Кіріспе
Химиялық қосылыс
Қорғасын селениді (PbSe), немесе қорғасын(II) селениді, қорғасынның селениді, жартылай өткізгіш материал болып табылады. Ол NaCl құрылымының кубикалық кристалдарын түзетін, бөлме температурасында 0,27 эВ тікелей энергиялық саңылауға ие. (Ескеріңіз, PbSe және басқа IV–VI жартылай өткізгіштерін жанама саңылаулы материалдар деп қате көрсетуі мүмкін.) Сұр түсті қатты зат, ол жылулық бейнелеуге арналған инфрақызыл детекторларын жасау үшін қолданылады. Клаусталит минералы – табиғатта кездесетін қорғасын селениді. Ол құрамындағы қорғасын мен селен элементтерінің тікелей әрекеттесуі арқылы түзілуі мүмкін.
Инфрақызыл диапазонды анықтау
PbSe әскери қолданыстағы инфрақызыл сәулелерге сезімтал болған алғашқы материалдардың бірі еді. Материалды инфрақызыл детектор ретінде алғашқы зерттеу жұмыстары 1930 жылдары жүргізілді, ал екінші дүниежүзілік соғыс кезінде және одан кейін неміс, американ және британ ғалымдары алғашқы пайдалы құрылғыларды жасады. Содан бері PbSe газ және жалынды анықтауға арналған спектрометрлерден бастап, артиллериялық оқ-дәрілерге арналған инфрақызыл қозғалтқыштарға және Пассивті инфрақызыл бағыттау жүйелеріне (PIC) дейін көптеген қолданыстарда инфрақызыл фотодетектор ретінде кеңінен қолданылып келеді. Инфрақызыл сәулеленуге сезімтал материал ретінде PbSe ерекше және тамаша қасиеттерге ие: ол 1,5-тен 5,2 мкм-ға дейінгі толқын ұзындығындағы инфрақызыл сәулеленуді анықтай алады (орта толқынды инфрақызыл терезе, MWIR деп қысқартылады – кейбір ерекше жағдайларда оның жауап беруін 6 мкм-ден асыруға болады), бөлме температурасында жоғары сезімталдыққа ие (салқындатусыз жұмыс істеу мүмкіндігі), және кванттық сипаттамасына байланысты өте жылдам реакция көрсетеді, бұл материалды төмен құнмен жоғары жылдамдықты инфрақызыл кескіндерді анықтау үшін өте қолайлы етеді.
Жұмыс істеу теориясы
Қорғасын селениді – фотоөткізгіш материал. Оның анықтау механизмі белсенді материалдың поликристаллды жұқа қабатының фотондар түскен кезде өткізгіштігінің өзгеруіне негізделген. Бұл фотондар PbSe микрокристалдарының ішінде жұтылады, нәтижесінде электрондар валенттік белдеуден өткізгіш белдеуге өтеді. Ол кеңінен зерттелгенімен, бөлме температурасындағы жоғары сезімталдығына жауапты механизмдер толыққанды түсініксіз. Материалдың және белсенді жұқа қабаттың поликристаллды табиғаты Аугер механизмін төмендетуде және поликристаллды жұқа қабаттардың ішіндегі көптеген түйіршік аралық аймақтардың тозуымен және потенциалдық кедергілермен байланысты қараңғы ток азайтуда маңызды рөл атқарады деп қабылданады.
Термоэлектрлік қасиеттері
Қорғасын селениді – термоэлектрлік материал. Материалды Алексева және Ресейдегі А. Ф. Иоффе институтының әріптестері натрий немесе хлор қоспасы арқылы жоғары температуралық термоэлектрлік материал ретінде анықтады. Кейіннен АҚШ-тың Oak Ridge Ұлттық зертханасында жүргізілген теориялық жұмыстар оның p-типіндегі көрсеткіші, туысқан қосылыс – қорғасын теллуридінің көрсеткіштерімен тең немесе одан да жоғары болатынын болжады. Содан бері бірнеше топтар бірліктен жоғары термоэлектрлік сапа коэффициенттерін жариялады, бұл жоғары өнімді термоэлектрлік материалдың ерекшелігі болып табылады.
PbSe инфрақызыл детекторларын өндіру
Қорғасын селенід (PbSe) негізіндегі инфрақызыл детекторларды жасау үшін екі әдіс жиі қолданылады.
Химиялық ванналық жинақтау (ХБТ)
Химиялық ваннада (CBD) жағу – стандартты өндіріс әдісі. Ол 1960-шы жылдары АҚШ-та әзірленді және селенорея, қорғасын ацетаты, калий йоды және басқа да қосылыстармен бақыланатын ваннада жуылған негізге белсенді материалдың тұнбаға түсуіне негізделген. CBD әдісі соңғы онжылдықтар бойы кеңінен қолданылып келеді және бүгінгі күнге дейін PbSe инфрақызыл детекторларын өңдеу үшін пайдаланылады. Осы өңдеу әдісімен байланысты технологиялық шектеулерге байланысты, қазіргі таңда коммерциялық ең ірі CBD PbSe детектор форматы – 1x256 элементтен тұратын сызықтық массив.
Бу фазасының жинақталуы (VPD)
Бұл өңдеу әдісі белсенді материалды жылулық буландыру арқылы жайғастыруға негізделген, одан кейін жылулық өңдеулер жүргізіледі. Бұл әдіс КБД әдісімен салыстырғанда өзіндік артықшылыққа ие, атап айтқанда, кремний CMOS технологиясы сияқты алдын ала өңделген негіздермен (субстраттармен) үйлесімділік және бейнелеу құрылғылары үшін фокустық жазықтық тізімдері сияқты күрделі детекторларды өңдеу мүмкіндігі. Шындығында, бұл соңғы онжылдықтарда PbSe детекторларын өндірудегі ең маңызды табыс болды, себебі ол жоғары кадр жылдамдығымен және төмен құнмен суытылмаған MWIR жоғары ажыратымды бейнелеу камералары технологиясын нарыққа енгізуге мүмкіндік берді.
PbSe кванттық нүктелерге негізделген фотодетекторлар
Триоктилфосфин селениді мен қорғасын ацетаты реакцияласып, нанофазалық қорғасын селенидін жасайды. Түрлі материалдарға енгізілген қорғасын селениді нанокристалдары, мысалы, нанокристаллдық күн батареяларында кванттық нүктелер ретінде қолданылуы мүмкін.