Zinkcadmiumphosphidarsenid ( Zn - Cd - P - As ) ist ein quaternäres System aus Elementen der Gruppen II ( IUPAC- Gruppe 12 ) und V (IUPAC- Gruppe 15 ). Viele der anorganischen Verbindungen dieses Systems sind II-V - Halbleiter . Das quaternäre System der II₃V₂ - Verbindungen , (Zn₁₋ₓCdₓ ) ₃ ( P₁₋ᵧAsᵧ ) ₂ , ermöglicht nachweislich eine kontinuierliche Mischkristallbildung über den gesamten Zusammensetzungsbereich. [ 1 ] Dieses Materialsystem und seine Teilsysteme finden Anwendung in der Elektronik , Optoelektronik ( einschließlich Photovoltaik ) und Thermoelektrik . [ 2 ]

Liste aller binären Verbindungen

Dieses System von Elementen enthält zahlreiche binäre Verbindungen und deren Mischkristalle.

Stabil bei Atmosphärendruck

Die bei Atmosphärendruck thermodynamisch stabilen binären Verbindungen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt: [ 1 ] [ 3 ]

Anion 
Kation
P Als
Zn
CD

Metastabil oder instabil bei Atmosphärendruck

Folgende Verbindungen sind bei Atmosphärendruck metastabil oder instabil:

Anion 
Kation
P Als
Zn
  • ZnP 2
  • ZnP 4
  • Zn 7 P 10
  • Zn 3 P 2
  • Zn 3 As 2
  • ZnAs
  • Hochdruckphase
  • Hochdruckphase, Niedrig- und Hochtemperatur-Polymorphe
CD
  • Cd 3 P 2
  • Hochdruckphase
  • Cd 3 As 2
  • CdAs
  • CdAs 4
  • Hochdruckphase
  • Hochdruckphase, Niedrig- und Hochtemperatur-Polymorphe
  • [ 3 ]

Quaternäre Verbindungen

Die Verbindungen der Form II₃V₂ weisen ähnliche Kristallstrukturen auf und bilden über den gesamten Zusammensetzungsbereich eine vollständige Mischkristallbildung. Die Verbindungen der Form II-V₂ ermöglichen hingegen nur eine teilweise Mischkristallbildung. [ 3 ]

Ternäre Verbindungen

Die binären Verbindungen dieses Systems bilden eine Vielzahl von Mischkristallen. Diese Mischbarkeit spiegelt die große Ähnlichkeit der Strukturen der binären Phasen wider. Die Verbindungen der Gruppe IIV 2 weisen trotz unterschiedlicher Stöchiometrie und Struktur der Komponenten weite Mischkristallbereiche mit CdP 4 auf. [ 3 ]

Die optoelektronischen und Bandeigenschaften einiger ternärer Verbindungen wurden ebenfalls untersucht. Beispielsweise ist die Bandlücke von Zn₃ ( P₁₋ᵧAsᵧ ) ₂ - Mischkristallen direkt und von 1,0 eV bis 1,5 eV einstellbar. Diese Löslichkeit ermöglicht die Herstellung von abstimmbaren Nanodraht-Photodetektoren. [ 8 ] Der Mischkristall ( Zn₁₋ₓCdₓ ) ₃As₂ zeigt einen topologischen Phasenübergang bei x ~ 0,62 . [ 9 ]

Bemerkenswerte binäre Verbindungen

Cadmiumarsenid (Cd 3 As 2 )

Cadmiumarsenid ist ein dreidimensionales Dirac- Halbmetall, das den Nernst-Effekt aufweist .

Zinkphosphid (Zn 3 P 2 )

Zinkphosphid ist ein Halbleitermaterial mit einer direkten Bandlücke von 1,5 eV [ 10 ], das in der Photovoltaik eingesetzt wird. [ 11 ] Es findet auch Verwendung als Rodentizid in der Schädlingsbekämpfung .

Zinkarsenid (Zn 3 As 2 )

Zinkarsenid ist ein Halbleitermaterial mit einer Bandlücke von 1,0 eV. [ 12 ]

Referenzen

  1. ^ a b Trukhan, VM; Izotov, AD; Shoukavaya, TV (2014). „Verbindungen und Mischkristalle des Systems Zn-Cd-P-As in der Halbleiterelektronik“. Inorganic Materials . 50 (9): 868–873 . doi : 10.1134/S0020168514090143 . S2CID  94409384 .
  2. ^ Arushanov, EK (1992). „II 3 V 2 Verbindungen und Legierungen“. Fortschritte im Kristallwachstum und in der Charakterisierung von Materialien . 25 (3): 131–201 . doi : 10.1016/0960-8974(92)90030-T .
  3. ^ a b c d e f Yakimovich, VN; Rubtsov, VA; Trukhan, VM (1996). „Phasengleichgewichte im Zn-P-As-Cd-System“. Inorganic Materials . 32 (7): 705– 709.
  4. ^ Ghasemi , M .; Stütz, EZ; Escobar Steinvall, S.; Zamani, M.; Fontcuberta i Morral, A. (2019). „Thermodynamische Neubewertung des Zn-P-Binärsystems“ . Materialia . 6 100301. doi : 10.1016/j.mtla.2019.100301 . S2CID 140792691 . 
  5. ^ a b Okamoto, H. (1992). „Das As-Zn (Arsen-Zink)-System“. Journal of Phase Equilibria . 13 (2).
  6. ^ Berak, J.; Pruchnik, Z. (1971). „ Phasengleichgewichte im Zink-Cadmium-Phosphor-System. Teil III. Das Cd₃P₂- Zn₃P₂ - System “ . Roczniki Chemii 45 : 1425 .
  7. ^ a b Schlesinger, Mark E. (2002). „Die thermodynamischen Eigenschaften von Phosphor und festen binären Phosphiden“. Chemical Reviews . 102 (11): 4267–4302 . doi : 10.1021/cr000039m . PMID 12428990 . 
  8. ^ Im, HS; Park, K.; Jang, DM; Jung, CS; Park, J.; Yoo, SJ; Kim, JG (2015). „Zn₃P₂-Zn₃As₂-Mischkristall- Nanodrähte “ . Nano Letters . 15 ( 2 ) : 990–997 . Bibcode : 2015NanoL..15..990I . doi : 10.1021 /nl5037897 . PMID 25602167 . 
  9. Lu , H.; Zhang, X.; Bian, Y.; Jia, S. (2017). „Topologischer Phasenübergang in Einkristallen von (Cd<sub> 1−x</sub> Zn <sub> x</sub> ) <sub>3 </sub>As <sub> 2 </sub> “ . Scientific Reports . 7 (1): 3148. arXiv : 1507.07169 . Bibcode : 2017NatSR...7.3148L . doi : 10.1038/s41598-017-03559-2 . PMC 5466615. PMID 28600553 .  
  10. ^ Kimball, Gregory M.; Müller, Astrid M.; Lewis, Nathan S.; Atwater, Harry A. (2009). „Photolumineszenzbasierte Messungen der Bandlücke und Diffusionslänge von Zn₃P₂ “ ( PDF ) . Applied Physics Letters . 95 (11): 112103. Bibcode : 2009ApPhL..95k2103K . doi : 10.1063/1.3225151 . ISSN 0003-6951 . 
  11. ^ Bhushan, M.; Catalano, A. (1981). „Polykristalline Zn₃P₂- Schottky - Barrieren -Solarzellen“. Applied Physics Letters . 38 (1): 39–41 . Bibcode : 1981ApPhL..38...39B . doi : 10.1063/1.92124 .
  12. ^ Botha, JR; Scriven, GJ; Engelbrecht, JAA; Leitch, AWR (1999). „Photolumineszenzeigenschaften von metallorganischem gasphasenepitaxialem Zn 3 As 2 “. Zeitschrift für Angewandte Physik . 86 (10): 5614–5618 . Bibcode : 1999JAP....86.5614B . doi : 10.1063/1.371569 .