从键形成的角度看:添加Sn对Se-Te-Sn硫系玻璃的影响

摘要

本研究的目的是研究添加锡(Sn)对Se-Te-Sn半导体玻璃带隙(Eg)和直流电导率的影响。这是为了理解体积形式的Se75Te25-xSnx (X= 2、4、6和8)玻璃的直流体积导电性对温度依赖性的物理学。这些硫化物玻璃是用熔体快速冷却技术制备的。用XRD证实了所制玻璃的无定形性质。使用Keithley静电计/高阻计6517a，这些玻璃的I-V特性已经在从室温到100Ë´C的温度范围内记录下来。此外，还验证了普尔-弗伦克尔的传导机制，以考察其与大多数硫系玻璃服从普尔-弗伦克尔传导机制的既定事实是否吻合。为了计算带隙，利用海洋光学分光光度计记录了吸收光谱。利用Tauc关系对这些玻璃的吸收光谱进行分析，表明这些玻璃是半导体和直接带隙材料。

关键字

Chelcogenide玻璃，I-V特性，Poole-Frenkel传导，带隙。

介绍

硫系玻璃最有前途的性能在结晶过程中急剧恶化。在Se-Te体系中加入Sn作为第三元素，扩大了玻璃化面积，也造成了体系中成分和构型的无序。材料的晶格完美性和能带隙在特定波长器件的制备中起主要作用，这可以通过添加掺杂剂来修饰[1，2]。据报道，在制备三元玻璃的过程中，如果在母体二元Se-Te体系中加入Sn，则Sn可以非常有效地影响态的密度[3.，4，5]。

实验技术与方法

所需成分的玻璃杯，即Se₇₅Te_{25 x}Sn_x(x = 2,4,6 & 8) [6用熔体淬火技术制备。为了证实这些样品的非晶性质，使用布鲁克DX8先进机进行了Cu Kα (λ = 1.5406 ?)辐射的XRD表征。对于散装的I-V测量，在5吨的负载下制备了直径为12mm，厚度≈1mm的颗粒。这些颗粒(散装)已用于基思利静电计6517A的电路中，以便在室温至100ºC的温度范围内记录I-V特性。利用真空镀膜装置制备了Se-Te-Sn玻璃薄膜，该装置用于带隙计算[2]。7]。利用tac关系，从海洋光学分光光度计记录的吸收光谱中计算出带隙

结果与讨论

这些样品的XRD图中没有任何尖峰，证实了它们的非晶态性质。图1为样品的XRD谱图。较低角度上的宽驼峰证实了眼镜中短距离有序(SRO)的存在。

硒的I-V特性₇₅Te_{25 x}Sn_x(x = 2,4,6 & 8)玻璃球在室温至100°C的温度范围内进行。这些特征显示在图2不同温度下的硒₇₅Te₁₉Sn₆以玻璃为代表案例。

这些样品的半导体性质在这些I-V曲线中得到了证实，因为在这些曲线中可以清楚地看出，电导率随着温度的升高而增加;一个非常基本的事实。利用样品在0.1伏时的I-V曲线斜率计算直流电导率。不同温度下SeTeSn玻璃体系的电导率(in /Ω.mm)随Sn含量的变化见图3．

它可以从图3这本身₇₅Te₁₉Sn₆与该系列的其他对应物相比，玻璃具有最大的导电性，即与测试中的其他候选材料相比，它对电流的电阻最小。这种电导率随组成的变化可以根据Se-Sn和Te-Sn之间形成的键来解释。

Se-Te二元玻璃的结构为Se8成员环(具有强共价键)、Se6Te2混合环和Se-Te共聚链的混合物[8]。Sn在Se-Te体系中的加入改变了结构，形成了Sn- te立方相和SnSe2四面体相，降低了Se8成员环的浓度，从而提高了电导率。当Sn加入到Se-Te体系中时，它与Se和Te同时成键。Sn-Se键的键能为402.8 kJ/mol, Sn-Te键的键能为320.5 kJ/mol [9]。Sn- se键比Sn- te键具有更高的键能，随着Sn含量从2 at开始增加，玻璃的电导率也随之增加。%至6%。在Se-Te-Sn体系中wt.%，如图图3．

为了验证这些玻璃中的Poole-Frenkel (P-F)传导机制，考虑了Ln (I)相对于V1/2的图。

Ln(I) vs V1/2的线性曲线图4(一个典型的例子)表明这些玻璃中的传导也是普尔-弗伦克尔型的，即在这些Se-Te-Sn玻璃中添加Sn产生的局域态在传导中起重要作用。

根据海洋光学分光光度计记录的吸收光谱，利用Tauc关系计算了Se-Te-Sn薄膜的带隙[10]。图5为Se的吸收光谱₇₅Te_{25 x}Sn_x玻璃的电影。

随着Se-Te-Sn体系中Sn含量的增加，Sn与Se和Te均成键。由于Sn的加入是以Te的损失为代价的，因此Sn- se键(键能402 kJ/mol)的浓度比Sn-Te键(键能320.5 kJ/mol)的浓度增加[9导致带隙减小到6at。样品中Wt. %。在s8at。Wt . %带隙增加，这种带隙的增加可归因于薄膜制备过程中发生的变化。图6示出了用tac关系计算带隙，(αh?)2与h?(能量)为Se₇₅Te_{25 x}Sn_x玻璃的电影。表1列出了计算得到的Se带隙₇₅Te_{25 x}Sn_x眼镜。

结论

通过详细的讨论可以得出结论，该系列硫系玻璃(Se-Te-Sn)本质上是半导体的，这可以从I-V特性中观察到。Sn- se键比Sn- te键具有更高的键能，随着Sn含量从2 at开始增加，玻璃的电导率也随之增加。Wt . %至6 at.wt。%在Se-Te-Sn体系中。Se的组成₇₅Te₁₉Sn₆可以被认为是化学上最有序的临界组成，在该组成中体系具有最高浓度的Sn-Se键。当我们超过6。wt. %的Sn在体系中，有可能在体系中有小的Sn簇，可以作为载流子的散射中心，导致电导率下降。Ln (I) vs V1/2曲线的线性与这些玻璃服从Poole-Frenkel传导机制的事实很好地吻合。这些玻璃膜带隙的变化可以根据Se &Sn和Te&Sn之间的键形成来解释。带隙的观测值支持直流电导率数据。

参考文献

1. Marquez E, Wagner T, Leal -Gonzalez, Bernal-Olive AM, Prieto-Alion R, Jimenez-Garay R, Ewen PJS。[J]硅酸盐学报;2000;274:62。
2. 李建军，李建军，李建军，等。硒合金电学性能的研究进展。[J]; science and technology information; 2005;351:2468。
3. Calventus Y, Surinach S, BaroMD。Se85Te15玻璃合金的结晶机理。物理学报。1996;8:927。
4. 哈根·SH, Derks PJA。非晶态Se-Te合金的光发生与光吸收。[J]非结晶固体。1984;65:241。
5. Parthasarathy G, Gopal ESR。大块Se1-xTex玻璃在高压和低温下的导电性能。科学通报。1984;6:231。
6. Maharjan NB, Singh K, Saxena NS。硒的热量学研究₇₅Te_{25 x}Sn_x硫族化物眼镜。物理统计(a). 2003;195:305。
7. Hata David M.真空技术导论，Prentice Hall， (2008)
8. Mehra RM, Kaur Gurinder, Mathur RC。体非晶Se80-xSbxTe20的结晶动力学。科学通报(英文版);26:3433。
9. LideDR。70th edition: CRC Handbook of Chemistry and Physics, (1995-1996).
10. 斯蒂芬·Brunauer。第一卷:物理吸收，普林斯顿大学出版社，(1943)。