Синтез нанокристаллических полупроводниковых частиц
3.3. Синтез нанокристаллов в стеклянной матрице
Получение нанокристаллических PbS и PbTe проводили методом матричной изоляции в силикатном стекле. Первоначально использовали стекло следующего состава:
m(SiO2) : m(B2O3) : m(Na2CO3) : m(CaO) = 6 : 2 : 2 : 3
Стехимиометрическую смесь исходных реактивов тщательно перетирали на воздухе в агатовой ступке, после чего отжигали при 1100оС в течение 12 часов. Свежеосажденные и высушенные сульфиды перетирались с порошком стекол. Было приготовлено четыре смеси: с содержанием PbS/PbTe 6%, 0,6% массовых процента. Полученные массы наносились на пластинки и отжигались при 12000С в течение 2 часов. С полученных стекол были сняты спектры поглощения.
3.4. Оптические измерения.
Спектрофотометрические измерения проводили на спектрофотометре Perkin Elmer Lambda 35 в диапазоне длин волн 1100 – 190 нм. В качестве образца сравнения использовали дистиллированную воду при анализе наночастиц, полученных в матрице ПВС, и подложку Al2O3 при использовании стекла в качестве матрицы.
Ширину запрещенной зоны определяли из графиков в нормированных координатах по формуле:
(1)
где m* - масса экситона, Eg – ширина запрещенной зоны для объемного кристалла, d – размер частиц, h – постоянная планка.
Из литературных данных [8] для PbS: Eg = 0,41 эВ и m* = 0,1825 me, для PbTe: Eg = 0,37 эВ и m* = 0,154 me (me – масса электрона, равная 9,109*10-31 кг).
4. Результаты и их обсуждения.
4.1. Полупроводниковые наночастицы PbS, полученные в матрице ПВС.
При изменении концентрации Pb(NO3)2 в растворе поливинилового спирта наблюдается смещение края полосы поглощения, что объясняется изменением ширины запрещенной зоны полупроводниковых частиц с изменением их размера.
Также необходимо отметить, что оптимальный размер наночастиц для раствора 1% ПВС получается при концентрации Pb(NO3)2 10-3М. Об этом свидетельствует наибольшая интенсивность пиков поглощения для данного раствора (рис.1).
Рисунок 1. Сравнение спектров растворов 1% ПВС с разными концентрациями Pb(NO3)2.
4.2. Полупроводниковые наночастицы PbS и PbTe, полученные в матрице стекла.
При изменении концентрации PbS и PbTe в стекле так же, как и в растворе, наблюдается смещение края полосы поглощения, что объясняется изменением ширины запрещенной зоны полупроводниковых частиц с изменением их размера (рис.2).
Рисунок 2. Сравнение спектров стекол с разными концентрациями
полупроводниковых наночастиц.
Представленные спектры были построены в приведенных координатах Р2Е2 от Е (прил. 1,2) и по формуле (1) были посчитаны значения размеров полученных наночастиц (табл. 1).
Таблица 1. Размеры наночастиц PbS и PbTe.
| Исходные вещества | Концентрация прекурсора в смеси | Размер образующихся частиц, нм | Ширина запрещенной зоны, eV |
| Pb(NO3)2 | 10-1 М | 6.9 | 2.15 |
| Pb(NO3)2 | 10-2 М | 6.8 | 2.1 |
| Pb(NO3)2 | 10-3 М | 6.16 | 2.55 |
| Pb(NO3)2 | 10-4 М | 5.12 | 3.5 |
| PbS | 6% | 5.3 | 3.3 |
| PbS | 0.6% | 5.21 | 3.4 |
| PbTe | 6% | 5.31 | 3.25 |
| PbTe | 0.6% | 5.26 | 3.3 |
5. Выводы
1. Синтезированы наноразмерные частицы сульфидов свинца в матрице поливинилового спирта. Показано что при концентрации матрицы ПВС – 1% размеры частиц зависят от концентрации исходного вещества.
2. Синтезированы наноразмерные частицы сульфида и теллурида свинца в матрице стекла. Показано что при концентрации данном методе синтеза размеры частиц практически не зависят от концентрации исходного вещества.
6. Список литературы.
1. Справочник // Физико-химические свойства полупроводников. Москва «Наука» 1979
2. «Физико-химические величины». Справочник. М.: «Энергоатомиздат», 1991.
7. Приложения.
 |
