Документ описывает способ получения пленок сульфида кадмия через пиролиз аэрозоля с использованием унитиолатного комплекса кадмия при температуре подложки 240-250°C. Целью изобретения является снижение температуры подложки по сравнению с прототипом, что улучшает параметры процесса синтеза. Это обеспечивается использованием 2,3-димеркаптопропансульфоната натрия в качестве лиганда.

1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28831
(51) C30B 29/50 (2006.01)
C30B 29/00 (2006.01)
C30B 25/02 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/0880.1
(22) 28.06.2013
(45) 15.08.2014, бюл. №8
(72) Мажибаев Асылжан Кенжекереевич; Надиров
Рашид Казимович; Сабиралиева Жанат Ыбрайқызы;
Тулембаева Дана Дюсембековна
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Казахский
национальный университет им. аль-Фараби"
Министерства образования и науки Республики
Казахстан
(56) Наумов А.В., Семенов В.Н., Гончаров Е.Г.
Свойства пленок CdS, полученных из
координационных соединений кадмия с
тиомочевиной // Неорган. Матер. - 2001, Т. 37, №6,
с.647-652.
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК
СУЛЬФИДА КАДМИЯ
(57) Изобретение относится к области
неорганической химии, а именно к химической
технологии полупроводниковых материалов, в
частности, к получению пленок сульфида кадмия,
которые могут быть использованы в изготовлении
фотоэлектрических тонкопленочных
преобразователей энергии.
Технический результат - снижение температуры
подложки при пиролизе аэрозоля с получением
пленки сульфида кадмия.
Предлагаемый способ позволяет снизить
температуру подложки при пиролизе аэрозоля с
получением пленки сульфида кадмия.
Способ заключается в том, что синтезируют
унитиолатный комплекс кадмия в водном растворе и
распыляют полученный результат на подложку,
нагретую до 240-250°С.
(19)KZ(13)A4(11)28831

2. 28831
2
Заявляемое изобретение относится к области
неорганической химии, а именно к химической
технологии полупроводниковых материалов, в
частности, к получению пленок сульфида кадмия,
которые могут быть использованы в изготовлении
фотоэлектрических тонкопленочных
преобразователей энергии.
Известен способ получения пленок сульфида
кадмия (Файнер Н.И. и др. «Способ получения
пленок сульфида кадмия», Патент РФ №2055948,
МПК С30В 25/00, С30В 29/00, опубл. 10.03.1996)
путем переноса летучего соединения на основе
бис(о-
фенантролин)бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия из
зоны его источника в зону осаждения потоком газа-
носителя и термического разложения пара этого
соединения на нагретой подложке. Процесс
проводят при температуре источника 200-250°С и
температуре подложки 450-600°С.
Недостатком способа с использованием бис(о-
фенантролин)бис(диэтил-дитиокарбамато)кадмия
являются плохая воспроизводимость параметров
процесса синтеза тонких пленок CdS, высокий
расход комплексного соединения, вызванные
недостаточной термической устойчивостью
твердого бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия и
дороговизны исходного соединения лиганда.
Известен способ получения тонких пленок
сульфида кадмия методом пиролиза аэрозоля (Guang
Ming Wu et.al. Study of Transmittance of CdS Thin
Films Prepared by Spray Pyrolysis // Applied
Mechanics and Materials. Vol. 130-134 (2012). p.1011-
1015.)
Недостатком данного способа является высокая
(350°С) температура подложки, на которую
распыляется аэрозоль прекурсора.
Известен способ получения полупроводникового
нестехиометрического сульфида меди Сu1.96S
(Ugur D., Arslan H., Kulcu N. Synthesis,
characterization, and thermal behavior of l,l-dialkyl-3-
(4-(3,3-dialkylthioureidocarbonyl)-benzoyl)thiourea and
its Cu(II), Ni(II) and Co(II) complexes // Коорд. хим. -
2006. - Т. 32, №9. с.697-704.).
Недостатками такого способа являются
сложность синтеза исходного комплекса,
дороговизна соединения - лиганда, трудности,
связанные с непрерывным удалением газообразных
продуктов из зоны реакции.
Наиболее близким к предлагаемому является
способ (прототип) получения полупроводникового
сульфида кадмия из тиомочевинных
координационных соединений (Наумов А.В.,
Семенов В.Н., Гончаров Е.Г. Свойства пленок CdS,
полученных из координационных соединений
кадмия с тиомочевиной // Неорг. матер. - 2001. - Т.
37, №6. с.647-652.). Способ предполагает синтез
исходного комплексного соединения кадмия с
тиомочевинной, а затем пиролиз его аэрозоля на
предварительно нагретую подложку, в результате
которого образуются тонкие слои сульфида кадмия.
Недостатком этого способа является высокая
температура синтеза (около 350°С).
Задача изобретения - разработать способ
получения пленок сульфида кадмия пиролизом
аэрозоля с более низкой температурой подложки по
сравнению с прототипом.
Технический результат - снижение температуры
подложки по сравнению с прототипом при пиролизе
аэрозоля с получением пленки сульфида кадмия.
Технический результат достигается
предлагаемым способом получения пленок
сульфида кадмия, включающим синтез исходного
комплексного соединения кадмия с
серосодержащим лигандом в водном растворе,
пиролиз его аэрозоля на нагретой подложке, но, в
отличие от известного, в качестве лиганда
используется 2,3-димеркаптопропансульфонат
натрия (унитиол), а температура подложки
находится в пределах 240-250°С.
Методами термогравиметрии, ИК
спектроскопии, рентгенофазового анализа
обнаружено, что процесс термического разложения
унитиолатного комплекса кадмия включает в себя
три стадии: 1) дегидратация; 2) деструкция
координированных молекул унитиола с
образованием сульфида металла; 3) дальнейшие
термические превращения сульфида кадмия.
Имеет место следующая общая схема
разложения термолиза унитиолатного комплекса
кадмия, полученного на основе ацетата кадмия:
Na2[Cd2(HL)2(H2O)2]   K368
Na2[Cd2(HL)2(H2O)2]+2Н2O
  K368
Na2[Cd2(HL)2]+2Н2O    K753503
CdS; Na2SO4; СO2; Н2O; H2S↑;
Образование сульфида кадмия начинается при
230°С. Однако при проведении процесса синтеза
при этой температуре в составе пленки, кроме
сульфида кадмия, обнаружены промежуточные
продукты термического разложения унитиолатного
комплекса. При 240-250°С образуется пленка с
содержанием CdS около 70%. При дальнейшем
повышении температуры вследствие присутствия
окислительной среды (кислород воздуха)
происходит окисление сульфида кадмия до оксида и
сульфата. Следовательно, в таких условиях
содержание сульфида кадмия в пленках резко
снижается.
Пример 1 (по прототипу). Смешиванием 100 мл.
36,6%-го раствора CdCl2 и 15,2 г. N2H4CS получают
раствор тиомочевинного комплекса кадмия.
Распыляют 100 мл полученного раствора при
помощи пульверизатора со скоростью 15 мл/мин с
расстояния 40 см на нагретую до 350°С кварцевую
подложку. Определенное методом количественного
ИК-спектроскопического анализа содержание
сульфида кадмия в пленке, полученной на
подложке, составляет 72%.
Пример 2. Эксперимент проводят в условиях,
приведенных в примере 1, однако температура
подложки составляет 250°С. Содержание сульфида
кадмия в пленке, полученной на подложке,
составляет 60%, то есть при снижении температуры
подложки содержание сульфида кадмия в пленке
снижается.
Пример 3. (заявляемый способ). Растворением
4,2 г. С3Н7S3О3Nа·0,5Н2О и 2,02 г. Cd(CH3COO)2 в

3. 28831
3
50 мл дистиллированной воды получают раствор
унитиолатного комплекса кадмия. Далее
эксперимент проводят как в примере 2. Содержание
сульфида кадмия в пленке, полученной на
подложке, составляет 72,5%.
Пример 4. Эксперимент проводят в условиях,
приведенных в примере 3, однако температура
подложки составляет 230°С. Содержание сульфида
кадмия в пленке, полученной на подложке,
составляет 70%.
Пример 5. Эксперимент проводят в условиях,
приведенных в примере 3, однако температура
подложки составляет 350°С. Содержание сульфида
кадмия в пленке, полученной на подложке,
составляет 58,4%.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ получения пленок сульфида кадмия,
включающий синтез исходного комплексного
соединения кадмия с серосодержащим лигандом в
водном растворе, пиролиз его аэрозоля на нагретой
подложке, отличающийся тем, что в
качестве лиганда используют 2,3-
димеркаптопропансульфонат натрия (унитиол), а
температура подложки находится в пределах 240-
250°С.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч