El seleniuro de plomo ( PbSe ), o seleniuro de plomo (II) , un seleniuro de plomo , es un material semiconductor . Forma cristales cúbicos de la estructura de NaCl ; tiene una banda prohibida directa de 0,27 eV a temperatura ambiente. (Tenga en cuenta que [2] identifica incorrectamente al PbSe y otros semiconductores IV-VI como materiales de banda prohibida indirecta). [3] Es un sólido gris que se utiliza para la fabricación de detectores infrarrojos para imágenes térmicas . [4] El mineral clausthalita es un seleniuro de plomo de origen natural.
Puede formarse por reacción directa entre sus elementos constituyentes, plomo y selenio .
El PbSe fue uno de los primeros materiales sensibles a la radiación infrarroja que se utilizó en aplicaciones militares. Los primeros trabajos de investigación sobre el material como detector de infrarrojos se llevaron a cabo durante la década de 1930 y los primeros dispositivos útiles fueron procesados por alemanes, estadounidenses y británicos durante y justo después de la Segunda Guerra Mundial. Desde entonces, el PbSe se ha utilizado comúnmente como fotodetector de infrarrojos en múltiples aplicaciones, desde espectrómetros para detección de gases y llamas hasta espoletas infrarrojas para munición de artillería o sistemas de señalización infrarroja pasiva (PIC). [5]
Como material sensible a la radiación infrarroja , el PbSe tiene características únicas y sobresalientes: puede detectar radiación IR de longitudes de onda de 1,5 a 5,2 μm (ventana infrarroja de onda media, abreviada MWIR – en algunas condiciones especiales es posible extender su respuesta más allá de 6 μm), tiene una alta detectividad a temperatura ambiente (rendimiento sin refrigeración), y debido a su naturaleza cuántica, también presenta una respuesta muy rápida, lo que hace de este material un excelente candidato como detector de imágenes infrarrojas de alta velocidad y bajo coste. [6]
El seleniuro de plomo es un material fotoconductor . Su mecanismo de detección se basa en un cambio de conductividad de una película delgada policristalina del material activo cuando inciden fotones . Estos fotones son absorbidos dentro de los microcristales de PbSe provocando entonces la promoción de electrones desde la banda de valencia a la banda de conducción . Aunque se ha estudiado ampliamente, los mecanismos responsables de su alta detectividad a temperatura ambiente no se comprenden bien. Lo que sí es ampliamente aceptado es que el material y la naturaleza policristalina de la película delgada activa juegan un papel clave tanto en la reducción del mecanismo Auger como en la reducción de la corriente oscura asociada con la presencia de múltiples regiones de agotamiento entre granos y barreras de potencial dentro de las películas delgadas policristalinas.
El seleniuro de plomo es un material termoeléctrico. Alekseva y sus colaboradores del Instituto AF Ioffe en Rusia identificaron el material como un potencial termoeléctrico de alta temperatura con dopaje de sodio o cloro. Trabajos teóricos posteriores en el Laboratorio Nacional Oak Ridge, EE. UU., predijeron que su rendimiento de tipo p podría igualar o superar al de su compuesto hermano, el telururo de plomo. [7] Desde entonces, varios grupos han informado cifras de mérito termoeléctricas superiores a la unidad, que es la característica de un termoeléctrico de alto rendimiento. [8] [9] [10]
Se utilizan comúnmente dos métodos para fabricar detectores infrarrojos basados en PbSe.
La disposición en baño químico (CBD) es el método de fabricación estándar. [11] Fue desarrollado en EE. UU. durante los años 60 y se basa en la precipitación del material activo sobre un sustrato enjuagado en un baño controlado con selenourea , acetato de plomo , yodo de potasio y otros compuestos. El método CBD se ha utilizado ampliamente durante las últimas décadas y todavía se utiliza para procesar detectores infrarrojos de PbSe. Debido a las limitaciones tecnológicas asociadas a este método de procesamiento, actualmente el formato de detector de PbSe CBD más grande comercializado es una matriz lineal de 1x256 elementos.
Este método de procesamiento se basa en la deposición del material activo por evaporación térmica, seguida de tratamientos térmicos. Este método tiene una ventaja intrínseca en comparación con el método CBD, que es la compatibilidad con sustratos preprocesados, como obleas de tecnología CMOS de silicio, y la posibilidad de procesar detectores complejos, como los conjuntos de plano focal para sensores de imagen. De hecho, este ha sido el hito más importante en las últimas décadas en lo que respecta a la fabricación de detectores de PbSe, ya que ha abierto la tecnología al mercado de cámaras de imagen MWIR de alta resolución sin refrigeración con altas velocidades de cuadro y costos reducidos. [12]
El seleniuro de trioctilfosfina y el acetato de plomo reaccionan para producir seleniuro de plomo en nanofase. [13]
Los nanocristales de seleniuro de plomo incrustados en diversos materiales se pueden utilizar como puntos cuánticos , [14] por ejemplo en células solares de nanocristales .
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