Спосіб одержання плівок селеніду цинку

Реферат: Винахід належить до способів одержання плівок селеніду цинку і може використовуватись в енергетиці. Спосіб одержання плівок селеніду цинку включає розміщення кварцової або скляної підкладки в реакційний об'єм з 3-5 М розчином гідроксиду натрію або калію. Додання еквівалентних співвідношень оксиду цинку і елементарного селену в концентрації 0,01-0,1 М, потім приливання двократного надлишку гідразину гідрату, введення сульфіту натрію в 2+ мольному співвідношенні до катіонів цинку (Zn ) від 1 до 5, нагрівання одержаної суміші до 80100 °C та витримку протягом 60-30 хвилин відповідно. Одержані плівки характеризуються високою чистотою і можуть використовуватись в оптоелектроніці. UA 108182 C2 (12) UA 108182 C2 UA 108182 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі 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 (LEDs), 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 6 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 удмурского 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 10Па). 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 дорогого 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. Kale1, 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 селену і 100г 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 прекурсора (селеносульфату натрію) та високу тривалість. Відомий спосіб одержання плівок селеніду цинку методом гідрохімчного осадження [Заявка №а201211902 від 15.10.2012., С 01 В 19/00], який включає розміщення кварцової або скляної підкладки в реакційному об'єму з 3-5М розчином гідроксиду натрію або калію, додання еквівалентних співвідношень оксиду цинку і елементарного селену в концентрації 0,01-0,1М, приливання двократного надлишку гідразину гідрату, нагрівання одержаної суміші до 80-100 °C та витримку протягом 60-30 хвилин. Відомий спосіб дозволяє одержувати плівки завтовшки 0,1-0,2 мкм за один цикл нанесення, одержання більш товстих плівок вимагає повторювання процедури нанесення, що збільшує трудо- та енерговитрати способу. Як прототип нами вибрано останній з наведених аналогів. 1 UA 108182 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 В основу винаходу поставлено задачу розробки простого способу одержання плівок селеніду цинку за один цикл нанесення. Рішення проставленої задачі забезпечується тим, що в способі одержання плівок селеніду цинку, який включає розміщення кварцової або скляної підкладки в реакційному об'ємі з 3-5М розчином гідроксиду натрію або калію, додання еквівалентних співвідношень оксиду цинку і елементарного селену в концентрації 0,01-0,1М, приливання двократного надлишку гідразину гідрату, нагрівання одержаної суміші до 80-100 °C та витримку протягом 60-30 хвилин відповідно, згідно з винаходом, після приливання двократного надлишку гідразину гідрату в 2+ реакційну суміш уводять сульфіт натрію в мольному співвідношенні до катіонів цинку (Zn ) від 1 до 5. Згідно з проведеними дослідженнями додавання домішки сульфіту натрію в співвідношенні 2+ C(Na2SO3)/C(Zn ) від 1:1 до 5:1 сприяє формуванню рівномірних плівок селеніду цинку. 2+ Зменшення співвідношення C(Na2SO3)/C(Zn ) менш ніж 1:1 призводить до формування нерівномірних плівок, збільшення вище 5:1 істотно не впливає на формування плівок і призводить до зайвої витрати сполуки. Крім того додавання домішки сульфіту натрію сприяє формування плівок, які характеризуються високою ступеню заповнення поверхні. Використовувана домішка сульфіту натрію випускається промисловістю, тому є відносно недорогою та доступною. Спосіб є простим і дозволяє отримувати плівки за один раз осадження. Товщина плівок складає 0,8-1,2 мкм. На фіг. 1 наведено мікрофотографію плівки, отриманої з ЗМ розчину NaOH без домішки. На фіг. 2 наведено мікрофотографію плівки, отриманої з ЗМ розчину NaOH з домішкою 2+ сульфіту натрію в співвідношенні C(Na2SO3):C(Zn ) = 1:1. На фіг. 3 наведено мікрофотографію плівки, отриманої з ЗМ розчину NaOH з домішкою 2+ сульфіту натрію в співвідношенні C(Na2SO3):C(Zn ) = 5:1. Приклади реалізації заявленого способу. Приклад 1 У колбу на 100 мл поміщають заздалегідь очищену кварцову підкладку. Додають 50 мл 5М розчину гідроксиду калію, по 0,00:5 моль оксиду цинку та селену, 0,01 моль гідразину гідрату та 0,005 моль сульфіту натрію. 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. 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 0,8 мкм. Приклад 2 У колбу на 100 мл поміщають заздалегідь очищену кварцову підкладку. Додають 50 мл 5М розчину гідроксиду калію, по 0,001 моль оксиду цинку та селену, 0,002 моль гідразину гідрату та 0,005 моль сульфіту натрію. Отриману суміш нагрівають до температури 100 °C і витримують впродовж 30 хвилин. 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 1 мкм. Приклад 3 У колбу на 100 мл поміщають заздалегідь очищену кварцову підкладку. Підливають 50 мл 5М розчину гідроксиду натрію по 0,01 моль оксиду цинку та селену, 0,02 моль гідразину гідрату та 0,05 моль сульфіту натрію. Отриману суміш нагрівають до 80 °C і витримують впродовж 60 хвилин. 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 1,2 мкм. Запропонований спосіб отримання плівок селеніду цинку простий, доступний, не вимагає спеціального устаткування. Отримані плівки характеризуються високою рівномірністю і можуть бути використані в оптоелектроніці. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 Спосіб одержання плівок селеніду цинку, який включає розміщення кварцової або скляної підкладки в реакційному об'ємі з 3-5 М розчином гідроксиду натрію або калію, додання еквівалентних співвідношень оксиду цинку і елементарного селену в концентрації 0,01-0,1 М, приливання двократного надлишку гідразину гідрату, нагрівання одержаної суміші до 80-100 °C та витримку протягом 60-30 хвилин відповідно, який відрізняється тим, що після приливання 2 UA 108182 C2 двократного надлишку гідразину гідрату в реакційну суміш уводять сульфіт натрію в мольному 2+ співвідношенні до катіонів цинку (Zn ) від 1 до 5. Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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