Спосіб одержання плівок селеніду цинку

Реферат: Винахід належить до способів одержання плівок селеніду цинку і може використовуватись в енергетиці, зокрема, для створення буферних шарів в фотоелектричних перетворювачах. Спосіб одержання плівок селеніду цинку включає розміщення кварцової або скляної підкладки в реакційний об'єм з 3-5М розчином гідроксиду натрію або калію, додання еквівалентних співвідношень оксиду цинку і елементарного селену в концентрації 0,01-0,1М, потім приливання двократного надлишку гідразин гідрату, нагрівання одержаної суміші до 80-100 °C та витримку протягом 60-30 хвилин відповідно. Запропонований спосіб одержання плівок селеніду цинку простий, не потребує спеціального устаткування. Одержані плівки характеризуються високою чистотою і можуть використовуватись в оптоелектроніці. UA 104518 C2 (12) UA 104518 C2 UA 104518 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до способів одержання плівок селеніду цинку та може бути використаний в енергетиці, зокрема для створення буферних шарів у фотоелектричних перетворювачах. Нині перспективи розвитку оптичних матеріалів пов'язані з розробкою високоефективних джерел люмінесценції. Одним з таких перспективних матеріалів є селенід цинку напівпровідниковий матеріал з шириною забороненої зони Eg=2,7B, що знаходить застосування в різних галузях науки і техніки, а саме: в короткохвильових фотоелектронних пристроях, блакитних лазерних діодах (LDs), світлових діодах (LЕDs), фотодетекторах, повнокольорових дисплеях. Плівки на його основі мають високу яскравість світіння і стабільність в роботі. Відомий спосіб одержання плівок селеніду цинку методом термічного напилення [Валеев Р.Г., Крылов П.Н., Романов Э.А. Структура и свойства тонких нанокомпозитных пленок ZnSe // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2007 - № 1. - С. 4145]. Порошок селеніду цинку подають з вібробункера в молібденовий тигель, нагрітий до 1500 °C, де здійснюється випаровування з подальшою конденсацією на ситалову або кварцову підкладку. Тиск в камері складає 10 Па, а температура конденсації становить від 20 до 200 °C. Час напилення - 5 хвилин. Відомий спосіб одержання плівок селеніду цинку методом термічного напилення [Валеев Р.Г., Крылов П.Н., Кобзиев В.Ф., Романов Э.А. Электрофизические и оптические свойства тонких пленок ZnSe в различных структурных состояниях // Вестник удмурдского университета. Физика. - 2005 - № 5. - С. 165-170], що включає зсипання порошку селеніду цинку з вібробункера -3 на танталовий тигель з подальшим випаровуванням на ситалову підкладку у вакуумі (тиск 10 Па). Температура випарника складає 1300-1400 °C. Температура конденсації становить від 20 до 200 °C. Час напилення - 10 хвилин. Загальним недоліком таких способів є необхідність проведення випару порошків в глибокому вакуумі при високих температурах, що вимагає використання спеціального дорогокоштуючого устаткування. На сьогодні широко відомими способами одержання порошків селеніду цинку є методи хімічного осадження з водних розчинів [Hua Gong, Hui Huang, Minqiang Wang, Kaiping Liu Characterization and growth mechanism of ZnSe microspheres prepared by hydrothermal synthesis // Ceramics International 33 (2007) 1381-1384], [H. Gong, H. Huang, L. Ding, M.Q. Wang, K.P. Liu, Characterization and optical properties of ZnSe prepared by hydrothermal method, J. Cryst. Growth. 288 (2006) 96-99.], [Changlong Jiang, Wangqun Zhang, Guifu Zou, Weicao Yu and Yitai Qian Synthesis and characterization of ZnSe hollow nanospheres via a hydrothermal route // Nanotechnology 16 (2005) 551-554], [Pushpendra Kumara and Kedar Singh. Wurtzite ZnSe quantum dots: Synthesis, characterization and PL properties // Journal of optoelectronic and Biomedical Materials. Volume 1, Issue 1, March 2009, p. 59-69], які включають змішування початкових компонентів, нагрівання до заданої температури та витримку впродовж певного часу для отримання порошку. Але плівки селеніду цинку вказаними способами отримати не вдається. Відомий спосіб одержання плівок селеніду кадмію методом гідрохімічного осадження [R.B. Kalel, CD. Lokhande. Influence of air annealing on the structural, optical and electrical properties of chemically deposited CdSe nano-crystallites // Applied Surface Science 223 (2004) 343-351], який включає завантаження 30 мл 0,5М розчину кадмію оцтовокислого в реактор 100 мл, додання 25 % водного розчину аміаку до розчинення гідроксиду кадмію. Потім в отриману суміш додають 30 мл розчину селеносульфату натрію (заздалегідь 10 г селена і 100 г безводного сульфіту натрію розчиняють в 500 мл води при постійному перемішуванні протягом 8-10 годин при 80 °C). Температура осадження плівки складає 20 °C, тривалість - 3-15 годин. Після осадження плівки промивають дистильованою водою і сушать при кімнатній температурі на повітрі. До недоліків відомого способу слід віднести необхідність попереднього синтезу прекурсору (селеносульфата натрію) та високу тривалість. Слід також відмітити, що спроби відтворення цього методу для отримання плівок селеніду цинку виявилися нерезультативними внаслідок відшарування плівок з поверхні підкладок. В основу винаходу поставлено завдання розробки простого способу одержання плівок селеніду цинку. Рішення проставленої задачі забезпечується тим, що в способі одержання плівок селеніду цинку, згідно винаходу, кварцову або скляну підкладку поміщають в реакційний об'єм з 3-5М розчином гідроксиду натрію або калію, додають еквівалентні співвідношення оксиду цинку і елементарного селену в концентрації 0,01-0,1М, потім підливають двократний надлишок гідразин гідрату, отриману суміш нагрівають до 80-100 °C і витримують впродовж 60-30 хв відповідно. 1 UA 104518 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Згідно з проведеними дослідженнями чисті плівки селеніду цинку формуються при концентрації лугу (гідроксиду натрію або калію) в розчині вище 3М та концентрації цинку в розчині 0,01-0,1М. Збільшення концентрації луги вище 5М істотно не впливає на фазовий склад плівок і призводить до зайвої витрати сполуки. При концентрації іонів цинку і селену нижче 0,01 моль взаємодія здійснюється з низькою швидкістю і формування плівок не спостерігається навіть при двогодинній витримці. Збільшення концентрацій вище 0,1 моль призводить до відшарування плівок з поверхні підкладок. Використання двократного надлишку гідразин гідрату необхідне для отримання чистих бездомішкових плівок селеніду цинку. При проведенні реакції без надлишку гідразин гідрату в плівках фіксуються включення сторонніх фаз, а збільшення кількості гідразин гідрату більше двократного надлишку недоцільне через збільшення його витрати. Температура осадження варіюється в межах 80-100 °C. При цьому чим вище температура, тим менше часу потребує осадження. Так, при 100 °C час осадження складає 30 хвилин, а при 80 °C-60 хвилин. Зниження температури осадження менше 80 °C збільшує час отримання плівки і, крім того, в ній фіксуються включення сторонніх фаз. Підвищення температури вище 100 °C призводить до відшарування плівок з підкладки. Використовувані початкові сполуки випускаються промисловістю, тому є відносно недорогими та доступними. Спосіб є простим і не вимагає попереднього отримання прекурсорів, що значно скорочує час отримання плівок. Приклади реалізації заявленого способу. Приклад 1. Одержання одношарової чистої плівки селеніду цинку. У колбу на 100 мл поміщають заздалегідь очищену кварцову підкладку. Додають 50 мл 5М розчину гідроксиду калію, по 0,005М оксиду цинку та селену і 0,01М гідразин гідрату. Отриману суміш нагрівають до 100 °C і витримують впродовж 30 хвилин. Після нагрів відключають і розчин охолоджують до кімнатної температури. Отриману плівку промивають дистильованою водою, потім спиртом і сушать на повітрі при кімнатній температурі. Товщина плівки складає 0,1 мкм. Приклад 2. Одержання двошарової чистої плівки селеніду цинку. У колбу на 100 мл поміщають заздалегідь очищену кварцову підкладку. Додають 50 мл 5М розчину гідроксиду калію, по 0,001М оксиду цинку та селену і 0,002М гідразин гідрату. Отриману суміш нагрівають до температури 100 °C і витримують впродовж 30 хвилин. Потім в розчин, не витягуючи кварцової підкладки, знову підливають по 0,001М оксиду цинку та селену і 0,002М гідразин гідрату та витримують при 100 °C ще 30 хвилин. Після нагрів відключають і розчин охолоджують до кімнатної температури. Отриману плівку промивають дистильованою водою, потім спиртом і сушать на повітрі при кімнатній температурі. Товщина плівки складає 0,2 мкм. Приклад 3. Одержання чотиришарової чистої плівки селеніду цинку. У колбу на 100 мл поміщають заздалегідь очищену кварцову підкладку. Підливають 50 мл 5М розчину гідроксиду натрію по 0,001М оксиду цинку та селену і 0,002М гідразин гідрату. Отриману суміш нагрівають до 80 °C і витримують впродовж 60 хвилин. Потім в розчин, не витягуючи кварцової підкладки, знову додають по 0,001М оксиду цинку та селену і 0,002М гідразин гідрату, та витримують при 80 °C протягом 1 години. Після цього ще двічі з інтервалом в 60 хвилин повторюють введення оксиду цинку, селену і гідразин гідрату в реакційну суміш при температурі 80 °C. По завершенні нагрів відключають і розчин охолоджують до кімнатної температури. Отриману плівку промивають дистильованою водою, спиртом і потім сушать на повітрі при кімнатній температурі. Товщина плівки складає 0,5 мкм. Запропонований спосіб отримання плівок селеніду цинку простий, не вимагає спеціального устаткування. Отримані плівки характеризуються високою чистотою і можуть бути використані в оптоелектроніці. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб одержання плівок селеніду цинку, який відрізняється тим, що кварцову або скляну підкладку поміщають в реакційний об'єм з 3-5 М розчином гідроксиду натрію або калію, додають еквівалентні співвідношення оксиду цинку і елементарного селену в концентрації 0,01-0,1 М, потім приливають двократний надлишок гідразин гідрату, одержану суміш нагрівають до 80100 °C і витримують протягом 60-30 хвилин відповідно. 2 UA 104518 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3