Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
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.
Platinum silicide, also known as platinum monosilicide, is the inorganic compound with the formula PtSi. It is a semiconductor that turns into a superconductor when cooled to 0.8 K.
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.
The crystal structure of PtSi is orthorhombic, with each silicon atom having six neighboring platinum atoms. The distances between the silicon and the platinum neighbors are as follows: one at a distance of 2.41 angstroms, two at a distance of 2.43 angstroms, one at a distance of 2.52 angstroms, and the final two at a distance of 2.64 angstroms. Each platinum atom has six silicon neighbors at the same distances, as well as two platinum neighbors, at a distance of 2.87 and 2.90 angstroms. All of the distances over 2.50 angstroms are considered too far to really be involved in bonding interactions of the compound. As a result, it has been shown that two sets of covalent bonds compose the bonds forming the compound. One set is the three center Pt–Si–Pt bond, and the other set the two center Pt–Si bonds. Each silicon atom in the compound has one three center bond and two center bonds. The thinnest film of PtSi would consist of two alternating planes of atoms, a single sheet of orthorhombic structures. Thicker layers are formed by stacking pairs of the alternating sheets. The mechanism of bonding between PtSi is more similar to that of pure silicon than pure platinum or |Pt2Si, though experimentation has revealed metallic bonding character in PtSi that pure silicon lacks.
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.
PtSi can be synthesized in several ways. The standard method involves depositing a thin film of pure platinum onto silicon wafers and heating in a conventional furnace at 450–600 °C for a half an hour in inert ambients. The process cannot be carried out in an oxygenated environment, as this results in the formation of an oxide layer on the silicon, preventing PtSi from forming. A secondary technique for synthesis requires a sputtered platinum film deposited on a silicon substrate. Due to the ease with which PtSi can become contaminated by oxygen, several variations of the methods have been reported. Rapid thermal processing has been shown to increase the purity of PtSi layers formed. Lower temperatures (200–450 °C) were also found to be successful, higher temperatures produce thicker PtSi layers, though temperatures in excess of 950 °C formed PtSi with increased resistivity due to clusters of large PtSi grains.
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.
Despite the synthesis method employed, PtSi forms in the same way. When pure platinum is first heated with silicon, |Pt2Si is formed. Once all the available Pt and Si are used and the only available surfaces are |Pt2Si, the silicide will begin the slower reaction of converting into PtSi. The activation energy for the |Pt2Si reaction is around 1.38 eV, while it is 1.67 eV for PtSi. Oxygen is extremely detrimental to the reaction, as it will bind preferably to Pt, limiting the sites available for Pt–Si bonding and preventing the silicide formation. A partial pressure of |O2 as low at 10−7 has been found to be sufficient to slow the formation of the silicide. To avoid this issue inert ambients are used, as well as small annealing chambers to minimize amount of potential contamination. Platinum silicide was most widely studied and used in the 1980s and 90s, but has become less commonly used, due to its low quantum efficiency. PtSi is now most commonly used in infrared detectors, due to the large size of wavelengths it can be used to detect. It has also been used in detectors for infrared astronomy. It can operate with good stability up to 0.05 °C. Platinum silicide offers high uniformity of arrays imaged. The low cost and stability makes it suited for preventative maintenance and scientific infrared imaging.