碲化镉

化学性质

化学式CdTe。分子量240.00。黑色立方系晶体。有毒! 熔点1041℃，温度更高即分解，相对密度6.2015。不溶于水、酸，但能与硝酸作用而分解。潮湿时易被空气氧化。制法：由碲、镉单质混合熔化，在氢气流中升华，或镉的亚碲酸盐或碲酸盐在氢气流中加热还原，也可由碲化钠与被醋酸酸化的醋酸镉溶液作用，当从溶液中沉淀出时呈褐红色，干燥后几乎变成黑色，还可用碲化氢作用于镉蒸气，形成碲化镉单晶而得。

半导体材料

碲化镉是由碲和镉构成的一种重要的Ⅱ—Ⅵ族化合物半导体材料。分子式为CdTe，其晶体结构为闪锌矿型，具有直接跃迁型能带结构，晶格常数0.6481nm，熔点1092℃，密度5.766g/cm3，禁带宽度 1.5eV(25℃)，能带构造为直接型，电子迁移率 (25℃) 1050cm2/(V·s)，空穴迁移率(25℃) 80cm2/(V·s)，电子有效质量0.096，电阻率103～ 107Ω·cm。以高纯碲和镉为原料，脱氧后合成碲化镉，再用垂直定向结晶法或垂直区熔法生长成单晶或多晶。单晶用于制作红外电光调制器、红外探测器、红外透镜和窗口、磷光体、常温γ射线探测器、太阳能电池及接近可见光区的发光器件等，碲化镉太阳能电池，较单晶硅太阳能电池有制作方便，成本低廉和重量较轻等优点。
Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料是重要的半导体材料，高、力学性能差，至今难以制成大直径体单晶，许多材料多作成外延薄膜。已获重要应用的有碲化镉、硫化镉、硒化锌、硫化锌以及本族的固溶半导体材料碲镉汞(Hg1-xCdxTe)等。
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多晶碲化镉合成

碲化镉的主要结构缺陷是填隙镉原子，它提供n型电导，而镉空位提供p型电导。用纯度为99.9999%的碲和镉按元素质量比1：1称量，并将料装入涂碳石英管内，在真空度小于4×10-4Pa下进行物料脱氧，再在真空度小于2×10-4Pa下密封石英管。然后将密封好的石英管放入合成炉内进行多晶碲化镉合成。为防止合成时镉的迅速蒸发引起炸管，升温必须缓慢进行，因为在碲化镉的熔点，镉的蒸气压为1MPa。当温度升至800℃时恒温4h，然后缓慢升温到1100℃，整个合成时间为14h。

单晶碲化镉生长

合成好的多晶料可用垂直布里支曼法，碲熔剂法、气相升华法、高压融体生长法等生长单晶。生长速度分别为2mm/h、3mm/h、0.2mm/h、5mm/h。垂直布里支曼法是现在常用于生长碲化镉单晶的方法，其生长示意图如图所示。

碲化镉单晶生长示意图
1—传动机构2—石英安瓿 3—多段电阻炉4—镉源5—碲化镉多晶料6—生长碲化镉单晶
生长碲化镉单晶较困难，其原因是元素镉和元素碲在碲化镉生长温度都有较高蒸气压，因此晶体易偏离化学配比另一个原因是镉易沾附石英安瓿。国际上称晶体断面上少于三个晶粒的晶体为单晶。碲化镉单晶可用于红外电光调制器、红外探测器、HgCdTe的衬底材料、红外窗口、常温X射线探测器、太阳能电池以及接近可见光区发光器件等。

碲镉汞

碲镉汞(CdxHg1-xTe)是由Ⅱ-Ⅵ族化合物碲化镉和碲化汞组成的三元固溶体半导体。它是一种窄带半导体材料，随着组分x的变化，禁带宽度和其它能带参数也发生变化。其禁带宽度Eg随温度T和组分x变化有如下经验公式：Eg(T·x)=0.30+5×10-4T+(1.91-10-3T)x。
窄带半导体一般都属于能带反转型半导体。对于Cdx、Hg1-xTe，在低温下，当x值较小时，它是一种半金属或禁带宽度为零的半导体。当x增大到一定值时，CdxHg1-xTe就由半金属转变成窄带半导体，产生了能带反转(77K，x=0.15时)，此时电子有效质量变小，电子迁移率增大，从而引起许多物理性质的变化。用碲镉汞制作的红外探测器具有良好的特性，特别是在波长为8～14μm的大气窗口附近，其灵敏度很高，因此它作为良好的激光接收材料而得到了较快的发展。由于碲镉汞是由熔点较高的 Ⅱ -Ⅵ族化合物组成. 在高温下、镉、汞、碲元素的蒸汽压都很高，因此从熔体中生长的碲镉汞晶体中常常产生严重的组分偏离而影响材料和器件的性能，故改善碲镉汞制备方法，提高其单晶质量仍然是一个重要的研究课题.
参考资料：冯端 主编.固体物理学大辞典.北京：高等教育出版社.1995.第213页.

用途

光谱分析。也用于制作太阳能电池，红外调制器，HgxCdl-xTe衬底，红外窗场致发光器件，光电池，红外探测，X射线探测，核放射性探测器，接近可见光区的发光器件等。

类别

有毒物品

毒性分级

中毒

急性毒性

腹注-大鼠 LD50: 2820 毫克/公斤 腹注-小鼠 LD50: 2100 毫克/公斤

可燃性危险特性

遇酸, 或潮气, 或高热放出剧毒含镉, 碲化物气体

储运特性

库房通风低温干燥 与酸类, 食品分开储运

灭火剂

水, 砂土

职业标准

TLV-TWA 0.05 毫克 (镉)/立方米 STEL 0.1 毫克 (镉)/立方米