INTERACTION IN THE SYSTEMS Tl2Se–Ga(In)2Se3–SnSe2
DOI:
https://doi.org/10.32782/pcsd-2021-2-8Keywords:
phase diagram, X-ray phase analysis, X-ray structural analysis, quasi-ternary system, isothermal section, single crystal, crystal structureAbstract
Quasi-ternary systems Tl2Se–Ga(In)2Se3–SnSe2 were investigated by physico-chemical analysis methods (differential thermal, X-ray phase, X-ray structural analysis), and their isothermal sections at 520 K in the entire concentration range were plotted. On the section of TlGaSe2–SnSe2 the existence of three compounds Tl2Ga2SnSe6, TlGaSnSe4, and TlGaSn2Se6, was found. The quaternary compounds form in the peritectic reactions L+α↔Tl2Ga2SnSе6 at 956 K, L+Tl3Ga3SnSе8↔Tl- GaSnSе4 at 851 K, and L+SnSе2↔TlGaSn2Sе6 at 833 K. The crystal structure of Tl2Ga2SnSe6 was determined in the tetragonal symmetry, S.G. I4/mcm; а=08095(1), c=0.402(1) nm), TlGaSn2Se6 has trigonal structure (S.G. R3; a=1.03289, c=0.94340 nm). The isothermal section of the Tl2Se–Ga2Se3–SnSe2 system at 520 K contains 9 single-phase fields and 14 regions of two-phase equilibria which separate the concentration triangle into 10 fields of three-phase equilibria. The largest solid solutions ranges are those of the TlGaSе2 and Ga2Se3 compounds. The location of 5 three-phase fields and 11 two-phase equilibria between binary and ternary compounds were identified at the section of the Tl2Se–In2Se3–SnSe2 system at 520 K. Phase diagram of the TlInSe2–SnSe2 section of the eutectic type. The solid solubility range of TlInSe2 along this section reaches 28 mol.%. Single crystals of the solid solutions Tl1‑xGa1‑xSnxSe2 (x=0.05–0.1) and Tl1‑xIn1‑xSnxSе2 (x=0–0.25) that form in the TlGa(In)Se2–SnSe2 systems were grown by the Bridgman-Stockbarger method. According to X-ray diffraction analysis results, it was determined that the grown Tl1-xGa1-xSnxSe2 crystals have monoclinic structure (S.G. C2/c), and the Tl1‑xIn1-xSnx- Sе2 crystals are tetragonal (S.G. I4/mсm).
References
Mozolyuk M.Yu., Piskach L.V., Fedorchuk A.O., Kityk I.V., Olekseyuk I. D., Parasyuk O.V. Phase diagram of the quasi-binary system TlInSe2–SnSe2. J. Alloys Compds. 2011. 509. Р. 2693-2696.
Myronchuk G.L., Davydyuk G.E., Parasyuk O.V., Khyzhun O.Y., Andrievski R.A., Fedorchuk A.O., Danylchuk S.P., Piskach L.V., Mozolyuk M.Yu. J. Mater. Sci: Mater. Electr. 2013. 24. Р. 3555-3563.
Абрикосов Н.Х., Банкина В.Ф., Порецкая Л.В. и др. Полупроводниковые халькогениды и сплавы на их основе. Москва : Наука, 1975. 219 с.
Okamoto H., Massalski T.B. Ga–Se (Gallium–Selenium). Binary Alloy Phase Diagrams. Materials Park, Ohio: ASM International. 1990. 2. P. 1852-1854.
Okamoto H. Ga-Se (Gallium-Selenium). J. Phase Equilib. 2009. 30. Р. 658.
Okamoto H. In–Se (Indium-Selenium). J. Phase Equilib. 1998. 19(4). P. 400.
Караханова М.И., Пашинкин А.С., Новоселова А.В. О диаграмме плавкости системы олово–селен. Неорг. матер. Изв. АН СССР. 1966. 2(7). С. 1186-1189.
Cтасова М.М., Вайнштейн Б.К. Электронографическое определение структуры Tl2Sе. Кристаллография. 1958. 3(2). С. 141–147.
Man L.I., Parmon V.S., Imamov R.M., Avilov A.S. The electron diffraction determination on the structure of the tetragonal phase Tl5Se3. Kristallografiya. 1980. 25. P. 1070-1072.
Barchiy Igor, Tovt Valeriya, Piasecki Michal, Fedorchuk Anatolii, Pogodin Artem I., Filep Michal, Stercho Ivanna. Tl2Se–TlInSe2–Tl4P2Se6 quasiternary system. Ukrainskij Khimicheskij Zhurnal. 2019. 85(2). Р. 101-110.
Khan M.Y. Crystal data for β-Ga2Se3. J. Appl. Cryst. 1977. 10. P. 70-71.
Lubbers D., Leute V. The crystal structure of β-Ga2Se3. J. Solid State Chem. 1982. 43(3). P. 339-345.
Медведева З., Гулиев Т. Выращивание монокристалов селенида индия из газовой фазы. Изв. АН СССР. Неорг. матер. 1965. 1(6). P. 848.
Оsamura К., Murakami J., Тоmilе J. Сrуstal structues оf α- and β-Indium Selenide, In2Se3. Jараn J. Phys. Sос. 1966. 21(9). P. 1848.
Popovic S., Tonejc A., Grzeta-Plencovic B. et al. Revised and new crystal data for indium selenides. J. Appl. Cryst. 1979. 12. P. 416.
Pfitzner А., Lutz Н. Redetermination оf the сrуstal structure оf gamma-In2Se3 by twin crystal Х-Rау method. J. Solid State Chem. 1996. 124. P. 305.
Busch G., Frohlich C., Hulliger F., Steimeier E. Structur, elektrische und thermoelektrische Eigenschaften von SnSe2. Helv. Phys. Acta. 1961. 34(4). P. 359-368.
Олексеюк І.Д., Цісар О.В., Піскач Л.В., Парасюк О.В. Система Tl2Se–Ga2Se3. Наук. вісн. Східноєвроп. нац. ун-ту ім. Лесі Українки. 2014. 20. C. 26-28.
Mucha I. Phase diagram for the quasi-binary thallium(I) selenide–indium(III) selenide system. Thermochim. acta. 2012. 550. P. 1-4.
Лазарев В.Б., Переш Е.Ю., Староста В.И., Мудрый В.В. Фазовые равновесия и свойства соединений в системах Tl2S(Se)–SnS2(Se2). Журн. неорг. химии. 1985. 30(6). С. 1502-1506.
Delgado G.E., Mora A.J., Perez F.V., Gonzalez J. Growth and crystal structure of the layered compound TlGaSe2. Cryst. Res. Technol. 2007. 42. P. 663-666.
Range K.J., Mahlberg G., Obenland S. Hochdruckphasen von TlAlSe2 und TlGaSe2 mit TlSe-Struktur. Z. Naturforsch. 1977. 32. P. 1354–1355.
Mueller D., Eulenberger G., Hahn H. Über ternaere Thalliumchalkogenide mit Thalliumselenidstruktur. Z. Anorg. Allg. Chem. 1973. 398. S. 207-220.
Jaulmes S., Houenou P. Structure crystalline du seleniure d’etain(IV) et de thallium(I): Tl2SnSe3. Mater. Res. Bull. 1980. 15. P. 911-915.
Akinocho G., Houenou P., Oyetola S. et al. Etude structurale de Tl4SnSe4. J. Solid State Chem. 1991. 93. P. 336-340.
Гаджиева А.З., Мардахаев Б.Н., Рустамов П.Г. Синтез и исследования сплавов системы Ga2Se3–SnSe2. Уч. зап. Азерб. ун-та. Сер. хим. 1976. 1. С. 15-20.
Allaphini F., Flahaut J. Foureroy P.H. et al. Diagramme de phases du systeme ternaire GaSe–SnSe–Se. Domaine formatain de verres. Ann. Chim. (France). 1981. 6(6). P. 501-514.
Гаджиева А.З., Рустамов П.Г., Мардахаев Б.Н. Физико-химическое исследование системы In2Se3–SnSe2. Азербайдж. хим. ж. 1973. 5. С. 138-141.
Мозолюк М.Ю. Фазові рівноваги та властивості фаз у системах Тl2X–BIIX–DIVX2 і ТlCIIIX2–DIVX2 (BII–Hg, Pb; CIII–Ga, In; DIV–Si, Ge, Sn; X–S, Se): автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. хім. наук: [спец.] 02.00.01 «неорганічна хімія» /, СНУ імені Лесі Українки. Луцьк, 2013.
Вильке К.-Т. Выращивание кристаллов. Л.: Недра, 1977. 600 с.
Таиров Ю. М. Технология полупроводниковых и диэлектрических материалов. М.: Высш. шк., 1990. 423 с.
Цісар О.В. Системи Tl2X–CIII
X3–DIVX2(CIII – Ga, In; DIV – Ge, Sn; X – S, Se): фазові рівноваги, склоутворення та властивості проміжних фаз: дис... канд. хім. наук: 02.00.01 / СНУ імені Лесі Українки. Луцьк, 2018. 144 с.
Babizhetskyy Volodymyr, Levytskyy Volodymyr, Smetana Volodymyr, Wilk-Kozubek Magdalena, Tsisar Oksana, Piskach Lyudmyla, Parasyuk Oleg and Mudring Anja-Verena. New cation-disordered quaternary selenides Tl2Ga2TtSe6 (Tt = Ge, Sn). Z. Naturforsch. 2020. 75(1–2)b. P. 135-142.
Daniel Friedrich, Hye Ryung Byun, Shiqiang Hao, Shane Patel, Christopher Wolverton, Joon Ik Jang, and Mercouri G. Kanatzidis Layered and Cubic Semiconductors AGaM Q4 ( A+ = K+, Rb+, Cs+, Tl+; M 4+ = Ge4+, Sn4+; Q2- = S2-, Se2-) and High Third-Harmonic Generation. J Am Chem Soc. 2020. 142(41):17730-17742.
Parasyuk O.V., Babizhetskyy V.S., Khyzhun O.Y. et al. Novel quaternary TlGaSn2Se6 single crystal as promising material for laser operated infrared nonlinear optical modulators. Crystals. 2017. 7(341).
Khyzhun O.Y., Parasyuk O.V., Tsisar O.V., Piskach L.V., Myronchuk G.L., Levytskyy V.O., Babizhetskyy V.S. New quaternary thallium indium germanium selenide TlInGe2Se6: Crystal and electronic structure. Journal of Solid State Chemistry. 2017. 254. P. 103-108.
Davydyuk G.E., Khyzhun O.Y., Reshak A.H., Kamarudin H., Myronchuk G.L., Danylchuk S.P., Fedorchuk A.O., Piskach L.V., Mozolyuk M.Yu., Parasyuk O.V. Photoelectrical properties and the electronic structure of Tl1‑xIn1‑xSnxSe2 (x=0, 0.1, 0.2, 0.25) single crystalline alloys. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. 15. P. 6965-6972.
Myronchuk G.L., Davydyuk G.E., Parasyuk O.V., Khyzhun O.Y., Andrievski R.A., Fedorchuk A.O., Danylchuk S.P., Piskach L.V., Mozolyuk M.Yu. Tl1-xIn1-xSnxSe2 (x=0, 0.1, 0.2, 0.25) single-crystalline alloys as promising non-linear optical materials. J. Mater. Sci: Mater. Electr. 2013. 24. P. 3555-3563.
Махновець Г.В., Мирончук Г.Л., Парасюк О.В. Оптичні властивості кристалів системи Tl1‑xGa1-xSnxSe2 (x=0,05; 0,1). Науковий вісник Чернівецького університету. Хімія. 2016. 781. С. 75-79.
Парасюк О., Піскач Л., Мирончук Г., Замуруєва О., Махновець Г., Цісар О., Бабіжецький В., Левицький В. Одержання кристалів TlGa(In)Se2 та вплив катіонного заміщення на їхні фізичні параметри. Праці наукового товариства ім. Шевченка. Хімічні науки. 2017. 48. С. 64-74.
Tsisar O.V., Piskach L.V., Marushko L.P., Kadykalo E.M., Myronchuk G.L., Makhnovetz A., Denysyuk M., Reshakd A.H., El-Naggar A.M., Albassamg A.A., Kityk I.V. Optical features of novel semiconducting crystals Tl1‑xGa1–xSnxSe2 (x=0.05; 0.1). Optik. 2020. 206. 163572(8).
Кажукаускас В., Мирончук Г.Л., Гарбачаускас Р., Парасюк О.В., Савіцкі С., Новосад О.В., Данильчук С.П., Піскач Л.В. Низькотемпературна фотопровідність та термостимульована провідність монокристалів Tl1‑xIn1‑xSnxSe2. Сенсорна електроніка та мікросистемні технології. 2018. 15(1). C. 53-62.
Novosad O., Myronchuk G., Danylchuk S., Zamurueva O., Piskach L., Kityk I., Piasecki M., Tsisar O. Specific Features of Photoconductivity of Tl1‑xIn1‑xSnxSe2 Monocrystals at Low Temperatures. Physics and Chemistry of Solid State. 2019. 20(1). P. 50-55.
Махновець Г.В., Мирончук Г.Л., Парасюк О.В. Оптичні властивості кристалів системи Tl1-xGa1-xSnxSe2 (x=0,05; 0,1). Науковий вісник Чернівецького університету: Зб. наук. праць.: Хімія. Чернівці: Чернівецький національний університет, 2016. 781. С. 75-80.
Zamurueva O.V., Myronchuk G.L., Ozga K., Szota M., El-Naggar A.M., Albassam A.A., Parasyuk O.V., Piskach L.V., Kityk I.V. Transport phenomena in the single crystals Tl1-xIn1-xGexSe2 (x=0.1, 0.2). Archives of Metallurgy and Materials. 2015. 60(3). P. 2025-2028.
Myronchuk G.L., Danylchuk S.P., Zamurueva O.V., Piskach L.V., Kityk I.V., Piasecki M.V., Tsisar O.V. Особливості фотопровідність монокристалів Tl1-xIn1-xSnxSe2 при низьких температурах. Фізика і хімія твердого тіла. 2019. 20(1). С. 50-55.