テルル化鉛スズ

鉛スズテルル化物（PbSnTe または Pb _1−x Sn _x Teとも呼ばれる）は、鉛、スズ、テルルの三元合金で、通常はスズをテルル化鉛に、または鉛をテルル化スズに合金化して作られます。これは IV-VI 狭バンドギャップ半導体材料です。

Pb _1−x Sn _x Te のバンドギャップは、材料の組成 (x) を変えることによって調整されます。SnTe は、バンドギャップを 0.29 eV (PbTe) から 0.18 eV (SnTe) に調整するために、Pb と合金化することができます (または PbTe と Sn)。II-VIカルコゲニド(カドミウム、水銀、亜鉛カルコゲニドなど) とは異なり、Pb _1−x Sn _x Te のバンドギャップは 2 つの極端な値の間で直線的に変化しないことに注意することが重要です。対照的に、組成 (x) が増加すると、バンドギャップは減少し、濃度領域でゼロに近づき (それぞれ 4-300 K の温度に相当、0.32-0.65)、さらに SnTe のバルクバンドギャップに向かって増加します。^[1]そのため、鉛スズテルル化物合金はエンドポイント合金よりもバンドギャップが狭く、鉛スズテルル化物は中赤外線、3～14μmの光電子工学用途に最適な候補となります。

鉛スズテルル化物は300 K でp 型半導体です。スズ含有量が増加すると正孔濃度が増加し、電気伝導率が増加します。組成範囲 x = 0 ～ 0.1 の場合、電気伝導率は 500 K までの温度上昇とともに低下し、500 K を超えると増加します。組成範囲 x ≥ 0.25 の場合、電気伝導率は温度上昇とともに低下します。

Pb _1−x Sn _x Te のゼーベック係数は、 300 KでSn含有量の増加とともに減少します。

組成 x > 0.25 の場合、Pb _1−x Sn _{x Te の}熱伝導率はSn 含有量の増加とともに増加します。熱伝導率の値は、組成範囲 x > 0 全体にわたって温度の上昇とともに減少します。

Pb _1−x Sn _x Teの場合、最大熱電能率に対応する最適温度は組成xの増加とともに上昇する。鉛スズテルル化物の擬似二元合金は400～700 Kの温度範囲で熱電材料として機能する。^[2]

鉛スズテルル化物には正の温度係数があります。つまり、特定の組成 x に対して、バンドギャップは温度とともに増加します。したがって、鉛スズテルル化物ベースのレーザーを使用する場合は、温度安定性を維持する必要があります。ただし、利点は、レーザーの動作波長が動作温度を変えるだけで簡単に調整できることです。

鉛スズテルル化物の光吸収係数は、典型的には～750 cm ⁻¹であるのに対し、ドープシリコンなどの外因性半導体の光吸収係数は～50 cm ^{−1である。 [3]}高い光係数値は、より高い感度を保証するだけでなく、光クロストークを防ぐために個々の検出器要素間の必要な間隔を減らすため、集積回路技術へのアクセスが容易になる。^[4]

鉛スズテルル化物は、調整可能な狭いバンドギャップと、水銀カドミウムテルル化物に比べて比較的高い動作温度のため、IR光源、バンドパスフィルター、IR検出器などの商用アプリケーションに最適な材料となっています。^{[4] [5] [6] [7]} 8〜14μmのウィンドウで放射線を感知するための光起電デバイスとしての用途が見出されています。^{[8] [9]}

単結晶Pb1 ₋ xSnxTeダイオードレーザーは_二酸化硫黄のようなガス状汚染物質の検出に利用されてきた。^{[10] [11]}

鉛スズテルル化物は熱電デバイスに使用されている。^[12]