Теллури́д свинца́(II), бинарное химическое соединение свинца и теллура с формулой PbTe. Представляет интерес благодаря своим полупроводниковым свойствам. Образует редкий минерал алтаит.

Физические свойства

Теллурид свинца(II) представляет собой свинцово-серые кристаллы с металлическим блеском на сколах. Относится к кубической сингонии, имеет структурный тип поваренной соли. Параметр Минерал алтаит (Матагами, Квебек).Минерал алтаит (Матагами, Квебек).кристаллической ячейки a = 6,4603 Å. При давлении выше 4,5–6 ГПа образует орторомбическую модификацию типа SnS с параметрами элементарной ячейки a = 11,91 Å, b = 4,20 Å, c = 4,51 Å, при давлении выше 13–16 ГПа – кубическую модификацию типа CsCl с параметром a = 3,657 Å.

Является узкозонным полупроводником с шириной запрещённой зоны 0,31 эВ (при комнатной температуре). Для него характерно уменьшение ширины запрещённой зоны при охлаждении. PbTe – прямозонный полупроводник, максимум валентной зоны и минимум зоны проводимости находятся в точке L зоны Бриллюэна. В зависимости от условий синтеза может быть получен как p-типа, так и n-типа (за счёт избытка свинца или теллура по сравнению со стехиометрическим составом), максимальная концентрация носителей n-типа 3∙10¹⁹ см^–3, p-типа – 2∙10²⁰ см^–3. Плавится конгруэнтно при 924 °C. Область гомогенности в системе Pb-Te узкая, двусторонняя, шире в сторону избытка теллура (от 49,95 до 50,336 ат. % Te). Основные типы собственных дефектов в PbTe – нейтральные и ионизированные атомы свинца в междоузлиях и однократно ионизированные вакансии свинца. Теллурид свинца имеет высокую подвижность носителей заряда, в первую очередь электронов (8∙10⁵ см²/В∙с при 4 К, 1730 см²/В∙с при комнатной температуре). Теллурид свинца отличается необычно высокой для полупроводника диэлектрической проницаемостью (410 при комнатной температуре, 3000 при охлаждении до 7,8 К).

Примеси Cd, In, Cr, Bi проявляют себя в качестве донорных, Na, Tl, As – акцепторных, Cu, Ag, Sb могут быть акцепторами и донорами в зависимости от типа проводимости кристалла. Изовалентное легирование используется для регулирования зонной структуры, в частности ширины запрещённой зоны. При легировании оловом составу (Pb_0,62Sn_0,38)Te отвечает точка инверсии зон (при комнатной температуре).

Химические свойства

Теллурид свинца не растворим в воде, монокристаллы устойчивы к окислению на воздухе при комнатной температуре (образуется тонкая пассивирующая плёнка смешанного оксида). При повышенных температурах окисляется кислородом до PbTeO₃ и других смешанных оксидов.

Получение

Основной метод синтеза – прямая реакция между свинцом и теллуром при нагревании в отсутствие воздуха (в вакуумированных кварцевых ампулах). Также возможен синтез при реакции раствора солей Pb(II) с оксидом теллура(IV) при восстановлении борогидридом, либо реакцией теллурсодержащих и свинецсодержащих органических соединений.

Рост монокристаллов обычно осуществляется методом Бриджмена (в частности модифицированным методом Бриджмена – Стокбаргера), может также производиться кристаллизацией из пара, зонной плавкой. Плёнки теллурида свинца могут быть получены вакуумным напылением, молекулярно-лучевой эпитаксией, электрохимическим соосаждением и другими методами. Для получения нанокристаллов PbTe используют реакцию триоктилфосфинтеллурида и олеата свинца в растворе, а также некоторые другие сочетания органических производных свинца и теллура.

Применение

PbTe является одним из важнейших термоэлектрических материалов за счёт того, что обладает высокой электропроводностью в сочетании с низкой теплопроводностью. Наиболее эффективен при средних температурах, от 250 до 600 °C. Для термоэлектрического применения используется легированный PbTe. Для достижения необходимой электронной проводимости применяют PbTe, легированный галогенами, Bi₂Te₃, TaTe₂ или MnTe₂, для дырочной проводимости – легированный Na₂Te, K₂Te, Ag₂Te и др. Улучшение термоэлектрических свойств достигается созданием дополнительных резонансных электронных уровней, в частности при легировании Tl. Как правило, в качестве термоэлектрического материала используют поликристаллический PbTe, полученный горячим или холодным прессованием.

Теллурид свинца и твёрдые растворы на его основе применяются в качестве детекторов инфракрасного излучения и для создания активной среды в полупроводниковых лазерах дальнего ИК-диапазона. Поскольку твёрдые растворы (Pb,Sn)Te претерпевают инверсию зон, добавление теллурида олова может уменьшать запрещённую зону до необходимых значений, вплоть до нуля, что позволяет использовать такие твёрдые растворы для детектирования ИК-излучения дальнего диапазона.

Для коллоидных нанокристаллов PbTe подтверждена многоэкситонная генерация, что обеспечивает потенциал для применения в высокоэффективных преобразователях солнечной энергии третьего поколения.