Фундаментальное материаловедение

Синтез твердых растворов на основе оксида цинка при высоких давлениях и
температурах
Соколов П.С.
аспирант
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
E–mail: sokolov@inorg.chem.msu.ru
Оксид цинка является многофункциональным широкозонным полупроводником.
При нормальных условиях он кристаллизуется в гексагональной структуре (вюртцит).
При высоких (> 7 ГПа) давлениях происходит фазовое превращение с образованием
термодинамически нестабильной кубической фазы окиси цинка, которая при снижении
давления обратно переходит в вюртцитную модификацию. Однако существует
возможность стабилизировать кубическую модификацию оксида цинка в виде твердого
раствора с магнием, оксид которого имеет структуру каменной соли, а радиус Mg 2+
незначительно отличается от Zn 2+ . Таким образом, ранее был синтезирован ряд твердых
растворов с концентрацией в пределах от 0.3 до 0.7 мольных долей[1, 2].
Контролируемое изменение содержания магния в твердом растворе с оксидом цинка
позволяет модифицировать ширину запрещенной зоны и существенным образом влияет
на люминесцентные свойства.
Перспективы использования оксида цинка в качестве полупроводникового
материала в различных приложениях сдерживаются низкой (менее 5 атомных %)
растворимостью других катионов. В то же время кубическая фаза оксида цинка со
структурой каменной соли позволяет существенно расширить диапазоны легирования.
В данной работе был синтезирован ряд твердых растворов с кубической
структурой ZnO-MeO (Me=Ni, Mg, Co, Fe) на установке типа «тороид» [3] при давлениях
до 8 ГПа и температурах до 1300˚С. Однофазность образцов была подтверждена
методом рентгенофазового анализа. Было показано, что граница устойчивости
кубической кристаллической структуры твердых растворов ZnO-MeO определяется
природой катиона Me 2+ .
Литература
1. Baranov A.N., Solozhenko V.L. et al., Cubic MgxZn1-xO wide band gap solid solutions
synthesized at high pressures. // J. Phys.: Condens. Matter, 17 (2005) 3377-3384.
2. Solozhenko V.L., Baranov A.N. et al., High-pressure formation of Cubic MgxZn1-xO
solid solutions with rock salt structure. // Solid State Commun. 138 (2006) 534-537.
3. Khvostantsev L.G., Slesarev V.N.,. Brazhkin V.V, Toroid type high-pressure device:
history and prospects. //High Pressure Research. 24 (2004) 371-383.