Dobijte kadmijum sulfid koristeći sumporovodičnu vodu kao talog. Obratite pažnju na boju i prirodu sedimenta. Napišite jednačinu reakcije. Ocijedite tečnost iz taloga i dodajte joj razrijeđeni rastvor. HCl. Da li se talog otapa? Koristeći vrijednosti proizvoda rastvorljivosti, objasnite zašto se cink sulfid i kadmijum sulfid različito tretiraju HCl.
Iskustvo 8. kompleksna jedinjenja kadmijuma
U otopinu kadmijum sulfata dodavati kap po kap otopinu amonijaka dok se prvobitno formirani talog ne otopi. Napišite jednadžbu reakcije, uzimajući u obzir da je koordinacijski broj kadmijuma u rezultirajućem kompleksnom spoju četiri. Napišite jednadžbu za elektrolitičku disocijaciju dobijenog kompleksnog jedinjenja i izraz za konstantu nestabilnosti kompleksnog jona.
Iskustvo 9. hidroliza soli kadmija
a) Ispitati sa rastvorom neutralnog lakmusa reakciju medijuma sa rastvorom kadmijum sulfata. Objasnite uočeni fenomen. Napišite jednadžbu reakcije hidrolize u molekularnom i ionskom obliku.
b) U rastvor kadmijum sulfata dodati rastvor natrijum karbonata. Posmatrajte stvaranje taloga. Produkt koje faze hidrolize je nastala supstanca? Napišite molekularne i ionske jednadžbe za reakcije hidrolize kadmij karbonata u koracima.
Iskustvo 10. Hidroliza ŽIVE (II) SOLI
a) Rastvorite nekoliko kristala živinog sulfata ili nitrata (II) u maloj količini vode. Posmatrajte stvaranje taloga bazične soli. Testirajte reakciju medija sa lakmusom. Napišite jednačinu reakcije.
b) Uradite isti eksperiment, prvo zakiselivši vodu razrijeđenim rastvorom HNO3. Uporedite rezultate. Objasnite uočeni fenomen.
Iskustvo 11. dobijanje oksida žive (I)
Do rješenja Hg(NO 3) 2 dodati rastvor alkalije. Šta se dešava? Obratite pažnju na boju nastalog taloga. Napišite jednadžbu reakcije i strukturnu formulu Hg2O.
Iskustvo 12. dobijanje kalomela
Od rastvorljive soli žive (I) dobija se kalomel. Napišite jednačinu reakcije.
BAKAR, srebro, zlato.
Laboratorija #6
Target: 1) eksperimentalno istražiti svojstva bakra i njegovih jedinjenja;
2) proučavanje svojstava jedinjenja srebra.
Iskustvo 1. svojstva bakra
(Radite u haubi)
a) Interakcija bakra sa kiselinama
Sipajte razrijeđene i koncentrirane otopine kiseline u odvojene epruvete do male količine bakrenih strugotina. HCl, H 2 SO 4 i HNO 3.
Posmatrajte šta se dešava. One epruvete u kojima reakcija nije započela, zagrijavaju ( pažljivo!). Da li bakar reaguje sa svim kiselinama? Obratite pažnju na boju rastvora. Prisustvo kog jona uzrokuje ovu boju? Odredite prema karakterističnom mirisu i boji gasove koji se oslobađaju kao rezultat reakcije.
Napisati jednačine reakcija, objasniti izbor koeficijenata.
Donesite zaključak o redukcijskim svojstvima bakra.
b) Interakcija bakra sa jonima manje aktivnih metala
Koristeći elektrohemijski niz napona metala, odredite koji metalni joni u otopinama njihovih soli mogu oksidirati bakar.
U rastvor živinog (II) nitrata spustite kraj bakarne žice, prethodno očišćen brusnim papirom. Koji su znaci hemijske reakcije? Napišite jednačinu reakcije.
Eksperiment 2. Priprema i svojstva bakar (II) hidroksida
a) Dobiti talog bakar (II) hidroksida. Obratite pažnju na boju i prirodu sedimenta. Napišite jednačinu reakcije.
b) Eksperimentalno dokazati da bakar (II) hidroksid pokazuje amfoterna svojstva. Napišite jednadžbe reakcija u molekularnom i ionskom obliku.
in) Dobiti talog bakar hidroksida. Promućkajte tečnost sa talogom i zagrejte do ključanja. Zašto se promijenila boja taloga? Napišite jednačinu reakcije. Kakav zaključak se može izvesti o termičkoj stabilnosti bakar (II) hidroksida?
Eksperiment 3. Hidroliza soli bakra (II).
a) Testirajte rastvor soli bakra (II) sa indikatorskim papirom. Kakva je reakcija okoline? Napišite jednadžbu za reakciju hidrolize.
b) Dodati rastvor natrijum karbonata u rastvor bakar (II) sulfata. Koji su znaci hemijske reakcije? Napišite jednadžbu reakcije za interakciju bakar (II) sulfata sa natrij karbonatom uz učešće vode.
Iskustvo 4. primanja i svojstva
Kompleksna so bakra (II)
U rastvor bakar (II) sulfata dodavati kap po kap rastvor amonijaka dok se talog osnovne soli koji se taloži na početku ne otopi. Napišite jednadžbe reakcija. Koji jon sadrži atome bakra? Koje je boje dobijeni jon? Napišite jednadžbu za elektrolitičku disocijaciju formirane kompleksne soli i napišite izraz za konstantu nestabilnosti kompleksnog jona. Eksperimentalno dokazati da u otopini ima sulfatnih jona.
Koristeći tablicu proizvoda topljivosti, odaberite reagens pomoću kojeg možete detektirati ione bakra (II) u otopini kompleksne soli.
Doživite 5. halogenidi srebra
a) Dobiti srebrne halide. Obratite pažnju na prirodu i boju dobijenih jedinjenja. Napišite jednadžbe reakcija. Testirajte omjer padavina prema HNO3. Zašto se halogenidi srebra ne rastvaraju HNO3?
b a) Dobiti talog halogenog srebra, filtrirati i isprati vodom. Testirajte uticaj svjetlosti na njih (po mogućnosti direktne sunčeve svjetlosti). Napišite jednadžbe reakcija.
Kadmijum sulfid je jedan od najčešće proučavanih tankoslojnih poluprovodničkih materijala. Taloženje slojeva prikladnih po kvaliteti za proizvodnju solarnih ćelija provodi se različitim metodama. To uključuje: vakuumsko isparavanje, usitnjavanje praćeno pirolizom, ionsko raspršivanje, molekularnom snopom i plinskom epitaksijom, taloženje transporta gasa kvazi zatvorenog volumena, hemijsko taloženje pare, sitotisak, taloženje rastvora, eloksiranje i elektroforezu.
3.2.7.1 Strukturna svojstva
Filmovi dobijeni vakuumskim isparavanjem i namijenjeni za stvaranje solarnih ćelija obično imaju debljinu od 15...30 µm, a njihovo taloženje se vrši brzinom od 0,5...3 µm/min pri temperaturi podloge od 200... 250 °C i temperatura isparivača 900...1050 °S. Pod ovim uvjetima, filmovi kristaliziraju u strukturi wurtzita i orijentirani su tako da je ravan (002) paralelna, a c osa okomita na površinu supstrata. Kao što je prikazano na sl. 4.2, filmovi imaju stupastu strukturu, pri čemu svaki stupac predstavlja zasebno zrno. Veličina zrna u takvim filmovima obično varira od 1 do 5 µm, iako su zabilježena veća zrna do 10 µm. Treba napomenuti da se tanji filmovi sastoje od finijih dezorijentisanih zrna. Na kristalnu strukturu i mikrostrukturu filmova značajno utiče temperatura supstrata tokom procesa taloženja.
Vankar i saradnici i Das, proučavajući ovisnost strukturnih svojstava filmova dobivenih vakuumskim isparavanjem o temperaturi supstrata, otkrili su da su kristalografska struktura i parametri kristalne rešetke filmova u velikoj mjeri određeni temperaturom njihovog taloženja. Filmovi dobijeni na temperaturi supstrata u rasponu od sobne temperature do 150°C imaju sfaleritnu strukturu, dok pri temperaturi supstrata od 170°C i više, filmovi kristaliziraju u strukturi vurcita. U temperaturnom rasponu od 150 do 170°C, filmovi imaju dvofaznu strukturu koja se sastoji od mješavine sfalerita i wurtzita. Na temperaturi taloženja koja je jednaka ili veća od 200°C, formiraju se filmovi sa pretežnom orijentacijom zrna. Povećanje temperature taloženja filma dovodi do povećanja veličine zrna. Dimenzije površinskih nepravilnosti filmova prvo se povećavaju s povećanjem temperature podloge, a zatim se smanjuju na temperaturama iznad 150 °C, vjerovatno zbog ponovnog isparavanja. Školjke su pronađene u filmovima deponiranim na temperaturama iznad 200 °C.
Za dobijanje zrna veličine od 100...800 µm, Fraaz i saradnici su izvršili rekristalizaciju filmova dobijenih vakuumskim isparavanjem toplotnom obradom u struji.U ovom slučaju se promenila orijentacija ose c kristalne rešetke. i uočeno je uništavanje stupaste mikrostrukture filmova. Prema Amitovim rezultatima, kako se debljina filma povećava, zrna se grubljaju, povećava se njihov stepen preferencijalne orijentacije, kao i stepen orijentacije c ose prema isparivaču; osim toga, povećavaju se dimenzije površinskih nepravilnosti. Hall primjećuje da u filmovima neposredno nakon taloženja, os zrna c obično odstupa od normale na površinu supstrata za prosječni ugao od 19°. Kriva raspodjele ugla odstupanja c ose u odnosu na prosječnu vrijednost ima glatki oblik, a poluširina distribucije na nivou koji odgovara polovini maksimuma je 10...12°. Kao rezultat naknadne termičke obrade filmova na temperaturi od 190°C i visokom pritisku, pola širine ove distribucije na polumaksimalnom nivou smanjuje se na 3°.
Na osnovu rezultata elektronskih mikroskopskih studija, Tseng je zaključio da gornji sloj filmova sa strukturom vurcita sadrži zrna sa nagnutim granicama i njihov dezorijentacioni ugao varira od 9 do 40°. Glavni dio granica zrna je paralelan jedna s drugom. Dere i Parik su istakli da je stepen uređenosti strukture, savršenstvo kristalne rešetke i kvalitet
Fasetiranje kristalita se povećava kada se stvara dublji vakuum tokom taloženja filma. Autori su pokazali da se visokokvalitetni filmovi mogu dobiti u širokom rasponu omjera koncentracija, ali se najbolji rezultati postižu omjerom od 1,5. Osim toga, filmovi u kojima koncentracija dopanta (u ovom slučaju indija) dosegne granicu rastvorljivosti imaju savršeniju kristalnu strukturu.
Najvažniji parametar koji utječe na kristalografske karakteristike i mikrostrukturu filmova dobivenih raspršivanjem nakon čega slijedi piroliza je temperatura supstrata tokom taloženja. Međutim, veličina zrna i stepen njihove orijentacije (ako raste uređena struktura) zavise i od niza drugih faktora, uključujući sastav soli sadržane u rastvoru za prskanje, odnos koncentracija kationa i anjona. , kao i o vrsti dopanta.
Rice. Slika 3.14 ilustruje uticaj omjera temperatura supstrata, debljine filma, dopanta, prisutnosti drugih slojeva na podlozi i žarenja nakon taloženja na stepen orijentacije filma.Treba napomenuti da ovi rezultati nisu opšte prirode. te da su razni autori dobili filmove različitih usmjerenja. Filmovi naneseni otopinom soli octene kiseline sastoje se od vrlo finih zrnaca. Kada se koriste otopine klorida, formiraju se veća zrna s određenom orijentacijom c ose. Tipično, u filmovima dobijenim prskanjem praćenom pirolizom, veličina zrna je, međutim, prema izvještajima nekih autora, može doseći prisustvo takvih nečistoća koje pospješuju grubljenje zrna; nerastvorljive nečistoće, poput onih koje su prisutne u bilo kojoj značajnoj koncentraciji, sprječavaju rekristalizaciju filmova i također uzrokuju naglo smanjenje veličine zrna i kršenje njihove željene orijentacije.
Zbog taloženja na granicama zrna, površina filmova poprima labirintsku strukturu. Površinski reljef filmova od nedopiranog i dopiranog kadmijum sulfida prikazan je na Sl. i Bube napominju da se folije taložene prskanjem zatim
(kliknite za pregled skeniranja)
piroliza na podlogama s niskim i visokim temperaturama kristalizira u strukturi sfalerita, odnosno wurtzita. Međutim, prema Banerjee et al., tip formirane kristalne strukture ne zavisi od temperature taloženja filma. Posebna svojstva filmova dobivenih ovom metodom su njihova visoka adhezija na podlogu i prisutnost kontinuiteta čak i pri maloj debljini.
Filmovi deponovani ionskim raspršivanjem karakterišu viši stepen orijentacije c ose u poređenju sa filmovima dobijenim vakuumskim isparavanjem. Osim toga, uz istu debljinu, filmovi proizvedeni metodom ionskog raspršivanja sadrže manji broj prolaznih pora. Ovi filmovi se obično sastoje od manjih zrna, međutim, imaju stupastu strukturu. Filmovi formirani tokom jonskog raspršivanja uvijek kristaliziraju u heksagonalnoj strukturi s dominantnom orijentacijom c ose u odnosu na normalu na površinu supstrata. Peel i Murray napominju da kod ove metode taloženja filma sadrže čestice ioniziranog plina zarobljene u procesu rasta, u kojima se pobuđuje pražnjenje. Mitchell et al., koristeći taloženje gas-transportom u kvazi zatvorenom volumenu, dobili su filmove debljine 1...3 μm sa veličinom zrna u istom rasponu i nisu pronašli vezu između veličine zrna i supstrata. Prema rezultatima Yoshikawe i Sakaija, temperatura podloge utiče na površinsku morfologiju filmova nanesenih ovom metodom, a da bi se dobila glatka površina, supstrat se mora zagrijati na visoku temperaturu. Međutim, rast brkova se opaža na vrlo visokim temperaturama. Tokom transportnog taloženja filmova u kvazi zatvorenom volumenu, c osa njihove kristalne rešetke je usmjerena gotovo okomito na ravan supstrata.
Epitaksijalni filmovi su dobiveni na podlogama spinela Filmovi uzgojeni epitaksijom molekularnim snopom na površini spinela imaju vurcitnu strukturu, a pri korištenju supstrata sfaleritnu strukturu. Metoda plinske epitaksije korištena je za nanošenje monokristalnih slojeva heksagonala
modifikacijama na (111), (110) i (100) stranama kristala, zabilježeni su sljedeći tipovi heteroepitaksijalnog rasta:
Filmovi deponovani iz rastvora sastoje se od finih zrna veličine ne više.Smanjenjem brzine rasta filma i povećanjem temperature kupatila nastaju veća zrna. Struktura filmova uzgojenih na ovaj način može varirati ovisno o uvjetima taloženja. Filmovi dobijeni iz rastvora koji sadrži kompleksno jedinjenje, kada se promene parametri procesa taloženja, kristalizuju u strukturi sfalerita, vircita ili u mešovitoj strukturi, dok upotreba rastvora koji sadrže kompleksna jedinjenja uvek dovodi do stvaranja filmova koji imaju wurtzit struktura sa c osom okomitom na podlogu.
3.2.7.2 Električna svojstva
Promjena uslova taloženja drastično mijenja električna svojstva tankih filmova Filmovi proizvedeni vakuumskim isparavanjem i koji se koriste u solarnim ćelijama obično imaju otpornost od Ω cm i koncentraciju nosača od . Filmovi uvijek imaju -tip provodljivosti, što je posljedica odstupanja njihovog sastava od stehiometrijskog zbog prisustva slobodnih mjesta sumpora i viška količine kadmijuma. Mobilnost nosioca je . Prema rezultatima mjerenja, dužina difuzije manjinskih nosača u filmovima deponiranim vakuumskim isparavanjem varira od 0,1 do 0,3 μm. Koncentracija nosača raste sa povećanjem brzine rasta filmova i povećanjem njihove debljine 1113]; u ovom slučaju se opaža odgovarajući pad otpornosti.
Električna svojstva filmova u velikoj mjeri zavise od omjera koncentracija atoma u procesu isparavanja, kao i od prisutnosti dodataka. Filmovi dopirani tokom taloženja čiji je omjer koncentracije 1,5 odlikuju se najvišim električnim i strukturnim karakteristikama. Niske vrijednosti otpornosti, koje dostižu Ω cm pri pokretljivosti nosača, dobivene su za filmove s koncentracijom indija jednakom 3.15 prikazuje zavisnosti otpornosti i pokretljivosti nosilaca o odnosu koncentracija
Rice. 3.15. Ovisnosti otpornosti i pokretljivosti nosača u filmovima dobivenim vakuumskim isparavanjem i dopiranim indijem o odnosu koncentracija atoma u koncentraciji koncentracije toka pare
za dva filma različitih koncentracija taloženih vakuumskim isparavanjem. Wang je izvijestio da s povećanjem masenog udjela na približno do, koncentracija nosača raste za gotovo tri reda veličine, a njihova mobilnost također značajno raste. Pri većem sadržaju dopanta koncentracija nosača se ne povećava, a njihova pokretljivost se blago smanjuje. Međutim, pri niskim razinama dopinga indijem, filmove karakteriziraju niske vrijednosti i koncentracije i mobilnosti nosača. Tokom taloženja dopiranih filmova (sa sadržajem indija od -2%), koncentracija nosača i njihova pokretljivost, kao što je prikazano na sl. 3.16 vrlo slabo zavise od temperature podloge u širokom temperaturnom rasponu. Dopiranje filmova bakrom dovodi do suprotnog efekta - smanjenja koncentracije nosača i povećanja otpornosti za nekoliko redova veličine. Osim toga, smanjuje se mobilnost elektrona.
Nekoliko autora proučavalo je mehanizam transporta nosioca naboja u filmovima dobivenim vakuumskim isparavanjem. Dappy i Kassing povezuju karakteristike električnih svojstava filmova sa preovlađujućim uticajem dubokih nivoa istog tipa, čija je pojava posledica slobodnih mesta sumpora. Energetske karakteristike ovih nivoa određuju se brojem slobodnih mesta sumpora, a ako je njihova koncentracija niska, onda lokalni nivoi
Rice. 3.16. Ovisnosti koncentracije i pokretljivosti nosača o temperaturi supstrata za nedopirane i indijem dopirane filmove dobivene diskretnim isparavanjem.
uklonjeno od ruba provodljivog pojasa za oko .. Prijavljeno je da se nečistoća formira pri visokoj koncentraciji slobodnih mjesta. Dare i Parik pronašli su energetski nivo sa energijom aktivacije, a Bube napominje da je u filmovima proizvedenim metodom isparavanja i koji sadrže plitke nivoe donora, u nedostatku osvjetljenja, koncentracija elektrona u temperaturnom rasponu od 200 do 330 K zapravo nezavisna temperature. Energija aktivacije pronađena iz temperaturne ovisnosti koncentracije elektrona varira od do. Prema temperaturnoj ovisnosti mobilnosti nosača, čiji je predeksponencijalni faktor jednak vrijednostima energije aktivacije su u rasponu od 0,11 do 0,19 eV. Kod filmova nanesenih ovom metodom, na proces prijenosa nosioca naboja značajno utiču strukturna svojstva i elektrofizičke karakteristike granica zrna. Filmovi su neosjetljivi na svjetlost odmah nakon isparavanja. Međutim, nakon uvođenja atoma bakra u film (difuziona metoda), uočava se značajna fotokonduktivnost, a u uvjetima visokog stupnja fotoekscitacije koncentracija elektrona je niža i njihova mobilnost veća nego u filmovima koji ne sadrže bakar.
Električna svojstva filmova dobijenih usitnjavanjem praćenom pirolizom određena su uglavnom karakteristikama procesa hemisorpcije kiseonika na granicama zrna, praćenog smanjenjem
koncentracija i mobilnost nosilaca. Zbog prisutnosti slobodnih mjesta za sumpor, takvi filmovi uvijek imaju provodljivost tipa -tip, a njihova otpornost može varirati u vrlo širokom rasponu, razlikuju se do osam redova veličine. Naknadno žarenje filmova na zraku dovodi do povećanja njihove otpornosti do približno do i pojave jake fotoprovodljivosti. Prema laboratorijskim mjerenjima autora, otprilike 1 ms nakon uključivanja izvora svjetlosti, provodljivost filmova se povećava za faktor . Kao rezultat vakuumskog žarenja filmova, njihova otpornost se smanjuje na , a fotokonduktivnost se također gasi, što ukazuje na reverzibilnost procesa hemisorpcije i desorpcije kisika. Ovisnost otpornosti filmova o temperaturi žarenja ilustrovana je na Sl. 3.17 a.
Detaljno eksperimentalno istraživanje parametara procesa prijenosa elektrona u filmovima provelo je nekoliko autora. Ma i Bube su pronašli oscilatorni karakter promjene električne provodljivosti, koncentracije nosača i pokretljivosti ovisno o temperaturi taloženja filma. Brzina hlađenja filmova (na kraju njihovog rasta) utječe na kinetiku hemisorpcije i stoga također utječe na proces prijenosa elektrona. Kwok i Sue, koji su proučavali filmove dobivene prskanjem praćenom pirolizom, primjećuju da se povećanjem njihove debljine, praćeno grubljenjem zrna, povećava tamna koncentracija i pokretljivost nosača. Na sl. 3.17, b prikazuje zavisnosti koncentracije i pokretljivosti nosača o debljini filma u prisustvu i odsustvu osvjetljenja. Merenja Holovog efekta i termo-emf sa. u osvijetljenim uzorcima pokazuju da pod djelovanjem svjetlosti dolazi do promjene koncentracije ili pokretljivosti nosača, a moguće i oba parametra istovremeno. Koja se od njih u većoj mjeri mijenja ovisi o relativnom utjecaju svojstava mikrostrukture (veličine zrna) i toplinske obrade nanesenog filma (prisustva hemosorbiranog kisika) na protok struje. Prema mjerenjima, dužina difuzije rupa u filmovima dobivenim usitnjavanjem i pirolizom je 0,2...0,4 µm.
Filmovi odmah nakon taloženja raspršivanjem imaju visoku otpornost, koja dostiže 108 Ohm-cm. Zajedničko raspršivanje proizvodi filmove sa otpornošću od 1 Ω-cm i pokretljivošću nosača približno jednakom
Rice. 3.17. Temperaturne ovisnosti tamne otpornosti filmova nanesenih raspršivanjem praćeno pirolizom, žarenjem u vakuumu i atmosferi različitih plinova (a). Tačka A određuje otpornost filmova neposredno nakon taloženja, krivulju promjene otpornosti filmova tokom žarenja u vakuumu, krivulju otpornosti filmova žarenih u atmosferi vakuuma ili inertnog plina mjerenu na različitim temperaturama, tačku je otpornost filmova žarenih u vakuumu.
Ovisnosti pokretljivosti i koncentracije nosača o debljini filmova dobivenih usitnjavanjem nakon čega slijedi piroliza pod osvjetljenjem, u mraku.
Lichtensteiger je dobio dopirane filmove tipa -sa pokretljivošću rupa.Koncentracija nosača u filmovima dopiranim indijem (prema mjerenjima, atomski sadržaj se odnosi na električna svojstva filmova dobivenih ionskim raspršivanjem slični su filmovima nastalim isparavanjem.Peal i Murray koristiti Poole-Frenkel efekat za tumačenje rezultata mjerenja provodljivosti u jakom električnom polju. Prema Hillu, u filmovima deponiranim
koristeći ionsko raspršivanje i visoko pokretne nosače, difuzijska dužina elektrona je
Filmovi dobijeni hemijskim taloženjem iz rastvora imaju -tip provodljivosti, a njihov otpor, koji je , nakon žarenja u vakuumu opada na . Ovo smanjenje otpornosti, koje je također karakteristično za filmove stvorene metodom pulverizacije, povezano je sa desorpcijom kisika. Naknadno zagrijavanje filmova na zraku ili u atmosferi kisika može dovesti do vraćanja početnih vrijednosti otpora. Prema eksperimentalnim podacima Pavaskara i sar., u osvijetljenim uzorcima koncentracija nosača je približno jednaka, a njihova pokretljivost je - . Kao rezultat žarenja na zraku, filmovi naneseni iz otopine postižu visoku fotoosjetljivost. Filmovi dobijeni sitotiskom također imaju visoku fotoosjetljivost, a odnos otpornosti u odsustvu i prisutnosti osvjetljenja (kod intenziteta zračenja je za njih. Filmovi naneseni elektroforezom imaju otpornost u rasponu od .
Epitaksijalni filmovi se odlikuju vrlo velikom pokretljivošću nosača. Električna svojstva filmova epitaksijalno nanesenih na GaAs supstrate tokom hemijske transportne reakcije u kvazi zatvorenoj zapremini u velikoj meri zavise od uslova njihovog rasta, a najznačajnije od temperature supstrata. Kako temperatura podloge raste, koncentracija nosača raste eksponencijalno. Ovo takođe povećava pokretljivost elektrona. Maksimalna dobivena vrijednost pokretljivosti je Kako temperatura podloge varira, otpornost filmova može varirati od do . Nedopirani epitaksijalni filmovi naneseni epitaksijom molekularnim snopom imaju otpornost koja se eksponencijalno smanjuje s porastom temperature i karakteriziraju ih aktivacijska energija od 1,6 eV. U filmovima dopiranim indijem, koncentracija nosača je i njihova Holova pokretljivost je - Epitaksijalni filmovi dobijeni hemijskom metodom iz parne faze, odmah nakon taloženja, imaju otpornost . Žarenje filmova u atmosferi ili na temperaturi od 400°C dovodi do smanjenja otpornosti na vrijednosti. Mobilnost nosača u filmovima visokog otpora je
Rice. 3.18. Spektralne ovisnosti indeksa loma i apsorpcije filmova dobivenih vakuumskim isparavanjem na tri različite temperature supstrata. 1 - sobna temperatura;
3.2.7.3 Optička svojstva
Optička svojstva filmova suštinski zavise od njihove mikrostrukture, a samim tim i od uslova taloženja. Tokom isparavanja nastaju glatki zrcalno reflektirajući filmovi, međutim, kako se njihova debljina povećava, površinski reljef postaje grublji i refleksija zračenja od debelih filmova je uglavnom difuzna. Kwaya i Tomlin su izmjerili koeficijente refleksije i transmisije filmova nataloženih isparavanjem i odredili njihove optičke konstante u opsegu valnih dužina 0,25...2,0 µm, uzimajući u obzir efekat rasipanja zračenja na površini.
Analiza dobijenih rezultata (videti sliku 3.18) pokazuje da je apsorpcija svetlosti sa energijom od 2,42 ... .2,82 eV praćena direktnim optičkim prelazima, a pri energijama većim od 2,82 eV mogući su i direktni i indirektni prelazi . Vrijednosti zavise od temperature podloge tokom nanošenja filma. Pri visokoj temperaturi podloge, koja osigurava rast krupnih zrna, indeks prelamanja filma približava se vrijednosti karakterističnoj za monokristalni materijal. Filmovi stvoreni ionskim raspršivanjem imaju područje oštre promjene propusnosti na vrijednosti talasne dužine od oko 0,52 mikrona, što odgovara pojasnom pojasu. U dugovalnom području spektra, filmovi su vrlo transparentni. U filmovima dobivenim raspršivanjem nakon čega slijedi piroliza, pojasni razmak i spektralni položaj ruba glavne apsorpcione trake ne ovise o mikrostrukturi. Udio difuzno reflektirane svjetlosti, a time i transparentnost filmova
Rice. 3.19. Spektralne zavisnosti propusnosti filmova nanesenih prskanjem nakon čega slijedi piroliza u različitim uvjetima - temperatura podloge; debljina filma; odnos atomskih koncentracija
definisani su kao što je prikazano na sl. 3.19, njihova debljina, temperatura podloge i odnos koncentracije Kako se debljina filma povećava, prevladava difuzna refleksija zračenja, ali ona slabi u filmovima uzgojenim na povišenoj temperaturi (zbog povećanja veličine zrna i stepena njihove orijentacije). Pri vrlo visokim temperaturama taloženja (vjerovatnije dolazi do značajne promjene u kinetici rasta filma, zbog čega njihova površina postaje hrapava i raspršuje zračenje.
Berg i dr. primjećuju da karakteristike zrnaste strukture i morfologije filmova (3-4 µm debljine) nanesenih prskanjem praćenom pirolizom uzrokuju snažno raspršivanje svjetlosti i velike vrijednosti efektivnog koeficijenta apsorpcije na talasnim dužinama pri energijama manjim od band gap . Za filmove nanesene iz otopine, rub optičke apsorpcije leži u istoj regiji talasne dužine kao i za masivne kristale kadmijum sulfida. Međutim, zbog difuznog raspršivanja svjetlosti finozrnatim filmovima, spektralna ovisnost koeficijenta apsorpcije u ovom području ima mnogo ravniji, glatkiji oblik.
3.2.7.4 Folije od legure...
Na strukturna, električna i optička svojstva filmova od legure najznačajniji su utjecaji njihovog sastava. Filmovi od legure se dobijaju vakuumskim isparavanjem, usitnjavanjem nakon čega sledi piroliza i ionsko raspršivanje. U pravilu, u cijelom mogućem rasponu svojih relativnih koncentracija, formiraju čvrstu otopinu, a bez obzira na način taloženja, pri koncentracijama do slojeva legure kristaliziraju u strukturi vurcita. Ako koncentracija prelazi 80%, tada filmovi imaju kubičnu strukturu sfalerita. Pri koncentraciji, filmovi kristaliziraju u obje naznačene strukturne modifikacije. U slučaju taloženja filma vakuumskim isparavanjem pri koncentraciji ispod, formira se kristalna rešetka wurtzita sa osom c okomitom na ravninu supstrata.
Vankar i saradnici su otkrili da su tip kristalne strukture i parametri rešetke filmova proizvedenih isparavanjem u velikoj mjeri određeni njihovom temperaturom taloženja. Parametar rešetke a se glatko mijenja s varijacijama u sastavu filma (vidi sliku 3.20, a). Kane i saradnici navode da je kod ovakvih sastava, kada su filmovi mješavina wurtzita i kubične faze, razmak između kristalografskih ravnina (002) heksagonalne strukture i (111) kubične strukture isti. Stoga, za bilo koji sastav legure, kubična struktura se može okarakterizirati ekvivalentnim parametrima a i c heksagonalne ćelije, koji se određuju proračunom. Postojanje veze između parametara kristalne rešetke legiranih filmova i temperature taloženja kvalitativno se objašnjava odstupanjem njihovog sastava od stehiometrijskog zbog viška atoma metala.
Dobija se usitnjavanjem nakon čega slijedi piroliza, glatko varira u zavisnosti od sastava. Ovako deponovani filmovi od legure predstavljaju jedinu kristalnu fazu (heksagonalnu ili kubičnu), čiji je tip određen sastavom filmova. Za razliku od filmova od legura nanesenih vakuumskim isparavanjem, svojstva kristalne strukture filmova dobivenih usitnjavanjem ne ovise o temperaturi taloženja. Kada je koncentracija cinka manja od filmova
Rice. 3.20. d) Ovisnost optičkog pojasa zazora filmova o parametru .
u prahu, omjer vrijednosti njihove električne provodljivosti u prisustvu i odsustvu osvjetljenja je 104 za filmove čistog kadmij sulfida i 1 za filmove od čistog cink sulfida. Ovi rezultati su prikazani na sl. 3.20 b. Tamna otpornost ovih filmova raste sa povećanjem koncentracije. Kao rezultat žarenja, otpornost filmova legure se smanjuje; u ovom slučaju, kao što se može vidjeti na sl. 3,20 V, efekat žarenja je maksimalan za čiste filmove i zanemarljiv je pri
Što se tiče optičkih karakteristika filmova od legure, one se glatko mijenjaju s varijacijama sastava. Filmovi bilo koje kompozicije su poluprovodnici sa "direktnim razmakom", a zavisnost pojasnog pojasa od sastava tokom prelaska iz čistog u čist, kao što sledi iz Sl. 3,20g, različito od linearnog. Uočeno povećanje pojasnog pojasa sa povećanjem koncentracije u leguri doprinosi povećanju napona otvorenog kola solarnih ćelija na bazi
Kadmijum(II) oksid
Kada se zagrije na zraku, kadmijum se zapali, formirajući kadmijum oksid CdO (molekulska težina 128,41). Oksid se također može dobiti kalciniranjem nitratnih ili karbonatnih soli kadmijuma. Na taj način se dobija oksid u obliku smeđeg praha, koji ima dvije modifikacije: amorfnu i kristalnu. Kada se zagrije, amorfni oksid postaje kristalan, kristalizirajući u kubičnom sistemu: adsorbira ugljični dioksid i ponaša se kao jaka baza. Toplota transformacije CdO AMORPH CdO CRIST je 540 cal.
Gustina vještački pripremljenog oksida kreće se od 7,28 do 8,27 g/cm 3 . U prirodi, CdO formira crnu prevlaku na glamu, gustine 6,15 g/cm 3 . Tačka topljenja 1385°.
Kadmijum oksid se redukuje vodonikom, ugljenikom i ugljen monoksidom. Vodik počinje reducirati CdO na 250-260° prema reverzibilnoj reakciji:
CdO + H 2 Cd + H 2 O,
Što se brzo završava na 300°.
Kadmijum oksid je visoko rastvorljiv u kiselinama i u rastvoru cink sulfata prema reverzibilnoj reakciji:
CdO + H 2 O + ZnSO 4 CdSO 4 + Zn (OH) 2.
Kadmijum sulfid
Sulfid (CdS, molekulska težina 144,7) je jedno od važnih jedinjenja kadmijuma. Rastvara se u koncentrisanim rastvorima hlorovodonične i azotne kiseline, u ključaloj razblaženoj sumpornoj kiselini i u rastvorima feri gvožđa; na hladnom se slabo rastvara u kiselinama, a nerastvorljiv je u razblaženoj sumpornoj kiselini. Proizvod rastvorljivosti sulfida 1,4·10 -28 . Kristalni sulfid se u prirodi javlja u obliku grenakita kao dodatak rudama teških i obojenih metala. Može se dobiti umjetno spajanjem sumpora s kadmijumom ili kadmijum oksidom. Kada se metalni kadmij spoji sa sumporom, razvoj reakcije stvaranja sulfida inhibira CdS zaštitni film. Reakcija
2CdO+3S=2CdS+SO2
počinje na 283° i prolazi na 424° velikom brzinom.
Poznate su tri modifikacije CdS: amorfna (žuta) i dvije kristalne (crvena i žuta).Crvena vrsta kristalnog sulfida je teža (sp. težina 4,5) žuta (sp. težina 3). Amorfni CdS postaje kristalan kada se zagrije na 450°C.
Kadmijum sulfid, kada se zagrije u oksidirajućoj atmosferi, oksidira u sulfat ili oksid, ovisno o temperaturi pečenja.
kadmijum sulfat
Kadmijum sulfat (CdSO 4 , molekulska težina 208,47) je bijeli kristalni prah koji kristalizira u ortorombičkom sistemu. Lako je rastvorljiv u vodi, ali nerastvorljiv u alkoholu. Sulfat kristališe iz vodenog rastvora u monoklinskom sistemu sa 8/3 molekula vode (CdSO 4 8 / 3H 2 O), stabilan je do 74°, ali na višoj temperaturi prelazi u jednovodni sulfat (CdSO 4 H 2 O). Sa povećanjem temperature, rastvorljivost sulfata blago raste, ali sa daljim povećanjem temperature opada kao što je prikazano u tabeli 3:
Tabela 3
Utvrđeno je postojanje tri modifikacije sulfata: b, c i d. Nakon izolacije posljednje molekule vode na 200° iz kristalnog hidrata 3CdSO 4 ·8H 2 O, nastaje b-modifikacija koja je stabilna. do 500°; daljim porastom temperature nastaje s-modifikacija, koja na temperaturama iznad 735° prelazi u z-modifikaciju. Visokotemperaturne modifikacije (c i d) se pri hlađenju pretvaraju u b-modifikaciju.
Uvod
Trenutno, broj materijala koji se koriste u elektronskoj tehnologiji u različite svrhe iznosi nekoliko hiljada. Prema najopštijoj klasifikaciji, dijele se u četiri klase: provodnici, poluvodiči, dielektrici i magnetni materijali. Među najvažnijim i relativno novim materijalima su poluprovodnička hemijska jedinjenja, među kojima su jedinjenja tipa A II B VI od najvećeg naučnog i praktičnog interesa. Jedan od najznačajnijih materijala ove grupe je CdS.
CdS je osnova moderne IR tehnologije, jer se njegov spektar fotoosjetljivosti preklapa sa prozorom prozirnosti atmosfere (8-14 mikrona), u koji zrače svi objekti okoline. To mu omogućava da se koristi u vojnim poslovima, ekologiji, medicini i drugim granama ljudske djelatnosti. Do danas se CdS dobija u obliku filma hidrohemijskom metodom.
Svrha ovog kursnog projekta je realizacija projekta proizvodnje osjetljivih elemenata fotootpornika na bazi CdS hidrohemijskom metodom kapaciteta 100 hiljada komada/god., kao i upoznavanje sa metodom proračuna dizajniranom za prethodno određivanje uslova. za stvaranje CdS, kadmijum hidroksida i cijanamida.
1. Karakteristike kadmijum sulfida
Dijagram Cd - S sistema nije izgrađen, u sistemu postoji jedno jedinjenje CdS koje postoji u dvije modifikacije: α (heksagonalna) i β (kubna). CdS se prirodno javlja kao minerali greenockite i howleyite.
1.1 Kristalna struktura
Jedinjenja tipa A II B VI obično kristaliziraju u strukturi sfalerita ili wurtzita. Struktura sfalerita je kubična, tip B-3, prostorna grupa F4 3m (T d 2). Struktura wurtzita je heksagonalna, tip B-4, prostorna grupa P 6 3 mc (C 6 v 4). Ove strukture su veoma slične jedna drugoj; imaju isti broj atoma u prvoj i drugoj koordinacionoj sferi - 4 i 12, respektivno. Interatomske veze u tetraedrima obje modifikacije su vrlo bliske.
Kadmijum sulfid se dobija i sa sfaleritnom i sa vurcitnom strukturom.
1.2 Termodinamička i elektrofizička svojstva
Kadmijum sulfid je jednostrana faza promenljivog sastava, uvek sa viškom kadmijuma. Kadmijum sulfid, kada se zagreje na 1350 ᵒS, sublimira na atmosferskom pritisku bez topljenja, u vakuumu na 180 ᵒS destiluje se bez topljenja i bez raspadanja, pod pritiskom od 100 atm topi se na temperaturi od oko 1750 ᵒS. Stepen disocijacije kadmijuma na temperaturama iznad 1000 ᵒS dostiže 85-98%. Toplina stvaranja CdS Δ H 298 0 \u003d -34,71 kcal / mol.
U zavisnosti od uslova proizvodnje i termičke obrade, svojstva CdS mogu biti različita. Dakle, kristali uzgojeni u višku pare kadmijuma imaju znatno veću toplinsku provodljivost od kristala uzgojenih u uvjetima stehiometrijskog sastava. Specifični otpor CdS, u zavisnosti od različitih faktora, može varirati u širokom rasponu (od 10 12 do 10 -3 ohm*m).
Odstupanja od stehiometrije odlučujuće utiču na elektrofizička svojstva CdS. Uvođenje kisika u uzorke dovodi do snažnog smanjenja električne provodljivosti. Pojasni razmak CdS, određen iz optičkih podataka, je 2,4 V. Kadmijum sulfid tipično ima n-tip provodljivosti zbog nedostatka sumpora u odnosu na stehiometrijski sastav.
Rastvorljivost kadmijuma u vodi je zanemarljiva: 1,5 * 10 -10 mol/l.
2. Metode za dobijanje metalnih halkogenida
Trenutno se metalni halkogenidi dobijaju i fizičkim (vakuumsko isparavanje i katodno raspršivanje) i hemijskim metodama (aerosol raspršivanje reakcione smeše na podlogu zagrijanu na 400-600 K ili taloženje iz vodenog rastvora). Razmotrimo svaku metodu detaljnije.
Metoda vakuumske kondenzacije
Suština metode se sastoji u zagrijavanju tvari u vakuumu (P ≥ 10 -3 mm Hg) na temperaturu kada tlak premašuje tlak preostale pare za nekoliko redova veličine, nakon čega slijedi kondenzacija na podlozi.
Koraci procesa:
Isparavanje tvari;
Let atoma supstance do supstrata;
Taloženje (kondenzacija) pare na podlogu, nakon čega slijedi formiranje strukture filma.
Metoda katodnog vakuumskog raspršivanja.
Metoda se zasniva na uništavanju katode bombardiranjem molekulima radnog gasa. Katoda je materijal koji se deponuje u obliku filma. Prvo se iz radnog prostora ispumpava vazduh, a zatim se radni gas (argon ili azot) pušta u komoru. Napon (3-5 kV) se primjenjuje između katode i anode, što uzrokuje proboj plinskog jaza. Rad instalacije se zasniva u blizini plazma pražnjenja.
Vrste katodnog raspršivanja:
Fizički: ne dolazi do hemijske reakcije u sistemu;
Reaktivan: uključuje hemijsku reakciju, u radni gas se dodaje reaktivni gas (kiseonik, azot, ugljen monoksid), sa čijim molekulima raspršena supstanca formira hemijsko jedinjenje. Promjenom parcijalnog tlaka radnog plina moguće je promijeniti sastav filma.
Treba napomenuti da vakuumska proizvodnja tankoslojnih struktura ima široke mogućnosti i svestranost. Ima niz značajnih nedostataka - zahtijeva složenu skupu opremu, a također ne osigurava ujednačenost svojstava.
Najatraktivnija od metoda za dobijanje sulfidnih filmova u smislu svoje jednostavnosti i efikasnosti je tehnologija hidrohemijskog taloženja. Trenutno postoje tri glavne varijante ove metode: hemijsko taloženje iz rastvora, elektrohemijsko taloženje i raspršivanje rastvora na zagrejanu podlogu nakon čega sledi piroliza.
Tokom elektrohemijskog taloženja vrši se anodno otapanje metala u vodenom rastvoru tiouree. Proces stvaranja sulfida odvija se u dvije faze:
formiranje metalnih jona na anodi;
interakcija metalnih jona sa halkogenizerom.
Unatoč prednostima metode: upravljivosti i jasnoj ovisnosti brzine rasta filma o jačini struje, metoda nije dovoljno ekonomična, formiraju se tanki, neravni i amorfni filmovi, što onemogućuje širu primjenu ove metode u praksi.
Metoda prskanja otopine na zagrijanu podlogu (piroliza)
Rastvor koji sadrži sol metala i tioureu raspršuje se na podlogu zagrijanu na 180..250 ᵒS. Glavna prednost metode pirolize je mogućnost dobivanja filmova miješanog sastava. Dizajn hardvera uključuje uređaj za raspršivanje otopina i grijač za podlogu. Za dobivanje filmova s metalnim sulfidom, stehiometrijski omjer metal-sumpor je optimalan.
Hemijska precipitacija iz vodenih rastvora je od posebne atraktivnosti i široke perspektive u pogledu konačnih rezultata. Metodu hidrohemijskog taloženja odlikuje visoka produktivnost i ekonomičnost, jednostavnost tehnološkog dizajna, mogućnost nanošenja filmova na površinu složenog oblika i različite prirode, kao i dopiranje sloja organskim ionima ili molekulima koji ne dozvoljavaju visoke temperature. grijanje, te mogućnost sinteze “meke kemije”. Ovo posljednje nam omogućava da ovu metodu smatramo najperspektivnijom za dobivanje spojeva metalnih halkogenida složene strukture koji su po prirodi metastabilni.
Hidrohemijska precipitacija se vrši u reakcionoj kupelji koja sadrži metalnu so, alkalne i kompleksne agense i halkogenizer. Proces nastajanja sulfida se realizuje kroz koloidno-hemijsku fazu i predstavlja skup topohemijskih i autokatalitičkih reakcija čiji mehanizam nije u potpunosti razjašnjen.
3. Primjena filmova zasnovanih naCDS
Tankoslojni kadmijum sulfidi se široko koriste kao fotodetektori, fotoluminiscentni materijali, termoelementi, solarne ćelije, senzorski materijali, dekorativni premazi i obećavajući nanostrukturirani katalizatori.
4. Opis tehnologije proizvodnjeCDS
Tehnološka shema za proizvodnju osjetljivih elemenata fotootpornika uključuje sljedeće operacije:
1. priprema podloge (čišćenje, nagrizanje, pranje);
Kemijsko taloženje poluvodičkog filma;
Pranje i sušenje filma;
Termička obrada poluprovodničkog sloja ispod sloja punjenja na 400 ᵒS u trajanju od 2 sata;
Vakuumsko taloženje AI kontakata;
Scribing;
Kontrola izlaza parametara FR čipova.
.1 Priprema podloge za nanošenje filma
Nanošenje filma se vrši na prethodno odmašćenim podlogama. Podloge se temeljno odmašćuju sodom, ispiru vodom iz slavine, a nakon ugradnje u fluoroplastičnu armaturu stavljaju se na 20 sekundi u razrijeđenu Dash otopinu kako bi se nagrizla površina kako bi se povećala adhezija filma. Nakon tretmana u Dash etchant-u, podloge se ispiru velikom količinom zagrijane destilovane vode i čuvaju u čaši ispod sloja destilovane vode do početka procesa.
Kvaliteta pripreme površine podloge kontroliše se stepenom njene vlaženosti: na pažljivo pripremljenoj podlozi, destilovana voda se razvlači u ravnomernom sloju. Strogo je zabranjeno uzimati supstrat bez masti rukama.
4.2 Hemijsko taloženje poluvodičkog filma
Sital se koristi kao materijal supstrata za taloženje CdS filmova.
Za sintezu CdS poluvodičkih filmova koriste se sljedeći hemijski reagensi:
kadmijum hlorid, CdCl 2 ∙H 2 O;
tiourea, CSN 2 H 4, visoke čistoće;
vodeni rastvor amonijaka, NH 3 aq, 25%, hemijski čist.
Redoslijed dreniranja reagensa za pripremu radnog rastvora je strogo fiksiran. Potreba za tim je zbog činjenice da je proces taloženja halkogenida heterogen, a njegova brzina zavisi od početnih uslova za formiranje nove faze.
Radni rastvor se priprema mešanjem izračunatih zapremina polaznih materijala. Filmovi se sintetiziraju u reaktoru od molibdenskog stakla od 100 ml. Prvo se u reaktor unosi izračunata zapremina kadmijeve soli, zatim se uvodi vodeni rastvor amonijaka i dodaje destilovana voda. Zatim se dodaje tiourea. Otopina se promiješa i pripremljena podloga se odmah uroni u nju, fiksira u fluoroplastični uređaj. Podloga se ugrađuje u reaktor sa radnom površinom nadole pod uglom od 15 - 20°. Od ovog trenutka, uz pomoć štoperice, počinje odbrojavanje vremena procesa sinteze. Reaktor je dobro zatvoren i stavljen u U-10 termostat. Tačnost održavanja temperature sinteze je ±0,01°C. Neko vrijeme ne dolazi do promjena s rješenjem. Tada otopina počinje da se zamućuje, a na površini supstrata i zidovima reaktora formira se žuti zrcalni film. Vrijeme staloženja mu je 60 min. Taloženje se vrši na temperaturi od 70 °C.
4.3 Obrada deponovanog filma
Nakon isteka navedenog vremena sinteze, reaktor se uklanja iz termostata, supstrat sa držačem se uklanja i ispere velikom količinom (0,5-1,0 l) zagrijane destilovane vode. Nakon toga, supstrat se izvadi iz držača, radna površina podloge (ona na koju je nanesen film) nježno se obriše vatom natopljenom destilovanom vodom, a talog se ukloni sa stražnje strane. Zatim se podloga sa filmom ponovo ispere destilovanom vodom i suši na filter papiru dok se ne uklone vidljivi tragovi vlage.
4.4 Toplinska obrada
Temeljito oprane i osušene - podloge idu na sljedeću operaciju: toplinsku obradu. Izvodi se u muflnim pećima PM-1.0-7 ili PM-1.0-20 kako bi se eliminisala naprezanja i poboljšala električna svojstva filmova. Proces traje 2 sata na temperaturi od 400 °C, nakon čega slijedi hlađenje na sobnu temperaturu.
4.5 Vakuumsko taloženje AI kontakata
Metalne folije se koriste u proizvodnji poluvodičkih uređaja i mikro kola kao neispravljajući (omski) kontakti, kao i pasivne komponente (provodne staze, otpornici, kondenzatori, induktori). Glavna metoda za proizvodnju metalnih filmova je vakuumsko taloženje (termičko isparavanje u vakuumu) različitih metala (aluminij, zlato, itd.), jer ima niz prednosti: čistoću i ponovljivost procesa taloženja, visoku produktivnost, mogućnost taloženja. jednog ili više metala na poluvodičkim pločicama u jednoj operaciji i spajanje nanesenog metalnog filma i vakuuma radi zaštite od oksidacije, jednostavnost kontrole procesa taloženja i mogućnost dobijanja metalnih filmova različitih debljina i konfiguracija pri taloženju metala pomoću maski .
Prskanje se takođe vrši u vakuum instalaciji sa zaostalim pritiskom ispod kapice reda veličine 6,5∙10 Pa (5∙10 -6 mm Hg). Takav pritisak je odabran tako da ne dođe do sudara između isparenih atoma metala i molekula zaostalog plina ispod haube instalacije, koji dovode do stvaranja filmova poremećene strukture.
U proizvodnji poluprovodničkih uređaja za taloženje različitih filmova na poluprovodničke pločice i druge podloge koristi se nekoliko modela instalacija za vakuumsko taloženje, koji se međusobno razlikuju po različitim dizajnerskim rješenjima, prije svega kap uređaj, kao i vakuum sistem, sistem napajanja za praćenje parametara procesa i kontrolu režima rada, transportne i pomoćne uređaje za isparavanje ili prskanje.
Za termičko taloženje filma i raspršivanje u ovim instalacijama koriste se otporni i elektronski snop uređaji, a za raspršivanje jonskim bombardovanjem uređaji za pražnjenje. Uprkos nekim nedostacima (poteškoće u isparavanju vatrostalnih materijala, velika inercija, promjena omjera komponenti tokom isparavanja legura), instalacije sa elektronskim snopom, a posebno sa otpornim isparivačima, zbog jednostavnosti rada imaju široku primjenu u proizvodnji poluvodiča. Stoga ćemo se fokusirati na jedinice sa otpornim isparivačima, čiji je osnovni model UVN-2M jedinica.
4.6 Scribing
Iz podloge na koju je nanesen film izrezuju se strugotine zadate veličine žicanjem (standardno vrijeme je 25 min po jednoj podlozi). Poluautomatska mašina za urezivanje ZhK 10.11 je dizajnirana za nanošenje mreže zareza na poluprovodničke pločice. Ploče lome sa primijenjenim rizicima tako što ih kotrljaju gumenim valjkom ručno ili na posebnim instalacijama. Poluautomatski uređaj je ugrađen u svemirsko odijelo pričvršćeno na sto, koje služi za stvaranje mikroklime. Rade na poluautomatskom uređaju u gumenim rukavicama ugrađenim u prednji zid odijela. Radno mesto je osvetljeno dnevnim lampama ugrađenim u gornji deo odela. Oznake za crtanje se prave pomoću dijamantskog rezača pričvršćenog u oslonac za ljuljanje.
kadmijum sulfid elektrofizički vakuum
4.7 Kontrola izlaza parametara "čipa".
U početku se čips podvrgava vizualnoj kontroli kvalitete premaza. Uočavaju se heterogenost slojeva, mrlje, nepravilnosti, područja sa lošom adhezijom.
Kontrola izlaza se vrši na jedinicama K.50.410 (standardno vrijeme je 2 minute po “čipu”).
5. Nagodbeni dio
.1 Proračun graničnih uslova formacijeCDS, CD(Oh) 2 iCdCN 2
Potrebno je pronaći granične uslove za taloženje olovnog sulfida, hidroksida i cijanamida pri sljedećim početnim koncentracijama, mol/l:
0,4
Osnova hidrohemijske sinteze je reakcija:
CdL x 2+ + N 2 H 4 CS(Se) + 4OH - \u003d CdS + CN 2 2- + 4H 2 O
U reakcionoj smeši moguće je formiranje sledećih kompleksnih jedinjenja (tabela 1):
Tabela 1 Početni podaci za proračun uslova za hidrohemijsku precipitaciju CdS, Cd(OH) 2 , CdCN 2
|
Jedinjenje (kompleksni jon) |
|||
Izračunajmo α Me z + , za ovo koristimo izraz:
gdje je α Me z + - frakciona koncentracija nekompleksiranih metalnih jona; L je koncentracija liganda; k 1 , k 1.2 ,…k 1.2… n - konstante nestabilnosti različitih složenih oblika metala.
Za sistem amonijaka izraz ima oblik:
8,099∙10 -9
Izgradimo grafičku zavisnost pC n =f (pH) (slika 2).
Rice. 2. Granični uslovi za stvaranje kadmijum sulfida, hidroksida i cijanamida.
Na osnovu grafikona možemo zaključiti da je u ovom sistemu moguće formirati CdS film pri pH = 9,5-14, Cd(OH) 2 pri pH = 10,5-14, a CdCN 2 se uopšte ne formira.
(kadmijum) CD , je hemijski element 12 ( IIb ) grupa periodnog sistema. Atomski broj 48, relativna atomska masa 112,41. Prirodni kadmijum se sastoji od osam stabilnih izotopa: 106 Cd (1,22%), 108 Cd (0,88%), 110 Cd (12,39%), 111 Cd (12,75%), 112 Cd (24,07%), 113 Cd (12,26%), 114 Cd (28,85%) i 116 Cd (7,58%). Oksidacijsko stanje je +2, rijetko +1.Kadmijum je 1817. godine otkrio nemački hemičar Friedrich Stromeyer (
Stromeyer Friedrich ) (1776–1835).Prilikom provjere cink oksida koji proizvodi jedna od tvornica Shenebek, posumnjalo se da sadrži primjesu arsena. Kada je lijek otopljen u kiselini i propušten kroz otopinu sumporovodika, pojavio se žuti talog, sličan arsenim sulfidima, ali je detaljnija provjera pokazala da tog elementa nema. Za konačni zaključak, uzorak sumnjivog cink oksida i drugih preparata cinka (uključujući cink karbonat) iz iste fabrike poslat je Friedrichu Stromeyeru, koji je od 1802. godine bio na katedru hemije na Univerzitetu u Getingenu i na poziciji generalnog inspektora Hanoverske apoteke.
Nakon kalcinacije cink karbonata, Strohmeyer je dobio oksid, ali ne bijeli, kako je trebao biti, već žućkast. Sugerirao je da je obojenost uzrokovana primjesom željeza, ali se ispostavilo da željeza nema. Stromeyer je u potpunosti analizirao preparate cinka i otkrio da je žuta boja nastala zbog novog elementa. Ime je dobio po rudi cinka u kojoj je pronađen: grčka riječ
kadmeia , "kadmijum zemlja" - drevni naziv smitsonita ZnCO 3 . Ova riječ, prema legendi, dolazi od imena Feničana Kadmusa, koji je navodno prvi pronašao cink kamen i primijetio njegovu sposobnost da bakru (kada se istopi iz rude) daje zlatnu boju. Isto ime je dobio i heroj starogrčke mitologije: prema jednoj od legendi, Kadmo je u teškom dvoboju pobijedio Zmaja i na svojim zemljištima sagradio tvrđavu Kadmeus, oko koje je tada izrastao grad sa sedam vrata Teba.Rasprostranjenost kadmijuma u prirodi i njegova industrijska ekstrakcija. Sadržaj kadmijuma u zemljinoj kori iznosi 1,6·10–5%. Po rasprostranjenosti je blizak antimonu (2·10–5%) i dvostruko češći od žive (8·10–6%). Kadmijum karakteriše migracija u vrućim podzemnim vodama zajedno sa cinkom i drugim hemijskim elementima sklonim stvaranju prirodnih sulfida. Koncentriše se u hidrotermalnim naslagama. Vulkanske stijene sadrže i do 0,2 mg kadmijuma po kg, među sedimentnim stijenama, kadmijem su najbogatije gline - do 0,3 mg / kg, u manjoj mjeri - krečnjaci i pješčanici (oko 0,03 mg / kg). Prosječan sadržaj kadmijuma u zemljištu je 0,06 mg/kg.Kadmijum ima svoje minerale - zelenokit
CdS, otavit CdCO 3, monteponit CdO . Međutim, oni ne formiraju sopstvene depozite. Jedini industrijski značajan izvor kadmijuma su rude cinka, gdje se nalazi u koncentraciji od 0,01–5%. Kadmijum se takođe akumulira u galenit (do 0,02%), halkopirit (do 0,12%), pirit (do 0,02%), stanit (do 0,2%). Ukupni svjetski resursi kadmijuma procjenjuju se na 20 miliona tona, industrijskih - na 600 hiljada tona.Karakterizacija jednostavne supstance i industrijska proizvodnja metala kadmijuma. Kadmijum je srebrnasta čvrsta materija sa plavičastim sjajem na svežoj površini, mekan, savitljiv, savitljiv metal, dobro se kotrlja u listove i može se lako polirati. Poput kalaja, kadmijumski štapići pucketaju kada se savijaju. Topi se na 321,1°C, ključa na 766,5°C, gustina je 8,65 g/cm 3, što ga omogućava da se svrsta u teške metale.Kadmijum je stabilan na suvom vazduhu. U vlažnom vazduhu brzo se zatamni, a kada se zagreje, lako stupa u interakciju sa kiseonikom, sumporom, fosforom i halogenima. Kadmijum ne reaguje sa vodonikom, azotom, ugljenikom, silicijumom i borom.
Pare kadmijuma stupaju u interakciju s vodenom parom i oslobađaju vodonik. Kiseline rastvaraju kadmijum i formiraju soli ovog metala. Kadmijum redukuje amonijum nitrat u koncentrovanim rastvorima u amonijum nitrit. U vodenom rastvoru se oksidira kationima određenih metala, kao što je bakar (
II ) i gvožđe (III ). Za razliku od cinka, kadmijum ne stupa u interakciju sa alkalnim rastvorima.Glavni izvori kadmijuma su intermedijarni proizvodi proizvodnje cinka. Metalni precipitati dobijeni prečišćavanjem rastvora cink sulfata delovanjem cinkove prašine sadrže 2-12% kadmijuma. Frakcije nastale destilacijom cinka sadrže 0,7-1,1% kadmijuma, a frakcije dobijene rektifikacionim prečišćavanjem cinka sadrže do 40% kadmijuma. Kadmijum se ekstrahuje i iz prašine topionica olova i bakra (može sadržati do 5%, odnosno 0,5% kadmijuma). Prašina se obično tretira koncentriranom sumpornom kiselinom, a zatim se kadmijum sulfat ispira vodom.
Kadmijum spužva se taloži iz rastvora kadmijum sulfata delovanjem cinkove prašine, zatim se rastvori u sumpornoj kiselini i rastvor se prečišćava od nečistoća dejstvom cink oksida ili natrijum karbonata, kao i metodama jonske izmene. Metalni kadmijum se izoluje elektrolizom na aluminijskim katodama ili redukcijom cinka.
Da bi se uklonio cink i olovo, kadmijum se topi ispod sloja alkalije. Talina se tretira aluminijumom kako bi se uklonio nikl i amonijum hlorid da bi se uklonio talij. Dodatnim metodama prečišćavanja moguće je dobiti kadmijum sa sadržajem nečistoća od 10-5% po masi.
Godišnje se proizvodi oko 20 hiljada tona kadmijuma. Obim njegove proizvodnje je u velikoj mjeri vezan za obim proizvodnje cinka.
Najvažnije polje primene kadmijuma je proizvodnja hemijskih izvora struje. Kadmijum elektrode se koriste u baterijama i akumulatorima. Negativne ploče nikl-kadmijum baterija su napravljene od gvozdenih mreža sa sunđerastim kadmijumom kao aktivnim agensom. Pozitivne ploče obložene nikl hidroksidom. Elektrolit je rastvor kalijum hidroksida. Na bazi kadmijuma i nikla izrađuju se i kompaktne baterije za vođene rakete, samo što se u ovom slučaju kao osnova postavljaju ne željezne, već niklovane rešetke.
Procesi koji se odvijaju u nikl-kadmijum alkalnoj bateriji mogu se opisati opštom jednačinom:
Cd + 2NiO(OH) + 2H 2 O Cd(OH) 2 + 2Ni(OH) 2 Nikl-kadmijum alkalne baterije su pouzdanije od olovnih (kiselinskih) baterija. Ovi izvori struje odlikuju se visokim električnim karakteristikama, stabilnim radom i dugim vijekom trajanja. Mogu se napuniti za samo sat vremena. Međutim, nikl-kadmijumske baterije se ne mogu puniti bez prethodnog potpunog pražnjenja (u tom pogledu su inferiorne u odnosu na metal-hidridne baterije).Kadmijum se široko koristi za antikorozivne premaze na metalima, posebno u slučajevima njihovog kontakta sa morskom vodom. Najvažniji dijelovi brodova, aviona, kao i raznih proizvoda namijenjenih za rad u tropskim klimatskim uvjetima su kadmirani. Ranije su gvožđe i drugi metali kadmijuma bili uronjeni u rastopljeni kadmijum, ali sada se kadmijumski premaz nanosi elektrolitički.
Kadmijumski premazi imaju neke prednosti u odnosu na cink premaze: otporniji su na koroziju i lakše ih je napraviti ravnomernim i glatkim. Visoka plastičnost takvih premaza osigurava nepropusnost navojnih spojeva. Osim toga, kadmijum je, za razliku od cinka, stabilan u alkalnoj sredini.
Međutim, kadmijum ima svoje probleme. Kada se kadmij elektrolitski nanosi na čelični dio, vodik koji se nalazi u elektrolitu može prodrijeti u metal. Uzrokuje takozvanu vodikovu lomljivost u čelicima visoke čvrstoće, što dovodi do neočekivanog kvara metala pod opterećenjem. Da bi se spriječio ovaj fenomen, kadmijskim premazima se dodaje titanijum.
Osim toga, kadmijum je toksičan. Stoga, iako se kadmijum kalaj koristi prilično široko, zabranjeno ga je koristiti za proizvodnju kuhinjskog pribora i posuda za hranu.
Otprilike jedna desetina svjetske proizvodnje kadmijuma troši se na proizvodnju legura. Legure kadmija se uglavnom koriste kao antifrikcioni materijali i lemovi. Legura koja sadrži 99% kadmijuma i 1% nikla koristi se za proizvodnju ležajeva koji rade u automobilskim, avionskim i brodskim motorima na visokim temperaturama. Budući da kadmijum nije dovoljno otporan na kiseline, uključujući organske kiseline sadržane u mazivima, ponekad su legure na bazi kadmijuma presvučene indijem.
Legiranje bakra sa malim dodacima kadmijuma omogućava da žice na električnim transportnim linijama budu otpornije na habanje. Bakar s dodatkom kadmijuma gotovo se ne razlikuje po električnoj vodljivosti od čistog bakra, ali ga primjetno nadmašuje u snazi i tvrdoći.
Kadmijum je uvršten u Woodovu leguru niskog taljenja (Wood's metal), koja sadrži 50% bizmuta, 25% olova, 12,5% kositra, 12,5% kadmijuma.Legura drveta se može rastopiti u kipućoj vodi. Zanimljivo je da je prva legura. slova komponenti Woodove legure čine skraćenicu WAX. Izumio ga je 1860. godine ne baš poznati engleski inženjer B. Wood (
b. Drvo ). Često se ovaj izum pogrešno pripisuje njegovom imenjaku - poznatom američkom fizičaru Robert Williams Wood koji je rođen samo osam godina kasnije. Niskotopljive legure kadmijuma koriste se kao materijal za izradu tankih i složenih odlivaka, u automatskim protivpožarnim sistemima i za lemljenje stakla na metal. Lemovi koji sadrže kadmijum prilično su otporni na temperaturne fluktuacije.Oštar skok potražnje za kadmijem počeo je 1940-ih i bio je povezan s upotrebom kadmija u nuklearnoj industriji - pokazalo se da apsorbira neutrone i od njega su počeli izrađivati upravljačke i hitne šipke nuklearnih reaktora. Sposobnost kadmijuma da apsorbuje neutrone strogo definisanih energija koristi se u proučavanju energetskih spektra neutronskih snopova.
jedinjenja kadmijuma. Kadmijum formira binarna jedinjenja, soli i brojna kompleksna jedinjenja, uključujući organometalna jedinjenja. U otopinama su povezane molekule mnogih soli, posebno halogenida. Otopine imaju blago kiselu sredinu zbog hidrolize. Pod dejstvom alkalnih rastvora, počevši od pH 7-8 dolazi do taloženja baznih soli.kadmijum oksid
CdO dobijene interakcijom jednostavnih supstanci ili kalcinacijom kadmij hidroksida ili karbonata. U zavisnosti od "termalne istorije", može biti zelenkasto žuta, smeđa, crvena ili skoro crna. To je dijelom zbog veličine čestica, ali je u većoj mjeri rezultat defekata u kristalnoj rešetki. Iznad 900°C kadmijum oksid je isparljiv, a na 1570°C potpuno sublimira. Ima svojstva poluprovodnika.Kadmijum oksid je lako rastvorljiv u kiselinama i slabo u alkalijama, lako se redukuje vodonikom (na 900°C), ugljen monoksidom (iznad 350°C), ugljenikom (iznad 500°C).
Kadmijum oksid se koristi kao materijal za elektrode. Ulazi u sastav ulja za podmazivanje i punjenje za proizvodnju specijalnih naočara. Kadmijum oksid katalizuje brojne reakcije hidrogenacije i dehidrogenacije.
kadmijum hidroksid
Cd(OH ) 2 precipitata kao bijeli talog iz vodenih rastvora soli kadmija ( II ) dodavanjem alkalija. Pod dejstvom veoma koncentrisanih alkalnih rastvora pretvara se u hidroksokadmate, kao npr Na 2 [Cd (OH ) 4 ]. Kadmijum hidroksid reaguje sa amonijakom da formira rastvorljive komplekse:Cd (OH) 2 + 6NH 3 H 2 O \u003d (OH) 2 + 6H 2 OOsim toga, kadmijum hidroksid prelazi u rastvor pod dejstvom alkalnih cijanida. Iznad 170°C, razlaže se do kadmijum oksida. Interakcija kadmij hidroksida sa vodikovim peroksidom u vodenoj otopini dovodi do stvaranja peroksida različitih sastava.Kadmijum hidroksid se koristi za dobijanje drugih jedinjenja kadmija, a takođe i kao analitički reagens. Dio je kadmijumskih elektroda u izvorima struje. Osim toga, kadmijum hidroksid se koristi u dekorativnom staklu i emajlima.
kadmijum fluorid
CDF 2 je slabo rastvorljiv u vodi (4,06% težine na 20°C), nerastvorljiv u etanolu. Može se dobiti djelovanjem fluora na metal ili fluorovodonika na kadmijum karbonat.Kadmijum fluorid se koristi kao optički materijal. Dio je nekih stakla i fosfora, kao i čvrstih elektrolita u hemijskim izvorima struje.
Kadmijum hlorid
CdCl 2 je visoko rastvorljiv u vodi (53,2% po težini na 20°C). Njegova kovalentna priroda je odgovorna za relativno nisku tačku topljenja (568,5°C) i rastvorljivost u etanolu (1,5% na 25°C).Kadmijum hlorid se dobija reakcijom kadmijuma sa koncentrovanom hlorovodoničnom kiselinom ili hlorisanjem metala na 500°C.
Kadmijum hlorid je komponenta elektrolita u elektrohemijskim ćelijama kadmija i sorbenata u gasnoj hromatografiji. Dio je nekih rješenja u fotografiji, katalizatora u organskoj sintezi, fluksa za uzgoj poluvodičkih kristala. Koristi se kao jedkasto sredstvo za bojenje i štampanje tekstila. Jedinjenja kadmijuma se dobijaju iz kadmijum hlorida.
Kadmijum bromid
CdBr 2 formira ljuskave kristale sa bisernim sjajem. Veoma je higroskopan, dobro rastvorljiv u vodi (52,9% težinski na 25°C), metanolu (13,9% težinski na 20°C), etanolu (23,3% težinski na 20°C).Kadmijum bromid se dobija bromiranjem metala ili delovanjem bromovodonika na kadmijum karbonat.
Kadmijum bromid služi kao katalizator u organskoj sintezi, stabilizator je za fotografske emulzije i komponenta je vibrirajućih kompozicija u fotografiji.
kadmijum jodid
CdI 2 formira sjajne kristale u obliku listića, imaju slojevitu (dvodimenzionalnu) kristalnu strukturu. Poznato je do 200 politipova kadmijum jodida, koji se razlikuju po redosledu slojeva sa heksagonalnim i kubičnim bliskim pakovanjem.Za razliku od drugih halogena, kadmijum jodid nije higroskopan. Vrlo je rastvorljiv u vodi (46,4% po težini na 25°C). Kadmijum jodid se dobija jodiranjem metala pri zagrevanju ili u prisustvu vode, kao i delovanjem jodida vodika na kadmijum karbonat ili oksid.
Kadmijum jodid služi kao katalizator u organskoj sintezi. Komponenta je pirotehničkih kompozicija i maziva.
Kadmijum sulfid CdS je vjerovatno bio prvi spoj ovog elementa za koji je industrija bila zainteresirana. Formira limun žute do narandžasto crvene kristale. Kadmijum sulfid ima svojstva poluprovodnika.
Ovo jedinjenje je praktično nerastvorljivo u vodi. Otporan je i na djelovanje alkalnih otopina i većine kiselina.
Kadmijum sulfid se dobija interakcijom kadmijuma i para sumpora, taloženjem iz rastvora pod dejstvom vodonik sulfida ili natrijum sulfida, reakcijama između kadmijuma i sumpornih organskih jedinjenja.
Kadmijum sulfid je važna mineralna boja, ranije nazvana kadmijum žuta.
U farbarskom poslu, kadmijum žuti se kasnije počeo sve više koristiti. Njime su posebno farbani putnički automobili, jer je, između ostalih prednosti, ova boja dobro odolijevala dimu lokomotive. Kao boja, kadmijum sulfid se takođe koristio u tekstilnoj industriji i industriji sapuna. Korištene su odgovarajuće koloidne disperzije za dobivanje obojenih prozirnih stakla.
Poslednjih godina čisti kadmijum sulfid zamenjen je jeftinijim pigmentima - kadmoponom i cink-kadmijum litoponom. Kadmopon je mješavina kadmijum sulfida i barijum sulfata. Dobija se miješanjem dvije rastvorljive soli - kadmijum sulfata i barijum sulfida. Kao rezultat, formira se talog koji sadrži dvije nerastvorljive soli:
CdSO 4 + BaS = CdS
Í + BaSO 4 Í̈Kadmijum cink litopon takođe sadrži cink sulfid. U proizvodnji ove boje istovremeno se talože tri soli. Litopon je krem ili slonovače.
Uz dodatak kadmijum selenida, cink sulfida, živinog sulfida i drugih spojeva, kadmijum sulfid daje termički stabilne pigmente jarke boje od blijedo žute do tamnocrvene.
Kadmijum sulfid daje plamenu plavu boju. Ovo svojstvo se koristi u pirotehnici.
Osim toga, kadmijum sulfid se koristi kao aktivni medij u poluvodičkim laserima. To će se dogoditi kao materijal za proizvodnju fotoćelija, solarnih ćelija, fotodioda, dioda koje emituju svjetlost, fosfora.
Kadmijum selenid CdSe formira tamnocrvene kristale. Nerastvorljiv je u vodi, razgrađuju ga hlorovodonična, azotna i sumporna kiselina. Kadmijum selenid se dobija spajanjem jednostavnih supstanci ili iz gasovitih kadmijuma i selena, kao i taloženjem iz rastvora kadmijum sulfata pod dejstvom vodonik selenida, reakcijom kadmij sulfida sa selenskom kiselinom, interakcijom između kadmijuma i organoselena. spojeva.
Kadmijum selenid je fosfor. Služi kao aktivni medij u poluvodičkim laserima, materijal je za proizvodnju fotootpornika, fotodioda i solarnih ćelija.
Kadmijum selenid je pigment za emajle, glazure i umjetničke boje. Rubinsko staklo je obojeno kadmijum selenidom. Upravo je on, a ne krom oksid, kao u samom rubinu, učinio zvijezde moskovskog Kremlja rubin crvenim.
Kadmijum telurid CdT može biti tamnosive do tamno smeđe boje. Nerastvorljiv je u vodi, ali se razlaže koncentrisanim kiselinama. Dobija se interakcijom tečnog ili gasovitog kadmijuma i telura.
Kadmijum telurid, koji ima svojstva poluprovodnika, koristi se kao rendgenski i
g -zračenje, a živa-kadmijum telurid je našao široku primenu (posebno u vojne svrhe) u IC detektorima za termičko snimanje.Kada se stehiometrija naruši ili se uvedu nečistoće (na primjer, atomi bakra i hlora), kadmijum telurid dobija svojstva osetljiva na svetlost. Ovo se koristi u elektrofotografiji.
Organska jedinjenja kadmijuma CdR 2 i CdRX (R = CH 3 , C 2 H 5 , C 6 H 5 i drugi ugljovodonični radikali, X su halogeni, OR, SR, itd.) obično se dobijaju iz odgovarajućih Grignardovih reagenasa. Oni su termički manje stabilni od svojih cink kolega, ali općenito manje reaktivni (generalno nezapaljivi na zraku). Njihovo najvažnije područje primjene je priprema ketona iz kiselih klorida.
Biološka uloga kadmijuma. Kadmij se nalazi u organizmima gotovo svih životinja (kod kopnenih životinja oko 0,5 mg na 1 kg mase, a kod morskih životinja od 0,15 do 3 mg/kg). Međutim, smatra se jednim od najotrovnijih teških metala.Kadmijum se u organizmu koncentriše uglavnom u bubrezima i jetri, dok se sadržaj kadmijuma u organizmu povećava sa godinama. Akumulira se u obliku kompleksa sa proteinima koji su uključeni u enzimske procese. Ulazeći u tijelo izvana, kadmijum djeluje inhibitorno na brojne enzime, uništavajući ih. Njegovo djelovanje temelji se na vezivanju –SH grupe cisteinskih ostataka u proteinima i inhibiciji SH enzima. Također može inhibirati djelovanje enzima koji sadrže cink zamjenom cinka. Zbog blizine jonskih radijusa kalcijuma i kadmijuma, može zamijeniti kalcij u koštanom tkivu.
Ljudi se kadmijumom truju vodom za piće kontaminiranom otpadom koji sadrži kadmijum, kao i povrćem i žitaricama koje rastu na zemljištima koja se nalaze u blizini rafinerija nafte i metalurških preduzeća. Pečurke imaju posebnu sposobnost akumulacije kadmijuma. Prema nekim izvještajima, sadržaj kadmijuma u gljivama može doseći jedinice, desetine, pa čak i 100 ili više miligrama po kg vlastite težine. Jedinjenja kadmijuma su među štetnim materijama koje se nalaze u duvanskom dimu (jedna cigareta sadrži 1-2 mikrograma kadmijuma).
Klasičan primjer kroničnog trovanja kadmijem je bolest koja je prvi put opisana u Japanu 1950-ih i nazvana itai-itai. Bolest je bila praćena jakim bolovima u lumbalnoj regiji, bolovima u mišićima. Bilo je i karakterističnih znakova ireverzibilnog oštećenja bubrega. Zabilježene su stotine itai-itai smrti. Bolest je postala široko rasprostranjena zbog velikog zagađenja životne sredine u Japanu u to vreme i specifične prehrane Japanaca - uglavnom pirinča i morskih plodova (oni su u stanju da akumuliraju kadmijum u visokim koncentracijama). Istraživanja su pokazala da bolesni "itai-itai" unose i do 600 mikrograma kadmijuma dnevno. Nakon toga, kao rezultat mjera zaštite okoliša, učestalost i težina sindroma kao što je "itai-itai" značajno su se smanjili.
U Sjedinjenim Državama je pronađena veza između sadržaja kadmijuma u atmosferi i učestalosti smrti od kardiovaskularnih bolesti.
Smatra se da oko 1 μg kadmijuma na 1 kg tjelesne težine može ući u ljudsko tijelo dnevno bez štete po zdravlje. Voda za piće ne bi trebalo da sadrži više od 0,01 mg/l kadmijuma. Protuotrov za trovanje kadmijumom je selen, ali konzumiranje hrane bogate ovim elementom dovodi do smanjenja sadržaja sumpora u organizmu, u kom slučaju kadmijum ponovo postaje opasan.
Elena Savinkina
LITERATURA Popularna biblioteka hemijskih elemenata. M., Nauka, 1977Karapetyants M.Kh., Drakin S.I. Opća i neorganska hemija. M., Hemija, 1992
Greenwood N.N., Earnshaw A. Hemija elemenata, Oxford: Butterworth, 1997
