Hydrochemical Synthesis of HgS1 – xSex Film Solid Solutions

Abstract

Плівки твердого розчину сульфіду-селеніду ртуті (HgS1 – xSex) синтезовано на скляних підкладках методом гідрохімічного осадження. Використано водні розчини нітрату ртуті (II), тіосечовини, натрій селеносульфату та тринатрій цитрату. Проведено теоретичний розрахунок граничних умов утворення сульфіду ртуті, селеніду ртуті та оксиду ртуті в системі ртуть-тіосечовина-цитрат. Згідно з виконаним рентгенофазовим та елементним аналізом, отримані зразки плівок є однофазними і складаються із твердих розчинів заміщення HgS1 – xSex. Досліджено вплив концентрації селеносульфату натрію на ступінь заміщення S-Se покриттів HgS1 – xSex. Встановлено, що параметр x змінюється від 0.068 до 0.334 із збільшенням вмісту Na2SeSO3 від 1·10 – 5 до 1·10 – 4 М. В той же час, модифікація структури HgS1 – xSex змінюється з кіновару до сфалериту. Більш високі концентрації селеносульфату натрію дають занадто високу швидкість формування кінцевого продукту, і, відповідно, складність отримання покриттів. Досліджено морфологічні та оптичні властивості плівок HgS1 – xSex. Їхня поверхня є суцільною, однорідною і має невелику кількість поверхневих дефектів. Оптичне пропускання плівок HgS1 – xSex збільшується в досліджуваній області довжин хвиль від 340 до 900 нм. Крива пропускання має стрибок в області 400 нм, який зміщується вправо зі збільшенням вмісту селену в HgS1 – xSex, відповідно, оптична ширина забороненої зони плівок зменшується з 2.70 до 2.43 еВ.

Solid solution films of mercury sulfide-selenide (HgS1 – xSex) were synthesized on glass substrates by the hydrochemical deposition method. Aqueous solutions of mercury (II) nitrate, thiourea, sodium selenosulfate and trisodium citrate were used. Theoretical calculations of the boundary conditions for the formation of mercury sulfide, mercury selenide and mercury oxide were made in the mercury-thiourea-citrate system. According to the performed X-ray and elemental analysis, the obtained film samples are single phase and consist of HgS1 – xSex substitutional solid solutions. The effect of sodium selenosulfate concentration on the S-Se degree of substitution of HgS1 – xSex coatings was investigated. It was established that the x parameter changes from 0.068 to 0.334 with increasing Na2SeSO3 content from 1·10 – 5 to 1·10 – 4 M. At the same time, the HgS1 – xSex structure modification changes from cinnabar to sphalerite. Higher concentrations of sodium selenosulfate give too high formation rate of the final product and, accordingly, it is difficult to obtain coatings. The morphological and optical properties of HgS1 – xSex films were examined. Their surface is solid, smooth and has a small amount of surface defects. The optical transmission of HgS1 – xSex films increases in the investigated wavelength range from 340 to 900 nm. The transmission curve has a jump in the 400 nm region, which shifts to the longer wavelength region with increasing selenium content in HgS1 – xSex, accordingly, the optical band gap of the films decreases from 2.7 to 2.43 eV.