CC BY
6ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 546.19.22-666.22
ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЛАСТИ СТЕКЛОООБРАЗОВАНИЕ В СИСТЕМЕ ASS-ERS
Гасанова Дуния Талех
1 Бакинский Государственный Университет
Аннотация. С целью определения области стеклообразования между соединениями AsS и ErS исследованы методами физико-химического анализа: дифференциально-термического (ДТА), рентгенофазового (РФА), микроструктурного (MCA), а также путем измерения микротвердости и плотности. Эвтектический состав между соединениями AsS и ErS составляет 10 мол. % ErS и температура 280oC. При скорости охлаждения v=102 град/мин область стеклования на основе AsS достигает 10 мол. % ErS. Исследованы некоторые физико-химические свойства сплавов из области стеклообразования. Область гомогенности на основе AsS достигает до 1,5 мол. % ErS.
Abstract. In order to determine the region of glass formation between the AsS and ErS compounds, we studied the methods of physicochemical analysis: differential thermal (DTA), X-ray phase (XRD), microstructural (MCA), as well as by measuring microhardness and density. The eutectic composition between the AsS and ErS compounds is 10 mol. % ErS and temperature 280oC. At a cooling rate v = 102 K / min, the glass transition region based on AsS reaches 10 mol. % ErS. Some physicochemical properties of alloys from the region of glass formation have been investigated. The area of homogeneity based on AsS reaches up to 1.5 mol. % ErS.
Key words: phase, glass, microhardness, liquidus, crystal system.
Ключевые слова: фаза, стекло, микротвердость, ликвидус, сингония.
Введение
Стеклообразные полупроводники, халькогениды мышьяка и сплавы на их основе в качестве светочувствительных материалов широко используются в электронной технике, радиотехнике, ИК-оптике, цветном телевидении [1-8]. В настоящее время светочувствительные волокна на основе халькогенидов мышьяка As2S3, As2Se3 используются в микроэлектронике [9-14].
Данная работа посвящена исследованию системы AsS-ErS, с целью получения новых стеклообразных полупроводниковых фаз сложного состава заданными свойствами.
По данным соединение AsS плавится конгруэнтно при 318оС и кристаллизуется в ромбической сингонии с параметрами решетки: а=9,32; ¿=13,546; с=6,585 А [22].
Соединение ErS плавится конгруэнтно при 2180оС и кристаллизуется типа NaCl в кубической сингонии с параметрами решетки: а=5,424 А, пр.гр. Fm3m, плотность dm]m = 6,75 г/см3, dpeHT = 7,10 г/см3 [23] .
Экспериментальная часть
Для определения области стеклообразования в системе AsS-ErS синтезированы сплавы в интервале концентраций 0-30 мол. % ErS. Сплавы синтезированы из компонентов AsS и ErS в эвакуированных кварцевых ампулах в интервале температур 500-900оС. Сплавы системы в области концентраций 0-30 мол. % ErS при охлаждении со скоростью v=102 град/мин получаются в стеклообразном и стеклокристаллическом виде. Для кристаллизации стеклообразных сплавов проводили длительный изотермический отжиг при 230оС в течение 750 ч.
Далее сплавы AsS-ErS были исследованы методами ДТА, РФА, МСА, а также измерением микротвердости и плотности.
Дифференциально-термический анализ сплавов системы проводили на приборе «ТЕРМОСКАН-2» со скоростью нагревания 5 град/мин.
Рентгенофазовый анализ проводили на рентгеновском приборе модели D2 PELASER с использованием СиКа-излучения, с Ni-фильтром. MCA сплавов системы исследовали с помощью металлографического микроскопа МИМ-7 и МИН-8. При исследовании микроструктуры сплавов использовали травитель состава 10 мл NaOH+5 мл Н2О2=1:1 время травления 15-20 с. Микротвердость сплавов системы измеряли на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке 0,10 Н. Плотность сплавов системы определяли пикнометрическим методом, в качестве рабочей жидкости использовали толуол.
Результаты и их обсуждение
ДТА литых образцов системы AsS-ErS в интервале концентраций 0-30 мол. % ErS показал, что на термограммах этих сплавов присутствуют эффекты температуры стеклования Tg. После отжига на термограммах тех же сплавов системы исчезают температура размягчения. МСА сплавов системы показало, что в области концентраций 0-10 мол. % ErS образцы стеклообразные. Сплавы в пределах 1025 мол. % ErS представляет собой стеклокристаллическими. Физико-химическое исследование сплавов системы проводили до и после отжига. В результате микродиаграмма системы AsS -ErS построена в
диапазоне 0-30 мол. % Ей (рис.1). Микроструктуры сплавов системы AsS-ErS показывают, что сплавы вблизи AsS существует однофазные сплавы, остальные двухфазные. В системе на основе AsS твердые растворы доходят до 1,5 мол. % Ей.
30
Ей
Рис. 1. Микродиаграмма системы ЛаБ-ЕгБ.
10
20
30
40
50
60
70
20
Рис.2. Дифрактограммы сплавов системыЛаБ-ЕгБ. 1-5, 2-10, 3-25, 4- 50, 5-70, 6-100 мол. % ЕгБ.
С целью уточнения области стеклообразования в системе AsS-ErS проводили РФА до и после отжига. Установлено, что до отжига на дифрактограммах сплавов в области концентраций 0-30 мол. % Ей не обнаружены сильные дифракционные максимумы, а после отжига появляются интенсивные дифракционные максимумы (рис.2). Учитывая раковистый излом, присутствие термических эффектов температур размягчения на термограммах, отсутствие дифракционных максимумов на дифрактограммах, можно судить о стеклах.
Проведен рештеноструктурный анализ сплавов, содержащих 5, 10 и 25 мол. % Ей (рис. 2). Сплавы, содержащие 5, 10 мол. % Ей, получены в стекловидном виде. На дифрактограмме сплава 25 мол. % Ей наблюдается существенно дифракционные линии (рис.2).
^ ОП
ЛПП
ТИП
Табл. 1.
Некоторые физико-химические свойства сплавов системы AsS-ErS
Состав, мол. % Термические эффекты, t,oC Микротвердость, MPa Плотность, q/sm3 Результаты MСA
AsS ErS Tgor. Ткр. Тпл.
100 0 170 230 315 1350 3,35 Стекло
97 3 175 235 310 1380 3,40 —
95 5 175 245 305 1390 3,50 —
90 10 180 250 280 1440 3,68 —
85 15 185 260 400 1440 3,86 —
80 20 185 277 500 1440 4,04 —
70 30 190 280 740 1440 4,36 Стекло-кристалл
Некоторые макроскопические параметры сплавов системы AsS-ErS до и после отжига приведены в тавл.1 и 2. В табл.1 приведены данные температуры размягчения (Тg), температуры кристаллизаций (Ткр.) и плавления (Тпл.) стеклообразных сплавов. При определении микротвердости и плотности до отжига микротвердость составила (1350-1440) МПа, а плотность изменяется в пределах (2,35-4,28) (табл.1).
Некоторые физико-химические данные после отжига сплавов системы AsS-ErS в пределах 0-30 мол. % Ей приведены в табл.2. Полученные данные показывают, что значение микротвердости стекол выше, чем микротвердость соответствующих им кристаллов. Значение плотности для стекол, наоборот, меньше чем для соответствующих им кристаллов (табл.1,2).
Табл. 2.
Состав, результаты ДТА, измерения микротвердости и определения плотности сплавов системы _Аз8-Егё после отжига (кристаллические)_
Состав, мол. % Термические эффекты, °С Плотность, 103 кг/м3 Микротвердость фаз, МПа
AsS ErS а II фаза
Р=0,1 H
100 0,0 315 3,52 660 -
97 3,0 310 3,57 770
95 5,0 280,305 3,68 810 -
90 10 280 3,84 Эвтект. -
85 15 280,400 3,99 - -
80 20 280,500 4,17 - 2000
70 30 280,740 4,48 - 2000
Заключение
Методами физико-химического анализа изучено взаимодействие между соединениями AsS и ErS, была построена T-x фазовая диаграмма AsS-ErS.. Соединения AsS и ErS образует эвтектику, состоящую из 10 мол. % ErS и температура 280oC. В системе области стеклообразование на основе AsS достигает 10 мол. % ErS. Для сплавов из области стекла были изучены некоторые физико-химические свойства. Растворимость на основе AsS достигает до 1,5 мол. % ErS, а на основе ErS растворимость практически не установлены.
Список литературы
1. Lovu M., Shutov S., Rebeja S., Colomeyco E., Popescu M. Effect of metal additives on photodarkening kinetics in amorphous As2Se3 films // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. 2000. V. 2, Issue: 1. P. 53-58.
2. Andriesh A.M., Verlan V. I.. Donor- and acceptor-like center revealing by Photoconduktivity of amorphous thin As2Se3 films // Journal of Optoelectronic and Advanced Materials. 2001. Vol. 3. No. 2, June. P. 455-458.
3. Dinesh Chandra SATI1, Rajendra KUMAR, Ram Mohan MEHRA Influence of Thickness Oil Optical Properties of a: As2Ses Thin Films // Turk. J. Phys, 2006. V.30. P.519- 527.
4. Hari P., Cheneya C., Luepkea G., Singha S., Tolka N., Sanghera J.S., Aggarwal D.. Wavelength selective materials modification of bulk As2S3 and As2Se3 by free electron laser irradiation // Journal of Non-Crystalline Solids. 2000. V. 270. P. 265-268.
5. Jun J. Li Drabold. D. A.. Atomistic comparison between stoichiometric and nonstoichiometric glasses: The cases of As2Se3 and As4Se4 // Phys. Rev. 2001. V. 64. P. 104206-104213.
6. Seema Kandpal, Kushwaha R. P. S.. Photoacoustic spectroscopy of thin films of As2S3, As2Se3 and GeSe2 // Indian Academy of Sciences. PRAM ANA journal of physics. 2007. V. 69. No. 3. P. 481-484.
7. Бабаев А. А., Мурадов Р., Султанов С. Б., Асхабов А. М.. Влияние условий получения на оптические и фотолюминесцентные свойства стеклообразных As2S3 // Неорган. материалы. 2008. № 11. T. 44. C. 1187-1201.
8. Любин В.М., Коломиец В.Т. Электрические и фотоэлектрические свойства слоев селенида мышьяка // ФТТ. 1962. T. 4. № 2. C. 401-406.
9. Kim B.Y., Blake J.N., Engan H.E., Shaw H.J. All-fiber acousto-optic frequency shifter // Opt. Lett. 1986. V. 11. P. 389-391.
10. Lee S.S., Kim H.S., Hwang I.K., Yun S.H. Highly-efficient broadband acoustic transducer for all-fiber acousto-optic devices // Electron. Lett. 2003. V. 39. P. 1309-1310.
11. Engan H.E. Acousto-optic coupling in optical Fibers // IEEE Ultrasonics Symposium. 2000. V.1. P. 625-629.
12. Diez A., Birks T.A., Reeves W.H., Mangan B.J., St P. Russell J. Excitation of cladding modes in photonic crystal fibers by flexural acoustic waves // Optics Lett. 2000. V. 25. P. 1499-1501.
13. Claytor T.N.. Sladek R.J. Ultrasonic velocities in amorphous As2S3 and As2Se3 between 1.5 and 296 K. // Phys. Rev. 1978. B. 18. P. 5842-5850.
14. Pudo D., Magi E.C., Eggleton B.J., Long-period gratings in Chalcogenide fibers // Opt. Express 2006 V.14. P. 3763-3766.
15. Judd B.R. Optical absorption intensities of rare-earth ions // Physical review. 1962. V. 127. P. 750-761.
16. Никифоров В. Н., Морозкин А. В., Ирхин В. Ю. Термоэлектрические свойства редкоземельных сплавов // Физика металлов и материаловедение 2013. Т. 114. № 8. С.711-720.
17. Кудреватых Н. В., Волегов А. С. Магнетизм редкоземельных металлов и их интерметаллических соединений -Екатеринбург Издательство Уральского университета 2015. 196 с.
18. Виноградов А. П. Средние содержания химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры // Геохимия. 1962. Т. 7. С. 555-571.
19. Вонсовский С. В. Магнетизм. М. : Наука, 1971. 1032 с.
20. Белов К. П. Редкоземельные магнетики и их применение. М. : Наука. 1980. 240 с.
21. Карапетян Г.О., Лунтер С.Г. Люминесценция стекол, активированных тербием // Журнал прикладной спектроскопии. 1966. Т. V. Вып. 3. С. 310-315.
22. Хворостенко А.С. Халькогениды мышьяка. Обзор из серии, Физические и химические свойства твердого тела". 1972. 93 с.
2 3 . Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник: В 3т: Т.3 // Под. Ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение. 1997. 439 c.
УДК 546. 682.19.23 - 682.19.22.23.
ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ В СИСТЕМЕ InAs2Se4 -InAs2SSe3 И СВОЙСТВА ОБРАЗУЮЩИХСЯ ФАЗ
Магаммадрагимова Рузгара Севим
Диссертант Институт Катализа и Неорганической Химии им. М.Ф.Нагиева НАНАзербайджана, г. Баку
Аннотация. Методами ДТА, РФА, МСА, а также путем измерения микротвердости и определения плотности сплавов исследован характер взаимодействия в системе InAs2Se4-InAs2SSe3 и построена ее диаграмма состояния. Установлено, что разрез InAs2Se4-InAs2SSe3 является квазибинарным сечением четверной системы In-As-S-Se. Твердые растворы на основе InAs2Se4 при комнатной температуре доходят до 10 мол. % InAs2SSe3 , а на основе InAs2SSe3 простирается до 15 мол. % InAs2Se4. Вычислены параметры решетки из области твердых растворов на основе InAs2Se4 и InAs2SSe3.
Abstract. The character of the interaction in the InAs2Se4 -InAs2SSe3 system was investigated and its phase diagram was constructed by DTA, XRD, MSA, as well as by measuring the microhardness and determining the density of the alloys. It was found that the InAs2Se4 -InAs2SSe3 section is a quasi-binary section of the In-As-S-Se quaternary system. Solid solutions based on InAs2Se4 at room temperature reach 10 mol % InAs2SSe3, and on the basis of InAs2SSe3 it extends to 15 mol % InAs2Se4. The lattice parameters are calculated from the region of solid solutions based on InAs2Se4 and InAs2SSe3.
Ключевые слова: система, разрез, твердый раствор, микротвердость, солидус.
Key words: system, section, solid solution, microhardness, solidus.
ВВЕДЕНИЕ
Последние годы тройные и более сложные системы с участием халькогенидов мышьяка и других металлов как полупроводниковый материал широко применяются в электронной технике [1-10].
В литературе о взаимодействии халькогенидов мышьяка и индия имеются много сведений по тройным и четверным системам [11-14]. Система InAs2Se4-InAs2SSe3 исследуется впервые.
Целью настоящей работы является изучение характера химического взаимодействия и стеклообразования в системе InAs2Se4-InAs2SSe3, а также выявление полупроводниковых фаз.
Соединения InAs2Se4 плавится конгруэнтно при 775оС и кристаллизуется в тетрагональной сингонии с параметрами решетки: а= 9,44; с= 8,73 Â, z= 4, V =779,62 Â3, d= 4,85 г/см3 [15]. Соединения InAs2SSe3
