セレン化鉛

セレン化鉛
名前
	その他の名前セレン化鉛(II);
識別子
CAS番号	12069-00-0 ;
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像;
ECHA 情報カード	100.031.906
EC番号	235-109-4;
パブケム CID	61550;
CompTox ダッシュボード ( EPA )	DTXSID301315497 DTXSID70433220、DTXSID301315497;
	InChI InChI=1S/Pb.Se キー: GGYFMLJDMAMTAB-UHFFFAOYSA-N;
	笑顔 [Se]=[Pb];
プロパティ
化学式	鉛セレン
モル質量	286.16グラム/モル
融点	1,078 °C (1,972 °F; 1,351 K)
構造
結晶構造	岩塩（立方晶系）、cF8
空間群	Fm 3 m、No. 225
格子定数	a = 6.12オングストローム
座標幾何学	八面体 (Pb 2+ ); 八面体 (Se 2− )
危険
	GHSラベル:
ピクトグラム
シグナルワード	危険
危険有害性情報	H301、H302、H331、H332、H360、H373、H410
注意事項	P201、P202、P260、P261、P264、P270、P271、P273、P281、P301+P310、P301+P312、P304+P312、P304+P340、P308+P313、P311、P312、P314、P321、P330、P391、P403+P233、P405、P501
関連化合物
その他の陰イオン	酸化鉛(II); 硫化; 鉛(II) テルル化鉛
その他の陽イオン	一セレン化炭素; 一セレン化ケイ素; セレン化ゲルマニウム(II); セレン化スズ(II)
関連化合物	セレン化タリウム; セレン化ビスマス
	特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。確認する（何ですか？）インフォボックス参照

セレン化鉛（PbSe）、またはセレン化鉛（II）は、鉛のセレン化物であり、半導体材料です。NaCl構造の立方晶を形成し、室温で0.27 eVの直接バンドギャップを持ちます。（ ^[2]では、PbSeおよびその他のIV-VI半導体を間接ギャップ材料として誤って特定していることに注意してください。）[ ^{3]灰色の固体で、}熱画像用の赤外線検出器の製造に使用されます。^[4] 鉱物のクラウスタライトは、天然に存在するセレン化鉛です。

構成元素である鉛とセレンの直接反応によって生成される可能性があります。

赤外線検出

PbSe は軍事用途で赤外線に敏感であることが最初に発見された材料の 1 つです。赤外線検出器としてのこの材料に関する初期の研究は1930 年代に行われ、最初の有用なデバイスは第二次世界大戦中および直後にドイツ、アメリカ、イギリスによって開発されました。それ以来、PbSe はガスや炎の検出用の分光計から砲弾の赤外線信管やパッシブ赤外線キューイングシステム (PIC)まで、さまざまな用途で赤外線光検出器として広く使用されています。 ^[5]

赤外線に敏感な材料として、PbSeはユニークで優れた特性を持っています。1.5～5.2μmの波長の赤外線を検出できます（中波赤外線窓、略してMWIR – 特殊な条件下では6μmを超えて応答を拡張できます）。室温で高い検出能力を持ち（非冷却性能）、量子特性のため応答が非常に速いため、この材料は低コストの高速赤外線イメージング装置の検出器として優れた候補となります。^[6]

動作原理

セレン化鉛は光伝導体材料です。その検出メカニズムは、光子が入射したときの活性材料の多結晶薄膜の伝導性の変化に基づいています。これらの光子は PbSe 微結晶内で吸収され、価電子帯から伝導帯への電子の昇圧を引き起こします。広範囲に研究されているにもかかわらず、室温での高い検出能の原因となるメカニズムは十分に理解されていません。広く受け入れられているのは、活性薄膜の材料と多結晶の性質が、オージェ機構の低減と、多結晶薄膜内の複数の粒子間空乏領域と電位障壁の存在に関連する暗電流の低減の両方で重要な役割を果たすということです。

熱電特性

セレン化鉛は熱電材料である。この材料は、ロシアのAFヨッフェ研究所のアレクセバと同僚によって、ナトリウムまたは塩素をドーピングすることで高温熱電材料になる可能性があることが特定された。その後、米国オークリッジ国立研究所で行われた理論的研究により、そのp型性能は姉妹化合物であるテルル化鉛と同等かそれ以上になると予測された。^[7]その後、いくつかのグループが熱電性能指数が1を超えることを報告しており、これは高性能熱電材料の特徴である。^[8]^[9]^[10]

PbSe赤外線検出器の製造

PbSe ベースの赤外線検出器の製造には、一般的に 2 つの方法が使用されます。

化学浴析出（CBD）

化学浴処理法（CBD）は標準の製造方法です。^[11]これは1960年代に米国で開発され、セレノ尿素、酢酸鉛、ヨウ化カリウム、その他の化合物を含む制御浴で洗浄された基板上に活性物質を沈殿させる方法です。CBD法は過去数十年間広く使用されており、現在でもPbSe赤外線検出器の処理に使用されています。この処理方法に関連する技術的な制限のため、現在市販されている最大のCBD PbSe検出器形式は、1x256要素の線形配列です。

気相堆積法（VPD）

この処理方法は、熱蒸発による活性材料の堆積とそれに続く熱処理に基づいています。この方法は、CBD 方法と比較して、シリコン CMOS 技術ウェーハなどの前処理済み基板との互換性と、イメージング用の焦点面アレイなどの複雑な検出器の処理の可能性という本質的な利点があります。実際、これは PbSe 検出器の製造に関する過去数十年間で最も重要なマイルストーンであり、高フレームレートと低コストの非冷却 MWIR 高解像度イメージングカメラの市場に技術を開放しました。^[12]

PbSe量子ドットベースの光検出器

トリオクチルホスフィンセレン化物と酢酸鉛が反応してナノ相セレン化鉛が生成される。^[13]

様々な材料に埋め込まれたセレン化鉛ナノ結晶は量子ドットとして利用することができ、^[14]例えばナノ結晶太陽電池に利用することができる。

参照

赤外線検出器
黒体放射
ハイパースペクトルイメージング
赤外線カメラ
赤外線フィルター
赤外線ホーミング
赤外線署名
赤外線太陽電池
赤外線分光法
その他の赤外線検出器材料:アンチモン化インジウム、ヒ化インジウム、硫化鉛、QWIP、QDIP、テルル化水銀カドミウム、PbS、マイクロボロメータ、InGaAs

参考文献

^ 「セレン化鉛（PbSe）の結晶構造、格子定数、熱膨張」。非四面体結合元素および二元化合物 I。第 41C 巻。1998 年。pp. 1–4。doi : 10.1007/10681727_903。ISBN 978-3-540-64583-2。 {{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ)
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Barrow, RF; Vago, EE (1944). 「PbSe の発光バンドシステム」. Proceedings of the Physical Society . 56 (2): 76–78. Bibcode :1944PPS....56...76B. doi :10.1088/0959-5309/56/2/302.

外部リンク

国家汚染物質目録 - 鉛および鉛化合物ファクトシート

[1] 「セレン化鉛（PbSe）の結晶構造、格子定数、熱膨張」。非四面体結合元素および二元化合物 I。第 41C 巻。1998 年。pp. 1–4。doi : 10.1007/10681727_903。ISBN 978-3-540-64583-2。 {{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ)

[2] キッテル、チャールズ（1986年）。固体物理学入門（第6版）。ニューヨーク：ワイリー＆サンズ。ISBN 978-0-471-87474-4。

[3] Ekuma, CE; Singh, DJ; Moreno, J.; Jarrell, M. (2012). 「PbTe と PbSe の光学特性」. Physical Review B. 85 ( 8): 085205. Bibcode :2012PhRvB..85h5205E. doi :10.1103/PhysRevB.85.085205.

[4] Lawson, WD (1951). 「テルル化鉛およびセレン化鉛の単結晶の成長方法」.応用物理学ジャーナル. 22 (12): 1444–1447. Bibcode :1951JAP....22.1444L. doi :10.1063/1.1699890.

[5] ローウェル、DJ (1968)。初期の鉛塩検出器の開発。ミシガン大学。

[6] Vergara, G.; et al. (2007).多結晶セレン化鉛。古いIR検出器の復活。オプトエレクトロニクスレビュー15。

[7] Parker, D.; Singh, DJ (2010). 「高濃度ドープPbSeの高温熱電性能」. Physical Review B. 82 ( 3): 035204. Bibcode :2010PhRvB..82c5204P. doi :10.1103/PhysRevB.82.035204.

[8] Wang, H.; Pei, Y.; Lalonde, AD; Snyder, GJ (2011). 「高熱電性能を備えた高濃度ドープp型PbSe：PbTeの代替品」。Advanced Materials . 23 (11): 1366–1370. doi :10.1002/adma.201004200. PMID 21400597.

[9] Androulakis, J.; Todorov, I.; He, J.; Chung, DY; Dravid, V.; Kanatzidis, M. (2011). 「豊富な化学元素からの熱電材料：高性能ナノ構造PbSe–PbS」アメリカ化学会誌。133 (28): 10920–10927. doi :10.1021/ja203022c. PMID 21650209.

[10] Zhang, Q.; Cao, F.; Lukas, K.; Liu, W.; Esfarjani, K.; Opeil, C.; Broido, D.; Parker, D.; Singh, DJ; Chen, G.; Ren, Z. (2012). 「ホウ素、ガリウム、インジウム、またはタリウムを添加したセレン化鉛の熱電特性の研究」(PDF) . Journal of the American Chemical Society . 134 (42): 17731–17738. doi :10.1021/ja307910u. hdl : 1721.1/86904 . OSTI 1382354. PMID 23025440.

[11] Johnson, TH (1965).セレン化鉛を堆積するための溶液および方法。米国特許3.178.312。

[12] Vergara, G.; et al. (2011). VPD PbSe テクノロジーは、非冷却型、低コスト、高速 IR イメージャーの既存のギャップを埋めます。Vol. 8012. Proc. SPIE. p. 146。

[IS-13] ^ Pietryga, Jeffrey M.; Hollingsworth , Jennifer A. (2014). 「中赤外線発光鉛セレン化ナノ結晶量子ドット」.無機合成: 第36巻。第36巻。pp. 198–202。doi : 10.1002/9781118744994.ch37。ISBN 9781118744994。

[14] Shuklov, IA; Razumov, VF (2020). 「光電デバイス用鉛カルコゲニド量子ドット」. Russian Chemical Reviews . 89 (3): 379–391. Bibcode :2020RuCRv..89..379S. doi :10.1070/RCR4917. PMID 21650209. S2CID 212957425.