Кіріспе

Платина силициді, платина моносилициді деп те аталады, формуласы PtSi болатын бейорганикалық қосылыс. Бұл жартылай өткізгіш, ол 0,8 К-қа дейін салқындатқанда суперөткізгішке айналады.

Құрылымы мен жабысуы

PtSi кристалдық құрылымы орторомбтық, әр кремний атомының алты платина атомы бар. Кремний мен платина көршілерінің ара қашықтығы мынадай: біреуі 2,41 ангстрем қашықтықта, екеуі 2,43 ангстрем қашықтықта, біреуі 2,52 ангстрем қашықтықта және қалған екеуі 2,64 ангстрем қашықтықта. Әрбір платина атомының алты кремний көршісі бар, олар бірдей қашықтықта орналасқан, сондай-ақ екі платина көршісі бар, олар 2,87 және 2,90 ангстрем қашықтықта орналасқан. 2,50 ангстремнен асатын барлық қашықтықтар қосылыстың байланысуындағы өзара әрекеттесуге қатысуға тым алыс деп есептеледі. Осының нәтижесінде, қосылысты құрайтын байланыстарды ковалентті байланыстардың екі жиынтығы құрайтыны көрсетілді. Бір жиынтық – үш орталық Pt–Si–Pt байланысы, ал екінші жиынтық – екі орталық Pt–Si байланысы. Қосылыстағы әрбір кремний атомының бір үш орталық және екі екі орталық байланысы бар. PtSi-нің ең жұқа қабаты атомдардың екі кезектесіп орналасқан жазықтығынан тұрады, ол орторомбтық құрылымдардың бір қабатынан құралған. Қалың қабаттар алма-кезек жазықтықтарды үйіп қою арқылы түзіледі. PtSi арасындағы байланысу механизмі таза платинаға немесе Pt2Si-ге қарағанда таза кремнийге көбірек ұқсас, бірақ тәжірибелер PtSi-де таза кремнийде кездеспейтін металдық байланыс сипаты бар екенін көрсетті.

Әдістер

PtSi бірнеше тәсілмен синтезделуі мүмкін. Стандартты әдіс таза платинаның жұқа қабатын кремний пластиналарына жағу және оларды инертті ортада әдеттегі пеште 450–600 °C температурада жарты сағат бойы қыздырудан тұрады. Бұл процесті оттегі бар ортада жүргізуге болмайды, себебі бұл кремнийде оксид қабатының түзілуіне алып келеді, бұл PtSi түзілуіне кедергі келтіреді. Синтездің тағы бір тәсілі – кремний субстратына шашырылған платина қабатын қолдану. PtSi оттегімен оңай ластануға бейім болғандықтан, әдістердің бірнеше нұсқалары хабарланған. Жылдам термиялық өңдеудің PtSi қабаттарының тазалығын арттыратыны көрсетілген. Төмен температурада (200–450 °C) да сәтті нәтижелер алынды, ал жоғары температуралар қалың PtSi қабаттарын жасайды, бірақ 950 °C-тан жоғары температурада ірі PtSi түйіршіктерінің кластерлерінен туындаған кедергісі жоғары PtSi түзіледі.

Кинетика

Синтездің қолданылған әдісіне қарамастан, PtSi бірдей қалыптасады. Таза платинаны кремниймен бірінші рет қыздырғанда Pt2Si пайда болады. Барлық қолжетімді Pt және Si пайдаланылғаннан кейін және беттері тек Pt2Si-дан ғана тұрғанда, силицид PtSi-ге айналудың баяу реакциясын бастайды. Pt2Si реакциясының белсенділік энергиясы шамамен 1,38 эВ, ал PtSi үшін 1,67 эВ құрайды. Оттегі реакцияға өте зиянды, себебі ол артықшылықпен Pt-мен байланысады, Pt–Si байланысы үшін қолжетімді орындарды шектейді және силицидтің қалыптасуына кедергі келтіреді. O2-нің 10−7 сияқты төмен бөлшектік қысымы силицидтің қалыптасуын баяулату үшін жеткілікті деп табылған. Бұл мәселені болдырмау үшін инертті орталар, сондай-ақ ықтимал ластану мөлшерін азайту үшін кішкентай оттыру камералары қолданылады. Платина силициді 1980 және 90-шы жылдары кеңінен зерттелді және қолданылды, бірақ кванттық тиімділігі төмен болғандықтан, қазіргі уақытта сирек қолданылады. PtSi қазір инфрақызыл детекторларда ең көп қолданылады, себебі ол үлкен толқын ұзындығын анықтауға мүмкіндік береді. Ол инфрақызыл астрономияға арналған детекторларда да қолданылған. Ол 0,05 °C-қа дейін жақсы тұрақтылықпен жұмыс істей алады. Платина силициді кескіндер массивінің жоғары біркелкілігін қамтамасыз етеді. Төмен құны мен тұрақтылығы оны профилактикалық техникалық қызмет көрсету және ғылыми инфрақызыл кескіндер үшін қолайлы етеді.