Фазовое субсолидусное разграничение системы Ge–P–Sn
Аннотация
Для применения в современных электронных устройствах все более привлекательными становятся 2D материалы за счет новых свойств, которые могут возникать из-за уменьшенной размерности и квантового ограничения носителей заряда. Много работ направлено на поиск материалов, характеризующихся слоистой структурой, позволяющих получать химически стабильные атомные слои без поверхностных оборванных связей. Бинарные соединения элементов группы IV (Si, Ge, Sn) и группы V (P, As) образуют слоистые структуры, в которых двумерные слои с ковалентной связью связаны слабыми силами Ван-дер-Ваальса, и с этой точки зрения могут считаться перспективными 2D материалами. Следует, однако, отметить, что получение кристаллов соединений этого класса сопря-
жено со значительными сложностями из-за высокого давления пара фосфора. Предпринимались попытки получить образцы GeP из растворов-расплавов в олове, что может значительно смягчить условия синтеза. Исследование фазовых равновесий и построение диаграммы состояний тройной системы Ge–P–Sn позволило бы с качественно иных позиций подойти к получению как объемных, так и двумерных образцов фосфида германия, а также определить возможность легирования их оловом.
В настоящей работе на основании исследования методом рентгенофазового анализа ряда сплавов тройной системы Ge–P–Sn установлено, что фазовое субсолидусное разграничение диаграммы состояний осуществляют разрезы Sn4P3–Ge, Sn4P3–GeP, Sn3P4–GeP и SnP3–GeP. Состав сплавов отвечал фигуративным точкам пересекающихся разрезов. Предложена схема фазовых равновесий в системе Ge–P–Sn, предполагающая существование нонвариантного перитектического равновесия L+Ge ↔ Sn4P3+GeP и эвтектических процессов L ↔ Ge+Sn+Sn4P3 и L ↔ Sn4P3+GeP+SnP3.
Исследование сплавов методом дифференциального термического анализа позволило определить температуры этих процессов, равные 795 К, 504 К и 790 К соответственно. Построена Т-х диаграмма политермического сечения Sn–GeP, которая экспериментально подтверждает предложенную схему
Скачивания
Литература
Goncharov E. G. Semiconductor phosphides and arsenides of silicon and germanium*. Voronezh: VSU Publ.; 1989. 208 p. (In Russ.)
Semenova G. V., Goncharov E. G. Solid solutions with the participation of elements of the fifth group*. Moscow: MFTI Publ.; 2000. 160 p. (In Russ.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25882424
Khan K., Tareen A. K., Khan Q. U., Iqbal M., Zhang H. and Guo Z. Novel synthesis, properties and applications of emerging group VA two-dimensional monoelemental materials (2D-Xenes). Materials Chemistry Frontiers. 2021;5: 6333-6391. https://doi.org/10.1039/D1QM00629K
Yu X., Liang W., Xing Ch., … Zhang H. Emerging 2D pnictogens for catalytic applications: status and challenges. Journal of Materials Chemistry A. 2020;8: 12887–12927. https://doi.org/10.1039/D0TA04068A
Tao W., Kong N., Ji X., … Kim J. S. Emerging two-dimensional monoelemental materials (Xenes) for biomedical applications. Chemical Society Reviews. 2019;48: 2891-2912. https://doi.org/10.1039/C8CS00823J
Carrasco J. A., Congost-Escoin P., Assebban M., Abellán G. Antimonene: a tuneable post-graphene material for advanced applications in optoelectronics, catalysis, energy and biomedicine. Chemical Society Reviews. 2023;52: 1288–1330. https://doi.org/10.1039/D2CS00570K
Pang J., Bachmatiuk A., Yin Y., … Rümmeli M. H. Applications of phosphorene and black phosphorus in energy conversion and storage devices. Advanced Energy Materials. 2018;8(8): 1702093. https://doi.org/10.1002/aenm.201702093
Niu T. New properties with old materials: layered black phosphorous. Nano Today. 2017;12: 7–9. https://doi.org/10.1016/j.nantod.2016.08.013
Goswami A., Gawande M. B. Phosphorene: current status, challenges and opportunities. Frontiers of Chemical Science and Engineering. 2019;13(2): 296–309. https://doi.org/10.1007/s11705-018-1783-y
Lee K., Synnestvedt S., Bellard M., Kovnir K. GeP and (Ge1-xSnx)(P1-yGey) (x~0.12, y~0.05): synthesis, structure, and properties of two-dimensional layered tetrel phosphides. Journal of Solid State Chemistry. 2015;224: 62–70. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2014.04.021
Barreteau C., Michon B., Besnard C., Giannini E. High-pressure melt growth and transport properties of SiP, SiAs, GeP, and GeAs 2D layered semiconductors. Journal of Crystal Growth. 2016;443(1): 75–80. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2016.03.019
Cheng A-Q., He Z., Zhao J., Zeng H., Chen R-Sh. Monolayered silicon and germanium monopnictide semiconductors: excellent stability, high absorbance, and strain engineering of electronic properties. ACS Applied Materials & Interfaces. 2018;10(6): 5133–5139. https://doi.org/10.1021/acsami.7b17560
Zhou L., Guo Y., Zhao J. GeAs and SiAs monolayers: novel 2D semiconductors with suitable band structures. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 2018;95: 149–153. https://doi.org/10.1016/j.physe.2017. 08.016
Ramzan M. S., Bacic V., Jing Y., Kuc A. Electronic properties of a new family of layered materials from groups 14 and 15: first-principles simulations. The Journal of Physical Chemistry C. 2019;123(41): 25470–25476. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b07068
Olesinski R. W., Abbaschian G. J. The Ge−Sn (Germanium−Tin) system. Bulletin of Alloy Phase Diagrams. 1984;5(3): 265–271. https://doi.org/10.1007/bf02868550
Ugai Ya. A., Sokolov L. I., Goncharov E. G., Pshestanchik V. R. P-T-x diagram of the state of the Ge-P system and the thermodynamics of the interaction of the components. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 1978;23(7): 1907–1911. (In Russ.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=29096578
Olofsson O. X-ray investigation of the tin-phosphorus system. Acta Chemica Scandinavica. 1970;24: 1153 -1162. https://doi.org/10.3891/acta.chem.scand.24-1153
Donohue P. C. The synthesis, structure and superconducting properties of new high-pressure forms of tin phosphide. Inorganic Chemistry. 1970;9(2): 335–348. https://doi.org/10.1021/ic50084a032
Katz G., Kohn Y. A., Broder Y. D. Crystallographic data for tin monophosphide. Acta Crystallographica. 1957;9: 607–609. https://doi.org/10.1107/s0365110x57002170
Vivian A. C. The tin-arsenic system. Journal of the Institute of Metals. 1920;23: 325–336.
Gullman J. The crystal structure of SnP. Journal of Solid State Chemistry. 1990;87: 202–207. https://doi.org/10.1016/0022-4596(90)90083-a
Sushkova T. P., Kononova E. U., Savinova Y. A., Dorokhina E. S., Semenova G. V. Intermediate phases in Sn-P system. Condensed Matter and Interphases. 2014;16(2): 210–214. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=sitfep
Ritcher A. Pressure dependence of the tin-phosphorus phase diagram. Monatshefte für Chemie – Chemical Monthly. 2012;143(12): 1593–1602. https://doi.org/10.1007/s00706-012-0861-y
Proskurina E. Yu., Semenova G. V., Zavrazhnov A. Yu., Kosyakov A. V. P-T-x diagram of Sn - P system. Condensed Matter and Interphases. 2015;17(4): 498–509. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25946590
Zavrazhnov A. Yu., Semenova G. V., Proskurina E. Yu., Sushkova T. P. Phase diagram of the Sn - P system. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2018;134(1): 475–481. https://doi.org/10.1007/s10973-018-7123-0
Semenova G. V., Leont’eva T. A., Sushkova T. P. Analysis of phase equilibria in the Ge–P–Sn ternary system. Condensed Matter and Interphases. 2019;21(2): 249–261. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.17308/kcmf.2019.21/763
Khaldoyanidi K. A. Phase diagrams of heterogeneous systems with transformations*. F. А. Kuznetsov (ed.). Novosibirsk: INKh RAN Publ.; 2004. 382 с. (In Russ.)
Copyright (c) 2024 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
