تيلورايد الرصاص والقصدير

تيلوريد الرصاص والقصدير ، المعروف أيضًا باسم PbSnTe أو Pb1 ₋ xSnxTe ، هو سبيكة ثلاثية من الرصاص والقصدير _{والتيلوريوم} ، تُصنع عادةً عن طريق إضافة القصدير إلى تيلوريد الرصاص أو الرصاص إلى تيلوريد القصدير . وهو مادة شبه موصلة ذات فجوة نطاق ضيقة من النوع IV-VI .

يمكن ضبط فجوة النطاق لمركب Pb1 _−xSnxTe بتغيير التركيب (x) في المادة. يمكن مزج SnTe مع الرصاص (أو PbTe مع القصدير) لضبط فجوة النطاق من 0.29 إلكترون فولت (PbTe) إلى 0.18 إلكترون فولت (SnTe). على عكس مركبات الكالكوجينيدات _{من النوع} II-VI ، مثل كالكوجينيدات الكادميوم والزئبق والزنك، فإن فجوة النطاق في Pb1 ₋ xSnxTe لا تتغير خطيًا بين القيمتين المتطرفتين. بل على العكس، مع زيادة التركيب (x)، تنخفض فجوة النطاق، وتقترب من الصفر في نطاق التركيز (0.32–0.65 الموافق لدرجات حرارة 4–300 كلفن على التوالي)، ثم تزداد أكثر باتجاه فجوة النطاق في SnTe. ^{[ 1 ]} لذلك، فإن سبائك تيلوريد الرصاص والقصدير لها فجوات نطاق أضيق من نظيراتها النهائية مما يجعل تيلوريد الرصاص والقصدير مرشحًا مثاليًا لتطبيقات الإلكترونيات الضوئية في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، 3-14 ميكرومتر.

يُعتبر تيلوريد الرصاص والقصدير شبه موصل من النوع p عند درجة حرارة 300 كلفن. يزداد تركيز الفجوات مع زيادة محتوى القصدير، مما يؤدي إلى زيادة التوصيل الكهربائي . في نطاق التركيب x = 0 إلى 0.1، ينخفض ​​التوصيل الكهربائي مع ارتفاع درجة الحرارة حتى 500 كلفن، ثم يزداد بعد ذلك. أما في نطاق التركيب x ≥ 0.25، فينخفض ​​التوصيل الكهربائي مع ارتفاع درجة الحرارة.

ينخفض ​​معامل سيبك لـ Pb _1−x Sn _x Te مع زيادة محتوى Sn عند 300 كلفن.

بالنسبة للتركيب x > 0.25، تزداد الموصلية الحرارية لمركب Pb _1−x Sn _x Te مع زيادة محتوى القصدير. وتنخفض قيم الموصلية الحرارية مع ارتفاع درجة الحرارة على امتداد نطاق التركيب x > 0.

بالنسبة لمركب Pb _1−x Sn _x Te، تزداد درجة الحرارة المثلى الموافقة لأقصى معامل للقدرة الكهروحرارية مع زيادة التركيب x. يعمل سبيكة تيلوريد الرصاص والقصدير شبه الثنائية كمادة كهروحرارية في نطاق درجة حرارة 400-700 كلفن. ^{[ 2 ]}

يتميز تيلوريد الرصاص والقصدير بمعامل حراري موجب ، أي أنه بالنسبة لتركيب معين (x)، تزداد فجوة النطاق مع ارتفاع درجة الحرارة. لذلك، يجب الحفاظ على استقرار درجة الحرارة عند استخدام ليزر قائم على تيلوريد الرصاص والقصدير . مع ذلك، تكمن الميزة في إمكانية ضبط الطول الموجي لليزر بسهولة عن طريق تغيير درجة حرارة التشغيل.

يبلغ معامل الامتصاص الضوئي لتيلوريد الرصاص والقصدير عادةً حوالي 750  سم⁻¹ ^، مقارنةً بحوالي 50  سم⁻¹ لأشباه الموصلات الخارجية مثل السيليكون المُطعّم. ^{[ 3 ]} لا تضمن قيمة معامل الامتصاص الضوئي الأعلى حساسيةً أعلى فحسب، بل تُقلل أيضًا المسافة المطلوبة بين عناصر الكاشف الفردية لمنع التداخل الضوئي، مما يجعل ^تقنية الدوائر المتكاملة متاحةً بسهولة. ^{[ 4 ]}

نظراً لفجوة النطاق الضيقة القابلة للتعديل ودرجة حرارة التشغيل المرتفعة نسبياً لتيلوريد الرصاص والقصدير مقارنةً بتيلوريد الزئبق والكادميوم، فقد أصبح مادةً مفضلةً للتطبيقات التجارية في مصادر الأشعة تحت الحمراء، ومرشحات تمرير النطاق، وكواشف الأشعة تحت الحمراء . ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} كما وجد تطبيقاتٍ في الأجهزة الكهروضوئية لاستشعار الإشعاع في نطاق 8-14 ميكرومتر. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

استُخدمت ليزرات ثنائية أحادية البلورة من Pb _1−x Sn _x Te للكشف عن الملوثات الغازية مثل ثاني أكسيد الكبريت . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

استُخدمت تيلوريدات الرصاص والقصدير في الأجهزة الكهروحرارية. ^{[ 12 ]}