Введение

Силицид платины, также известный как моносилицид платины, — это неорганическое соединение с формулой PtSi. Он является полупроводником, который становится сверхпроводником при охлаждении до 0,8 К.

Структура и сцепление

Кристаллическая структура PtSi является орторомбической, при этом каждый атом кремния имеет шесть соседних атомов платины. Расстояния между атомами кремния и платины следующие: одно на расстоянии 2,41 ангстрема, два на расстоянии 2,43 ангстрема, одно на расстоянии 2,52 ангстрема и два последних на расстоянии 2,64 ангстрема. Каждый атом платины имеет шесть соседних атомов кремния на тех же расстояниях, а также два соседних атома платины на расстояниях 2,87 и 2,90 ангстрема. Все расстояния, превышающие 2,50 ангстрема, считаются слишком большими для существенного участия в связывающих взаимодействиях соединения. В результате было показано, что связи в соединении формируются двумя группами ковалентных связей. Одна группа – это трехцентровые связи Pt–Si–Pt, а другая – двухцентровые связи Pt–Si. Каждый атом кремния в соединении имеет одну трехцентровую и две двухцентровые связи. Наиболее тонкая пленка PtSi состоит из двух чередующихся плоскостей атомов, представляющих собой один слой орторомбической структуры. Более толстые слои формируются путем укладки пар чередующихся слоев. Механизм связывания в PtSi больше похож на механизм связывания чистого кремния, чем чистого платина или Pt₂Si, хотя экспериментальные данные указывают на наличие металлического характера связывания в PtSi, отсутствующего в чистом кремнии.

Методы

PtSi может быть синтезирован несколькими способами. Стандартный метод включает нанесение тонкой пленки чистой платины на кремниевые пластины и последующий нагрев в обычной печи при температуре 450–600 °C в течение получаса в инертной атмосфере. Процесс нельзя проводить в кислородной среде, поскольку это приводит к образованию оксидного слоя на кремнии, что препятствует формированию PtSi. Другой метод синтеза заключается в использовании распыленной платиновой пленки, нанесенной на кремниевую подложку. Ввиду склонности PtSi к загрязнению кислородом, было предложено несколько модификаций этих методов. Быстрая термообработка позволяет повысить чистоту формируемых слоев PtSi. Также было установлено, что более низкие температуры (200–450 °C) также эффективны, а более высокие температуры приводят к образованию более толстых слоев PtSi, однако при температурах выше 950 °C формируется PtSi с повышенным удельным сопротивлением из-за скоплений крупных зерен PtSi.

Кинетическая

Несмотря на используемый метод синтеза, PtSi образуется одинаковым образом. При первом нагреве чистой платины с кремнием формируется Pt2Si. Как только весь доступный Pt и Si израсходован, и единственными доступными поверхностями становятся Pt2Si, силицид начинает более медленную реакцию превращения в PtSi. Энергия активации для реакции Pt2Si составляет около 1,38 эВ, а для PtSi – 1,67 эВ. Кислород крайне негативно влияет на реакцию, поскольку он преимущественно связывается с Pt, ограничивая количество мест, доступных для образования связи Pt–Si, и препятствуя формированию силицида. Даже частичное давление O2 на уровне 10−7 оказалось достаточным для замедления образования силицида. Для предотвращения этого используются инертные среды, а также небольшие камеры отжига для минимизации возможного загрязнения. Силицид платины наиболее интенсивно изучался и применялся в 1980-х и 1990-х годах, но его использование стало менее распространенным из-за низкой квантовой эффективности. В настоящее время PtSi наиболее часто используется в инфракрасных детекторах благодаря большому диапазону обнаруживаемых длин волн. Он также применялся в детекторах для инфракрасной астрономии. Он способен стабильно работать при температурах до 0,05 °C. Силицид платины обеспечивает высокую однородность получаемых массивов. Низкая стоимость и стабильность делают его подходящим для профилактического обслуживания и научной инфракрасной визуализации.