CC BY
11
116
AZ9RBAYCAN KÍMYA JURNALI № 2 2012
УДК 541.183.3
SÜRM3-TELLUR eRÍNTÍSÍNÍN ELEKTROKÍMYeVÍ CÖKDÜRÜLM3Sl
K.Í.Haciyeva
Azdrbaycan Milli EA M.F.Nagiyev adina Kimya Problemlemldri Institutu
[email protected] Redaksiyaya daxil olmu§dur 08.04.2011
Xlorid turíjusu mahlullarinda tellurun elektrokimyavi cökdürülmasi tadqiq olunmusdur. Tsiklik voltamper ayrilarinin gakilmasi üsulu ila katodda Sb va Те birga ^ökdürülmasi zamani Sb2Te3
birla§masinin amala galmasi va müxtalif faktorlarin katod ^öküntüsünda Те-un miqdarina tasiri
öyranilmi§dir.
Agar sözlar: sürms, tellur, elektrokimyavi cökm3, termoelektrik xassalar, nazik tabaqalar.
Sb2Te3 va onun asasinda bark mahlullar yüksak termoelektrik effektivliyina (Z) malik olduq-larina göra termoelektrik generatorlarmm, soyuducu qurgularin, geca görma cihazlarinin va termo-elementlarin hazirlanmasinda geni§ istifada olunurlar. Bu materiallarda termoelektrik effektivliyinin yüksak olmasina sabab isa onlarda istilik ke^iriciliyinin zaif va elektrik ke^iriciliyinin sabit qalaraq yüksak olmasidir [1].
Tacrübalar göstarir ki, nazik Sb2Te3 tabaqalari asasinda düzaldilmi§ qurgularda temperaturu 32 K qadar salmaq olur. Bu zaman lokal soyuma va qizma massiv nümunalara nisbatan 2-104 dafa tez gedir [2].
Muasir elektrik ?eviricilarinin hazirlanmasinda asasan massiv materiallardan istifada edilir. Son illarda isa termoelektrik cihazlarinin hazirlanmasinda asas etibari ila bu materiallardan nazik tabaqalarda istifada olunur [2-5].
Bundan ba§qa nazik tabaqalar asasinda düzaldilmi§ cihazlarin ölcülari massiv nümunalara nisbatan kicik olur, xarici siqnallara tez reaksiya verir va yüksak tezliklarda i§laya bilir. Bununla yana§i nazik tabaqalari almaqdan ötrü müxtalif materiallardan istifada olunur [6].
Nazik Sb2Te3 tabaqasini almaq ücün an cox vakuumda termiki buxarlandirma metodundan istifada olunur. Lakin Sb2Te3 tabaqalarinin termiki buxarlandirma metodu ila alinmasi bir sira ?atin-liklarla mü§ayiat olunur.
Buxarlandirma prosesi yuksak temperaturda aparildigi üfün Sb2Te3 molekulyar formada qalmayaraq par?alanir, ona göra da alinan nazik tabaqalar bircinsli olamayaraq Sb, Te, Sb2Te3 qari§igindan ibarat olur. Bunun naticasinda da alinan nazik tabaqalarin elektrik parametrlari mono-kristallardakina nisbatan pis olur. Digar tarafdan termiki buxarlandirma prosesi qapali hacmda aparildigi ücün alinan nazik tabaqalarin kimyavi tarkibini idara etmak mümkün olmur.
Bu ^atinliklari aradan qaldirmaq maqsadi ila son illarda nazik Sb2Te3 tabaqalarini almaq ü^ün elektrokimyavi üsuldan istifada edilir [7-11].
Elektrokimyavi üsul sadadir, iqtisadi cahatdan alveri§lidir, material itkisina yol vermir. Elektrolitin tarkibini va elektrolizin rejimini dayi§makla alinan nazik tabaqalarin keyfiyyatini, tarikibini va xassalarini idara etmak mümkündür va prosesi a§agi temperaturda aparmaga imkan verir.
Ona göra da verilan i§da Sb2Te3 nazik tabaqasini almaq ü^ün elektrokimyavi üsuldan istifada edilmi§, tellur va sürmanin birga ^ökma prosesi HCl mahlulunda tsiklik volt-amper ayrilarinin ^akilmasi vasitasi ila tadqiq edilmisdir.
Tacrübalarin aparilmasi ü^ün elektrolizerdan va polyarizasiya ayrilarinin ^akilmasi ücün П-5827 M potensiostatindan istifada olunmu§dur. Tsiklik volt-amper ayrilarinin ^akilmasinda isgi va köma^i elektrod kimi Pt-dan istifada edilmi§dir. Müqayisa elektrodu kimi gümü§ xlorid elektrodundan istifada olunur.
§akilda tarkibinda 0.015 M TeO2, 0.085 М Sb2O3, 3 M HCl va 0.5 M NH4Cl olan elektrolitda Pt elektrodu üzarinda ^akilmi^ tsiklik volt-amper ayrisi göstarilmi§dir. §akildan göründüyü kimi, volt-amper ayrisi 3 hissadan ibaratdir (ayri 7).
I hissada alinan ^öküntülarin analizi göstarmi§dir ki, potensial intervalinin 0.3-0.01 V (g.x.e.) qiymatlarinda katodun sathinda asasan tellurdan ibarat olan nazik tabaqalar alinir. Tellurun sürma ila birga fökma prosesi volt-amper ayrisinin II hissasinda ba§ verir.
SÜRM9-TELLUR 9RÍNTÍSÍNÍN ELEKTROKÍMYeVÍ ÇÔKDÛRÛLMeSÎ
117
i, A/dm2
-2.7 -
-2.1 -
-1.5
-0.9
-0.3
0.3
0.9
1.5
с (Sb)
b (Sb2Te3 )
Е, V (g.x.e.)
Pt elektrodu üzarinda tsiklik voltamper 9yribri:i - Te - 0.2 V-da ça-kiïmiç anod tsikli, 2 - Sb2Te3 va Te -0.75 V-da çakilmiç anod tsikli; elek-trolitin tarkibi (mol/l): 0.015 ТеО2 + 0.085 Sb203 + 0.5 NH4Cl+3HCl; temperatur - 293 К; potensialm da-yiçma sürati - 8 mV/s.
Birga fokma prosesi sürmanin ^okma potensialindan (-0.1 V) daha müsbat potensialda ba§ verir, yani ^okma prosesi zamani depolyarizasiya ba§ verir. £okma prosesinin depolyarizasiya ila getmasina asas sabab potensialin -0.01 V qiymatinda tellurun darin reduksiyasi zamani amala galan Te2- ionlaridir:
Te +2e = Te2- .
Bu ionlar ikiqat elektrod tabaqasinda katodun sathinda olan Sb3+ ionlari ila kimyavi reak-siyaya girarak Sb2Te3 birlasmasinin nazik tabaqasini yaradir:
2Te2- + 2Sb3+ = Sb2Te3 .
Volt-amper ayrisinin III hissasinda isa katodun sathinda birga cokma prosesi ila yana§i H+ ionlarinin reduksiyasi bas verir.
Bundan ba§qa, katodun sathinda amala galan nazik tabaqalarin kimyavi tarkibini tayin etmak maqsadi ila volt-amper ayrisinin anod yarimtsikli fakilmi§dir. §akildan goründüyü kimi, volt-amper ayrisinin anod yarimtsiklinda 3 dalga mü§ahida olunur.
Müayyan edilmi§dir ki, birinci dalga (c) nazik tabaqalarin tarkibinda olan sürmanin, ikinci dalga (b) Sb2Te3-ün, üfüncü dalga (a) isa tellurun anod kimi oksidla§masina aiddir.
Qeyd etmak lazimdir ki, anod yarimtsikli potensialin -0.075 V qiymatlarinda fakildikda voltamper ayrisinda sürmanin anod hall olmasini gostaran dalga (c) mü§ahida olunmur (ayri 2). Bu halda yalniz Sb2Te3 va Te-un hall olma dalgalari mü§ahida olunur. Bu onu gostarir ki, bu potensiala qadar katodun sathinda alinan nazik tabaqalarin tarkibinda sarbast Sb atomlari olmur. Lakin -0.075 V potensialinda katod sathinda H2 artiqligina gora alinan foküntülarin keyfíyyati yax§i olmur.
Rentgenfaza analizinin komayi ila müayyan edilmi§dir ki, potensialin -0.02 V-dan müsbat qiymatlarinda alinan nazik tabaqalar iki fazadan Sb2Te3 va Te, -0.12 V-dan manfi qiymatlarinda alinanlar isa Sb2Te3 va Sb fazalarindan ibaratdir. Katodun sathinda stexiometrik tarkiba malik olan Sb2Te3 (61.12% Te) birla§masi potensialin -0.05 V-a yaxin qiymatlarda alinir.
118 K.i.HACIYEVA
Bununla yana§i qalvanostatik §araitda tacrubalar aparilmi§ va alman nazik tabaqalarin tarkibina va keyfiyyatina muxtalif faktorlarin tasiri ôyranilmi§dir.
Cadval 1-dan gôrunduyu kimi, mahlullarda Te02-nin miqdari artdiqca nazik tabaqalarin tarkibinda tellurun miqdari artir, carayan sixliginin artmasi ila aksina tellurun miqdari azalir.
Cadval 1. Katod çôkuntusunda tellurun miqdarinin carayan sixligi va mahlulda Te02-nin qatiligindan asililigi; elektrolitin tarkibi (mol/l) : ТеО2 - 0.0025-0.0125, Sb2O3 - 0.085, NH4Cl - 0.5, HCl - 3.5; temperatur - 293 К.
Carayan sixligi, Qatiliq, mol/l Katod côkuntusunun tarkibi, kùtla %
A/dm2 ТеО2 Sb2O3 Те Sb
0.0025 38 62
0.005 53.7 46.3
0.2 0.0075 0.085 69.4 30.6
0.01 85.1 14.9
0.0125 98 2
0.0025 34 66
0.005 49.2 50.8
0.4 0.0075 0.085 64.4 35.6
0.01 49.6 50.4
0.0125 94.8 52
0.0025 30 70
0.005 44.7 55.3
0.6 0.0075 0.085 59.4 40.6
0.01 74.1 25.9
0.125 88.8 11.2
Belalikla Te02-nin miqdarini va carayan sixligini dayiçdirmakla katodun sathinda muxtalif tarkibli nazik tabaqalar almaq olar. Masalan, mahlulda Sb203 miqdarini saxlamaqla Te02-in 0.0025-0.01mol/l qiymatlarinda, carayan sixliginin 0.4 A/dm2 qiymatinda katodun sathinda Sb1.95Te-Sb1.07Te tarkibli, 0.6 A/dm2-da isa Sb2.33Te-dan SbTe2.9 tarkibli nazik tabaqalar almaq olar.
Stexiometrik Sb2Te3 yaxin Sb2Te2 92 tarkibli nazik tabaqalari, tarkibinda 0.0075 M Te02, 0.085 M Sb203, 0.5 M NH4CI va 3.5M HCl olan elektrolitdan, carayan sixliginin 0.6 A/dm2 qiymatinda almaq olar.
Tellurun mahlulda qatiliginin sabit qiymatlarinda, carayanin 0.2-0.6 A/dm2 qiymatlarinda, Sb203 mahlulda qatiliginin artmasi ila nazik tabaqalarin tarkibinda tellurun miqdari kaskin azalir (cadval 2).
Cadval 2. Katod çôkuntusunda tellurun miqdarinin carayan sixligi va mahlulda Sb2O3-un qatiligindan asililigi; elektrolitin tarkibi (mol/l) - ТеО2 - 0.0125, Sb2O3 - 0.043-0.17, NH4Cl - 0.5, HCl - 3.5; temperatur - 293 К
Carayan sixligi, A/dm2
Qatiliq, mol/l
ТеО2
Sb2O3
Katod côkuntusunun tarkibi, kùtla %
Те
Sb
0.2
0.0125
0.043
0.085
0.1
0.125
0.17
98.1 98.7 97.6
96.2 94.5
1.9
1.3
2.4 3.8
5.5
0.4
0.0125
0.043
0.085
0.1
0.125
0.17
96.9 94.8 94.1 92.8 90.6
3.1
5.2 5.9 7.2 9.4
0.6
0.0125
0.043
0.085
0.1
0.125
0.17
90.9 88.8 88.1 86.8 84.6
9.1 11.2 11.9 13.2 15.4
Stexiometrik Sb2Te3 birlaçmasina uygun galan nazik tabaqalari surmanin mahluldaki qatiliginin 0.3 M Sb203 qiymatinda va 1.2 A/dm2 olduqda da almaq olur (cadval 3).
SURM9-TELLUR eRiNTiSiNiN ELEKTROKiMYeVi COKDURULMeSi
119
Cadval 3. Katod gokuntusunda tellurun miqdarmrn сэгэуап sixligi va mahlulda Sb2O3-un qatiligindan asililigi, elektrolitin tarkibi (mol/1): ТеО2 - 0.0125, Sb2O3 - 0.2-0.4, NH4Cl - 0.5, HCl - 3.5; temperatur - 293 К_
Carayan sixligi, А/dm2 Qatiliq, mol/l Katod cokuntusunun tarkibi, kutla %
ТеО2 Sb2O3 Те Sb
0.8 0.0125 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 77.4 74.7 72.15 69.7 67.2 22.6 25.3 27.95 30.3 32.8
1.0 0.0125 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 71.1 69.0 66.15 63.5 61.2 28.9 31.0 33.85 36.5 38.8
1.2 0.0125 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 65.1 62.7 60.15 57.65 55.2 34.9 37.3 39.85 42.35 44.8
Belalikla, ham potensiostatik, ham da qalvanostatik §araitda alinan naticalar gostarir ki, komponentlarin mahlulda qatiliqlarini va carayan sixligini dayi§makla muxtalif tarkibli surma tellur arintilarinin nazik tabaqalarini almaq olar.
BDBBtYAT StYAHISI
1. Вирт И.С., Шкумбатюк Т.П., Курило И.В. и др. // Физика и техника полупроводников. 2010. Т. 44. № 4. С. 564.
2. Venkatasubramanian R., Silvola E., Colpitts T., O'Quinn B. // Nature. 2001. V. 413. P. 597.
3. Sathyamoorthy R., Dheepa J., Subbarayan A. // J. of Crystal Growth. 2005. V. 563. P. 281.
4. Ganesan P.G., Damodara V. // Das.Mater. Lett. 2005. V. 60. P. 2059.
5. Xingkai Duan, Junyou Yang., Wei Zhong et al. // Powder Technology. 2007. V. 172. P. 63.
6. Бойков Ю.А., Данилов B.A. // Журн. технич. физики. 2008. Т. 78. Р. 63.
7. Ping Fan Zhenq, Dong Ping Zhang // J. of Alloys and Compounds. 2010. V. 4. P. 459.
8. Huang Q., Kellock A.J., Raoux S. //J. Electrochem Soc. 2008. V. 155. Issue 2. P. 104.
9. Ch.Wang, Qun Wang, Lidong Chen, Qin Yao // Electrochemical Letters and Solid State. 2006. V. 9. Issue 9. P. 147.
10. Huang Qinghua. //J.Science and Technol-Beijing. 2006. V. 13. No 3. Р. 277.
11. Mikito Neda, Yysuke Mito, Toshiaki Dhtsuka // J. Materials Transactions. 2008. V. 49. No 8. P. 1720.
ЭЛЕКТРОХИМИЧEСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ СПЛАВА Sb-Te К.И.Гаджиева
Проведено совместное электроосаждение теллура и сурьмы из солянокислого электролита. Исследовано влияние состава электролита и условий электролиза на состав, качество и выход по току сплава сурьма-теллур. Методом циклической вольтамперометрии выявлено влияние различных факторов на совместное электроосаждение Sb и Те с образованием на катоде Sb2Тез.
Ключевые слова: теллурид сурьмы, электроосаждение, термоэлектрические свойства, тонкие фильмы
ELECTRODEPOSITION OF Sb-Te ALLOY K.I.Gadjieva
Joint electrodeposition of tellurium with the stibium from the chloride electrolyte is carried out. Influence of composition of electrolyte and conditions of electrolysis on the composition, quality and yield on current of stibium-tellurium alloy are investigated. The influence of different factors on joint electrodeposition of Sb and Te with formation of Sb2Te3 on cathode has been found out by the method of cyclic voltamperometry.
Keywords: stibium telluride, electrodeposition, thermoelectric properties, thin films.
