Селенида свинца ( PbSe ) или свинца (II) , селенид , А селенида из свинца , является полупроводниковым материалом . Он образует кубические кристаллы на NaCl структуры; он имеет прямую запрещенную зону 0,27 эВ при комнатной температуре. (Обратите внимание, что [2] неправильно идентифицирует PbSe и другие полупроводники IV – VI как непрямозонные материалы.) [3] Это серый кристаллический твердый материал.
Имена | |
---|---|
Другие названия Селенид свинца (II) Клаусталит | |
Идентификаторы | |
ECHA InfoCard | 100.031.906 |
PubChem CID | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
Характеристики | |
PbSe | |
Молярная масса | 286,16 г / моль |
Температура плавления | 1078 ° С (1972 ° F, 1351 К) |
Состав | |
Галит (куб.), CF8 | |
Фм 3 м, №225 | |
a = 6,12 Ангстрем [1] | |
Октаэдрический (Pb 2+ ) Октаэдрический (Se 2- ) | |
Опасности | |
Классификация ЕС (DSD) (устарела) | Repr. Кот. 1/3 Токсично ( T ) Вредно ( Xn ) Опасно для окружающей среды ( N ) |
R-фразы (устаревшие) | R61 , R20 / 22 , R23 / 25 , R33 , R62 , R50 / 53 |
S-фразы (устаревшие) | (S1 / 2) , S20 / 21 , S28 , S53 , S45 , S60 , S61 |
Родственные соединения | |
Другие анионы | Оксид свинца (II) Сульфид свинца (II) Теллурид свинца |
Другие катионы | Моноселенид углерода Моноселенид кремния Селенид германия (II) Селенид олова (II) |
Родственные соединения | Селенид таллия Селенид висмута |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
проверить ( что есть ?) | |
Ссылки на инфобоксы | |
Он используется для производства инфракрасных детекторов для термической обработки изображений , [4] , работающих на длинах волн между 1.5-5.2 мкм. Он не требует охлаждения, но лучше работает при более низких температурах. Пиковая чувствительность зависит от температуры и колеблется в пределах 3,7–4,7 мкм. [ необходима цитата ]
Монокристаллические наностержни и поликристаллические нанотрубки селенида свинца были синтезированы через мембраны контролируемых организмов. Диаметр наностержней составлял прибл. 45 нм и их длина до 1100 нм, для нанотрубок диаметр 50 нм и длина до 2000 нм. [5]
Селенида свинца нанокристаллы , встроенные в различные материалы могут быть использованы в качестве квантовых точек , [6] , например , в нанокристаллических солнечных элементов .
Селенид свинца - термоэлектрический материал. Материал был идентифицирован как потенциальный высокотемпературный термоэлектрик с допированием натрием или хлором Алексевой и сотрудниками Института им. А.Ф. Иоффе в России. Последующая теоретическая работа в Окриджской национальной лаборатории, США, предсказала, что его характеристики p-типа могут быть равны или превосходить аналогичные характеристики родственного соединения, теллурида свинца. [7] Несколько групп с тех пор сообщили о термоэлектрической добротности, превышающей единицу, что является характеристикой термоэлектрических устройств с высокими рабочими характеристиками. [8] [9] [10]
Минеральной клаусталит является естественным селенида свинца.
Он может образовываться в результате прямой реакции между составляющими его элементами, свинцом и селеном .
Инфракрасное обнаружение
PbSe был одним из первых материалов, чувствительных к инфракрасному излучению, используемому в военных целях. Ранние исследования материала в качестве инфракрасного детектора проводились в 1930-х годах, а первые полезные устройства были созданы немцами, американцами и британцами во время и сразу после Второй мировой войны. С тех пор PbSe широко используется в качестве инфракрасного фотодетектора во многих приложениях, от спектрометров для обнаружения газа и пламени до инфракрасных взрывателей для артиллерийских боеприпасов или пассивных инфракрасных систем обнаружения (PIC). [11]
Как материал, чувствительный к инфракрасному излучению, PbSe обладает уникальными и выдающимися характеристиками: он может обнаруживать ИК-излучение с длинами волн от 1,5 до 5,2 мкм (средневолновое инфракрасное окно, сокращенно MWIR - в некоторых особых условиях его отклик можно расширить за пределы 6 мкм), он имеет высокую обнаруживающую способность при комнатной температуре (характеристики без охлаждения), а благодаря своей квантовой природе он также обеспечивает очень быстрый отклик, что делает этот материал отличным кандидатом в качестве детектора недорогих высокоскоростных инфракрасных формирователей изображения. [12]
Теория Операции
Селенид свинца - это фотопроводящий материал. Его механизм обнаружения основан на изменении проводимости поликристаллической тонкой пленки активного материала при падении фотонов . Эти фотоны поглощаются внутри микрокристаллов PbSe, вызывая затем продвижение электронов из валентной зоны в зону проводимости . Несмотря на то, что он был тщательно изучен, сегодня механизмы, ответственные за его высокую обнаруживающую способность при комнатной температуре, не совсем понятны. Широко признано, что материал и поликристаллическая природа активной тонкой пленки играют ключевую роль как в уменьшении механизма Оже, так и в уменьшении темнового тока, связанного с наличием множества межзеренных обедненных областей и потенциальных барьеров внутри поликристаллические тонкие пленки.
Способы изготовления инфракрасных детекторов PbSe
В настоящее время широко используются два метода изготовления инфракрасных детекторов на основе PbSe.
Осаждение в химической ванне (CBD)
Химическая обработка ванны ( CBD ) является стандартным методом производства. [13] Он был разработан в США в 60-х годах и основан на осаждении активного материала на субстрат, промытый в контролируемой ванне с селеномочевиной , ацетатом свинца , йодом калия и другими соединениями. CBD-метод широко использовался в течение последних десятилетий и до сих пор используется для обработки инфракрасных детекторов PbSe. Из-за технологических ограничений, связанных с этим методом обработки, в настоящее время самый крупный коммерческий формат детектора CBD PbSe представляет собой линейную матрицу из 1x256 элементов.
Осаждение из паровой фазы (VPD)
Этот новый метод обработки был недавно разработан в Испании. [14] Он основан на нанесении активного материала путем термического испарения с последующей специальной термической обработкой. Этот метод имеет существенное преимущество по сравнению с методом CBD, которое заключается в совместимости с предварительно обработанными подложками, такими как кремниевые пластины CMOS-технологии, и в возможности обработки сложных детекторов, таких как матрицы фокальной плоскости для формирователей изображений. Фактически, это была самая важная веха за последние десятилетия в производстве детекторов PbSe, поскольку она открыла технологию на рынок неохлаждаемых MWIR-камер для получения изображений высокого разрешения с высокой частотой кадров и сниженными затратами. [15]
Фотоприемники на основе квантовых точек PbSe
Также в последнее десятилетие разрабатываются фотодетекторы на основе PbSe на основе квантовых точек . В отличие от детекторов на основе поликристаллических материалов , применяются другие методы обработки растворов, такие как центрифугирование . [16]
Основные области применения детекторов PbSe
- Промышленное
- Анализ газа
- Анализ пламени
- Инфракрасная спектроскопия
- Производственный процесс и контроль качества:
- Стекло
- Пластик
- Нефтехимия
- Автомобильная промышленность
- железная дорога
- Каменный уголь
- Стали
- Обнаружение горячей точки
- Высокоскоростное инфракрасное изображение:
- Турбореактивное горение
- Электрические сбои
- Сварка (лазерная, дуговая и др.)
- Определение характеристик точечного лазера
- Сортировка мусора
- Пищевая промышленность
- Обнаружение пожара
- Экологический контроль
- Защита
- Пассивные инфракрасные сигнальные системы
- Системы активной защиты
- Соискатели недорогих
- Бесконтактные взрыватели
- Обнаружение снайпера
- Оружие с сенсорным взрывателем
- DIRCM
Основные производители ИК-детекторов PbSe
- Метод VPD
- Новые инфракрасные технологии ( веб-сайт компании )
- CBD метод
- Лазерные компоненты ( веб-сайт компании )
- Agiltron ( веб-сайт компании )
- Датчик калибровки ( компания / веб-сайт )
- Фотокондуктор Новой Англии ( веб-сайт компании )
- Teledyne Judson Technologies ( веб-сайт компании )
- Infrared Materials Inc. ( веб-сайт компании )
Смотрите также
- Инфракрасный детектор
- Излучение черного тела
- Гиперспектральная визуализация
- Инфракрасная камера
- Инфракрасный фильтр
- Инфракрасное самонаведение
- Инфракрасная подпись
- Инфракрасные солнечные элементы
- Инфракрасная спектроскопия
- Другие инфракрасные детекторы материалы: индий антимонида , индий арсенид , сульфид свинца, QWIP , QDIP, ртуть теллурид кадмия , PbS , микроболометры , InGaAs
Рекомендации
- ^ «Кристаллическая структура селенида свинца (PbSe), параметры решетки, тепловое расширение». Non-тетраэдр скрепленных элементы и бинарные соединения I . Ландольт-Бёрнштейн - Конденсированное вещество III группы . 41C . 1998. С. 1–4. DOI : 10.1007 / 10681727_903 . ISBN 978-3-540-64583-2.
- ^ Киттель, Чарльз (1986). Введение в физику твердого тела (6-е изд.). Нью-Йорк: Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-87474-4.
- ^ Экума, CE; Сингх, диджей; Морено, Дж .; Джаррелл, М. (2012). «Оптические свойства PbTe и PbSe». Physical Review B . 85 (8): 085205. Bibcode : 2012PhRvB..85h5205E . DOI : 10.1103 / PhysRevB.85.085205 .
- ^ Лоусон, WD (1951). «Способ выращивания монокристаллов теллурида свинца и селенида свинца». Журнал прикладной физики . 22 (12): 1444–1447. Bibcode : 1951JAP .... 22.1444L . DOI : 10.1063 / 1.1699890 .
- ^ Li, L .; Ву, QS; Дин, Ю.П. (2004). «Живая биомембранная би-матрица для одновременного синтеза наностержней и нанотрубок селенида свинца». Нанотехнологии . 15 (12): 1877–1881. Bibcode : 2004Nanot..15.1877L . DOI : 10.1088 / 0957-4484 / 15/12/033 .
- ^ Шуклов И.А.; Разумов, В.Ф. (2020). «Свинцовые халькогенидные квантовые точки для фотоэлектрических устройств». Российские химические обозрения . 89 (3): 379–391. DOI : 10,1070 / RCR4917 . PMID 21650209 .
- ^ Паркер, Д .; Сингх, ди-джей (2010). «Высокотемпературные термоэлектрические характеристики сильнолегированного PbSe» . Physical Review B . 82 (3): 035204. Bibcode : 2010PhRvB..82c5204P . DOI : 10.1103 / PhysRevB.82.035204 .
- ^ Wang, H .; Pei, Y .; Lalonde, AD; Снайдер, GJ (2011). «Сильно легированный PbSe p-типа с высокими термоэлектрическими характеристиками: альтернатива PbTe». Современные материалы . 23 (11): 1366–1370. DOI : 10.1002 / adma.201004200 . PMID 21400597 .
- ^ Androulakis, J .; Тодоров, И .; He, J .; Chung, DY; Dravid, V .; Канатзидис, М. (2011). «Термоэлектрики из многочисленных химических элементов: высокоэффективные наноструктурированные PbSe – PbS». Журнал Американского химического общества . 133 (28): 10920–10927. DOI : 10.1021 / ja203022c . PMID 21650209 .
- ^ Zhang, Q .; Cao, F .; Лукас, К .; Liu, W .; Esfarjani, K .; Opeil, C .; Broido, D .; Паркер, Д .; Сингх, диджей; Chen, G .; Рен, З. (2012). «Исследование термоэлектрических свойств селенида свинца, легированного бором, галлием, индием или таллием» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 134 (42): 17731–17738. DOI : 10.1021 / ja307910u . ОСТИ 1382354 . PMID 23025440 .
- ^ Лоуэлл, ди-джей (1968). Некоторые ранние разработки свинцовых детекторов соли . Университет Мичигана.
- ^ Vergara, G .; и другие. (2007). Поликристаллический селенид свинца. Возрождение старого ИК-детектора . Обзор оптоэлектроники 15.
- ^ Джонсон, TH (1965). Растворы и методы нанесения селенида свинца . Патент США 3.178.312.
- ^ Способ обработки инфракрасных детекторов на поликристаллическом селениде свинца . Патент Министерства обороны Испании EP1852920.
- ^ Vergara, G .; и другие. (2011). Технология VPD PbSe заполняет существующий пробел в неохлаждаемых, недорогих и быстрых ИК-сканерах . 8012 . Proc. ШПИОН. п. 146.
- ^ Фотоприемники на основе квантовых точек и фуллереновых переходов . Патент Э. Клема EP 2 483 925 B1.
- Барроу, РФ; Ваго, Э.Е. (1944). «Система полос излучения PbSe». Труды физического общества . 56 (2): 76–78. Bibcode : 1944PPS .... 56 ... 76B . DOI : 10.1088 / 0959-5309 / 56/2/302 .
Внешние ссылки
- Национальный реестр загрязнителей - Свинец и сведения о свинцовых соединениях