигиняну И.М. Широкозонные полупроводники AIIB III 2 C VI 4: оптические и фотоэлектрические свойства и перспективы применения (Обзор) // Физика и техника полупроводников. 1985. Т. 19. Вып. 2. С. 193–212.
  3. Isaenko L. I., Yelisseyev A. P. Recent Studies of Nonlinear Chalcogenide Crystals for the Mid-IR // Semicond. Sci. Technol. 2016. V. 31. P. 123001. https://doi.org/10.1088/0268-1242/31/12/123001
  4. Tabouret V., Viana B., Petit J. ZnGa 2 Se 4 , a Nonlinear Material with Wide Mid Infrared Transparency and Good Thermomechanical Properties // Opt. Mater.: X. 2019. V. 1. P. 100007. https://doi.org/10.1016/j.omx.2019.100007
  5. Georgobiani A.N., Tagiev B.G., Guseinov G.G., Kerimova T.G., Tagiev O.B., Asadullaeva S.G. Structure and Photoluminescence of ZnGa 2 Se 4 : Eu 2+ // Inorg. Mater. 2010. V. 46. № 5. P. 456–459. https://doi.org/10.1134/S0020168510050031
  6. Kim Y.-G., Lee C. Optical Absorption of Vanadium Doped ZnGa 2 Se 4 Single Crystals // J. Appl. Phys. 1998. V. 83. № 12. P. 8068–8070. https://doi.org/10.1063/1.367902
  7. Kim W., Jin M., Hyeon S. Optical Absorption of ZnGa 2 Se 4 : Cr 2 + Single Crystals // Solid State Commun. 1990. V. 74. № 2. P. 123–125. https://doi.org/10.1016/0038-1098(90)90618-l
  8. Parasyuk O.V., Olekseyuk I.D., Mazurets I.I., Piskach L.V. Phase Equilibria in the Quasi-ternary ZnSe – Ga 2 Se 3 – SnSe 2 System // J. Alloys Compd. 2004. V. 379. P. 143–147. https://doi.org/10.1002/chin.200448020
  9. Lin C., Rüssel C., Dai S. Chalcogenide Glass-Ceramics: Functional Design and Crystallization Mechanism // Progr. Mater. Sci. 2018. V. 93. P. 1–44. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2017.11.001
  10. Calvez L. Transparent Chalcogenide Glass-ceramics // Adam J.-L., Zhang X. Chalcogenide Glasses. Preparation, Properties and Applications. Woodhead, 2014. P. 310–346
  11. Kobayashi T., Osaka J. Gallium Arsenide Growth by Synthesis, Solute Diffusion Method // J. Cryst. Growth. 1984. V. 67. P. 319–323. https://doi.org/10.1016/0022-0248(84)90191-X
  12. Девятых Г.Г., Чурбанов М.Ф. Высокочистые халькогены. Н. Новгород: ННГУ, 1997. 244 с.
  13. Velmuzhov A.P., Sukhanov M.V., Churbanov M.F., Kotereva T.V., Shabarova L.V., Kirillov Yu.P. Behavior of Hydroxyl Groups in Quartz Glass during Heat Treatment in the Range 750–950°C // Inorg. Mater. 2018. V. 54. № 9. P. 925–930. https://doi.org/10.1134/S0020168518090169
  14. Norton F.J. Permeation of Gaseous Oxygen through Vitreous Silica // Nature. 1961. V. 191. 701 p. https://doi.org/10.1038/191701a0
  15. Shelby J.E. Reaction of Hydrogen with Hydroxyl-free Vitreous Silica // J. Appl. Phys. 1980. V. 51. № 5. P. 25889–2593. https://doi.org/10.1063/1.327986
  16. He Y., Wang X., Nie Q., Xu Y., Wang G., Xu T., Dai S. Optical Properties of Ge – Te – Ga Doping Al and AlCl3 Far Infrared Transmitting Chalcogenide Glasses // Infrared Phys. Technol. 2013. V. 58. P. 1–4. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2012.12.038
  17. Snopatin G.E., Shiryaev V.S., Plotnichenko V.G., Dianov E.M., Churbanov M.F. High-Purity Chalcogenide Glasses for Fiber Optics // Inorg. Mater. 2009. V. 45. № 13. P. 1439–1460. https://doi.org/10.1134/S0020168509130019
  18. Ketkova L.A., Churbanov M.F. Heterophase Inclusions as a Source of Non-selective Optical Losses in Highpurity Chalcogenide and Tellurite Glasses for Fiber Optics // J. Non-Cryst. Solids. 2017. V. 480. P. 18–22. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2017.09.018
  19. Velmuzhov A.P., Sukhanov M.V., Suchkov A.I., Churbanov M.F., Tyurina E.A. Preparation of ZnGa 2 S 4 by Reacting GaI 3 and ZnI 2 with Sulfur // Inorg. Mater. 2016. V. 52. № 7. P. 650–654. https://doi.org/10.1134/S0020168516070141
  20. Barin I. Thermochemical Data of Pure Substances. N.Y. 1995. 1885 p.
  21. Binnewies M. Thermochemical Data of Elements and Compounds. Second revised. Weinheim: Wiley, 2002. https://doi.org/10.1002/9783527618347.fmatter
  22. Velmuzhov A.P., Sukhanov M.V., Zernova N.S., Shiryaev V.S., Kotereva T.V., Ketkova L.A., Evdokimov I.I., Kurganova A.E. Preparation of Ge 20 Se 80 Glasses with Low Hydrogen and Oxygen Impurities Content for Middle IR Fiber Optics // J. Non-Cryst. Solids. 2019. V. 521. № 4. P. 119505. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2019.119505
  23. PCPDFWIN – a Windows Retrieval/Display Program for accessing the ICDD PDF-2 database, JSPDS – International Center for Diffraction Data. 1998.
  24. Brian H. Toby. R factors in Rietveld Analysis: How Good Is Good Enough? // Powder Diffraction. 2006. V. 21. № 1. P. 67–70. https://doi.org/10.1154/1.2179804
  25. Шефер Г. Химические транспортные реакции (транспорт неорганических веществ через газовую фазу и его применение). М.: Мир, 1964. 194 с.
  26. Li H., Gu Z., Zhang H., Li W. Thermodynamic Analysis and Growth of ZnSe Single Crystals in Zn – Se – I2 System // J. Cryst. Growth. 2015. V. 415. P. 158–165. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2014.09.002
  27. Ho C.-H. Ga 2 Se 3 Defect Semiconductors: The Study of Direct Band Edge and Optical Properties // ACS Omega. 2020. V. 5. № 29. P. 18527–18534. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c02623
  28. Suzuki H., Mori R. Phase Study on Binary System Ga – Se // Jpn. J. Appl. Phys. 1974. V. 13. № 3. 417 p. https://doi.org/10.1143/JJAP.13.417
  29. Singh H.P., Dayal B. X-Ray Determination of the Thermal Expansion of Zinc Selenide // Phys. Status Solidi. 1967. V. 23. № 1. P. 93–95. https://doi.org/10.1002/pssb.19670230166
  30. McMurdie H.F., Morris M.C., Evans El.H., Paretzkin B., Wong-Ng W., Zhang Y., Hubbard C.R. Standard X-Ray Diffraction Powder Patterns from the JCPDS Research Associateship // Powder Diffraction. 1986. V. 1. № 4. P. 334–345. https://doi.org/10.1017/S0885715600012045
  31. Yeh C.-Y., Lu Z.W., Froyen S., Zunger A. Zinc-Blende–Wurtzite Polytypism in Semiconductors // Phys. Rev. 1992. V. 46. Р. 10086. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.46.10086
  32. Morocoima M., Quintero M., Guerrero E., Tovar R., Conflant P. Temperature Variation of Lattice Parameters and Thermal Expansion Coefficients of the Compound ZnGa 2 Se 4 // J. Phys. Chem. 1997. V. 58. № 3. P. 503–547. https://doi.org/10.1016/S0022-3697(96)00048-0
  33. Errandonea D., Kumar R.S., Manjón F.J., Ursaki V.V., Tiginyanu I.M. High-pressure X-ray Diffraction Study on the Structure and Phase Transitions of the Defect-stannite ZnGa 2 Se 4 and Defect-chalcopyrite CdGa 2 S 4 // J. Appl. Phys. 2008. V. 104. Р. 063524. https://doi.org/10.1063/1.2981089
  34. Willis J.R., Bitllough R., Stoneham A.M. The Effect of Dislocation Loops on the Lattice Parameter, Determined by X-ray Diffraction // Philos. Mag. A. 1983. V. 48. № 1. P. 95–107. https://doi.org/10.1080/01418618308234889
  35. Chen N., Wang Y., He H., Lin L. Effects of Point Defects on Lattice Parameters of Semiconductors // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. Р. 8516. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.8516
  36. Rohloff M., Cosgun S., Massué C., Lunkenbein T., Senyshyn A., Lerch M., Fischer A., Behrens M. The Role of Synthesis Conditions for Structural Defects and Lattice Strain in β-TaON and Their Effect on Photo- and Photoelectrocatalysis // Z. Naturforsch. B. 2019. V. 74. № 1. P. 71–83. https://doi.org/10.1515/znb-2018-0171
  37. Shannon R.D. Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Inter Atomic Distances in Halides and Chalcogenides // Acta Crystallogr., Sect. A. 1976. V. 32. P. 751–767. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551
  38. Tantardini C., Oganov A.R. Thermochemical Electronegativities of the Elements // Nat. Commun. 2021. V. 12. Р. 2087. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22429-0
  39. Cochran C.N., Foster L.M. Vapor Pressure of Gallium, Stability of Gallium Suboxide Vapor, and Equilibria of Some Reactions Producing Gallium Suboxide Vapor // J. Electrochem. Soc. 1962. V. 109. P. 144–148. https://doi.org/10.1149/1.2425347
  40. Handbook of Preparative Inorganic Chemistry. Edited by G. Brauer. N.Y.: Academic, 1963. 1859 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Термодинамически обусловленный состав паровой (а), конденсированной (б) фаз и равновесная степень превращения GaI3 в Ga2Se3 в системе GaI3–Se.

Скачать (38KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Термодинамически обусловленный состав паровой (а), конденсированной (б) фаз и равновесная степень превращения ZnI2 в ZnSe в системе ZnI2–Se.

Скачать (31KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Установка для загрузки компонентов в реактор (этап 1) и синтеза Ga2Se3, ZnSe и ZnGa2Se4 (этап 2): 1, 2, 3 – ампулы с реагентами; 4 – трубчатые печи; 5 – программируемые терморегуляторы; 6 – разбиваемые перегородки; 7 – магнитные бойки; 8 – отводная трубка; 9 – реактор; 10 – приемник йода; А, Б, В – перетяжки.

Скачать (29KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Рентгенограммы продуктов взаимодействия йодида галлия(III) (а) и йодида цинка(II) (б) с селеном (штрихи соответствуют положению рефлексов Ga2Se3 (05-0724) и ZnSe (80-0021) [23]).

Скачать (13KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Рентгенограммы продуктов совместного взаимодействия йодида галлия(III) и йодида цинка(II) с селеном при 450°С в течение 1 (1), 2 (2) и 3 (3) ч (пунктирные линии соответствуют положению рефлексов ZnGa2Se4 (PDF 47-1590) [23]).

Скачать (16KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».