ФАЗОВІ РІВНОВАГИ У КВАЗІПОТРІЙНІЙ СИСТЕМІ Cu2Se – Ga2Se3 – In2Se3
DOI:
https://doi.org/10.24144/2414-0260.2019.2.35-46Ключові слова:
Cu2Se – Ga2Se3 – In2Se3, фазові рівноваги, ізотермічний переріз, тверді розчини, проекція поверхні ліквідусуАнотація
Виходячи з результатів РФА 100 зразків був побудований ізотермічний переріз системи при 820 K. Він характеризується утворенням однієї області α-НРТР зі структурою халькопіриту, пр. гр. I-42d. При 820 K утворюються тверді розчини δ' на основі CuIn3Se5 та δ – на основі CuGa3Se5. Перші мають тетрагональну структуру і кристалізуються в пр. гр. I-42m, параметри комірки змінюються від а = 0.57540(1) нм, с = 1.1520(2) нм для CuIn3Se5 до а = 0.56207(9) нм, с = 1.1286(6) нм для складу 48 мол.% CuIn3Se5 – 52 мол.% CuGa3Se5. δ-тверді розчини кристалізуються в тетрагональній сингонії, пр. гр. I-42m, параметри комірки змінюються лінійно від а = 0.55092(3) нм, c = 1.0973(2) нм для CuGa3Se5 до а = 0.56040(7) нм, c = 1.1179(9) нм для складу 28 мол.% CuIn3Se5 – 72 мол.% CuGa3Se5. Вищезгадані тверді розчини є твердими розчинами заміщення Ga3+ ↔ In3+. Крім вказаних твердих розчинів система характеризується утворенням ε-твердих розчинів на основі ВТМ Ga2Se3 з кубічною структурою, пр. гр. F-43m. Період елементарної комірки змінюється від а = 0.5430(2) нм для Ga2Se3 до а = 0.5512(3) нм для зразка 4 мол.% Cu2Se – 83 мол.% Ga2Se3 – 13 мол.% In2Se3. Також існують γ2 і γ1 фази, області існування яких поширюються у квазіпотрійну систему на 1-2 мол.% і витягнуті вздовж системи Ga2Se3 – In2Se3 (γ1 – до 10 мол.% In2Se3, γ2 – до 30 мол.% In2Se3). На основі ВТМ Cu2Se, CuIn5Se8, CuIn7Se11, CuIn11Se17, 1-ВТМ In2Se3 існують незначні області гомогенності. Вказані однофазні області розділені дво- і трифазними рівновагами.
Проекція поверхні ліквідусу була побудована за результатами досліджень однієї квазібінарної системи CuInSe2-Ga2In8Se15 та 6 політермічних перерізів. Проекція складається з 11 полів первинної кристалізації μ-твердих розчинів на основі ВТМ Cu2Se, сполуки Cu3InSe3, α-твердих розчинів зі структурою халькопіриту, які утворюються між CuGaSe2 та НТМ CuInSe2, β-твердих розчинів на основі ВТМ CuInSe2, γ-тернарної високотемпературної фази, яка утворюється в системі Cu2Se – Ga2Se3, δ-твердих розчинів на основі CuGa3Se5, ε-твердих розчинів на основі ВТМ Ga2Se3, λ-твердих розчинів на основі 3-ВТМ In2Se3, фази γ1 на основі складу Ga2In8Se15, сполук CuIn5Se8, CuIn11Se17. Ці поля розділені 21 моноваріантною кривою та 22 нонваріантними точками, які лежать на відповідних площинах нонваріантних чотирифазних процесів. В системі існує один квазібінарний переріз CuInSe2 – Ga2In8Se15 (γ1). Сполуки CuGaSe2 (α), CuGa3Se5 (δ), CuIn5Se8, CuIn11Se17 мають перитектичний характер утворення. Сполуки CuIn3Se5, CuIn7Se11, Ga6In4Se15 мають твердофазний характер утворення, тому не мають первинної кристалізації на проекції поверхні ліквідусу.Посилання
Souilah M., Lafond A., Guillot-Deudon C., Harel S., Evain M. Structural investigation of the Cu2Se–In2Se3–Ga2Se3 phase diagram, X-ray photoemission and optical properties of the Cu1-z(In0.5Ga0.5)1+z/3Se2 compounds. Journal of Solid State Chemistry. 2010, 183, 2274–2280. Doi: 10.1016/j.jssc.2010.08.014.
Olekseyuk I.D., Kadykalo E.M., Strok O.M., Zmiy O.F. Phase Diagram of the Cu2Se-Ga2Se3 System. Volyn State Univ. Bull. 2001, 41(6), 22–26.
Ueda K., Maeda T., Wada T. Crystallographic and optical properties of CuGa3S5, CuGa3Se5 and CuIn3(S,Se)5 and CuGa3(S,Se)5 systems. Thin Solid Films, 2017, 1–34. Doi: 10.1016/j.tsf.2017.01.036.
Zmiy O.F., Mishchenko I.A., Olekseyuk I.D. Phase equilibria in the quasi-ternary system Cu2Se–CdSe–In2Se3. Journal of Alloys and Compounds, 2003, 1–9. Doi:10.1016/j.jallcom.2003.08.011.
Olekseyuk I.D., Ivaschenko I.A., Gulay L.D., Danyliuk I.V. Systema Ga2Se3–In2Se3. Naukoviy visnik Volyns`kogo nacional`nogo universitetu imeni Lesi Ukrainki. Himichni nauki. 2010, 16, 42–50 (in Ukr.).
Ivashchenko I.A., Danyliuk I.V., IOlekseyuk.D., Halyan V.V. Phase equilibria in the quasi-ternary system Ag2Se–Ga2Se3–In2Se3 and physical properties of (Ga0,6In0,4)2Se3, (Ga0,594In0,396Er0,01)2Se3 single crystals. J. Solid State Chem. 2014, 210, 102–110. Doi: 10.1016/j.jssc.2013.11.004.
Marushko L.P., Romanyuk Y.E., Piskach L.V., Parasyuk O.V., Olekseyuk I.D., Volkov S.V., Pekhnyo V.I. The CuInSe2–CuGaSe2–2CdSe system and crystal growth of the γ-solid solutions. Journal of Alloys and Compounds. 2010, 505, 101–107. Doi: 10.1016/j.jallcom.2010.06.053.
