Кобальта силицид

Силицид кобальта (CoSi, моносилицид кобальта, кремнистый кобальт) — бинарное интерметаллическое соединение кобальта (Co) и кремния (Si). Поставляется в виде порошка серого цвета различной степени чистоты.

Физические и химические свойства CoSi

Моносилицид кобальта нерастворим в воде. Основные физико-химические характеристики приведены в таблице.

Кристаллическая структура

CoSi кристаллизуется в кубической сингонии по структурному типу FeSi: пространственная группа P2₁3 (№ 198), параметр ячейки a = 0,4447 нм, число формульных единиц Z = 4. Кубическая структура без центра симметрии обусловливает нетривиальную топологию электронных зон — CoSi относится к классу вейлевских полуметаллов, что и определяет его необычные термоэлектрические свойства.

По типу проводимости силицид кобальта является полуметаллом: зоны проводимости и валентная перекрываются незначительно. По магнитным свойствам — диамагнетик; ферромагнитных или остаточных магнитных свойств не имеет.

Термоэлектрические свойства и применение

Основное функциональное применение CoSi — термоэлектрические преобразователи. Моносилицид кобальта обладает одним из наиболее высоких коэффициентов мощности среди силицидов и интерметаллических соединений: до 60 мкВт·см⁻¹·К⁻² при комнатной температуре. Рабочий диапазон термоэлектрических измерений — 100–800 К (от −173 до +527 °C).

Фактором, ограничивающим безразмерный термоэлектрический коэффициент ZT, служит высокая решёточная теплопроводность CoSi — 20 Вт/(м·К). Попытки снизить её через порошковую технологию (уменьшение размера зерна) приводят к нежелательному росту электросопротивления и снижению коэффициента Зеебека из-за граничных дефектов, что суммарно не улучшает ZT. Это необходимо учитывать при выборе технологии изготовления термоэлементов.

Помимо этого, CoSi используется как контактный (буферный) слой в термоэлектрических генераторах на основе силицидов — благодаря хорошей электрической проводимости и термической совместимости с кремнийсодержащими соединениями. В полупроводниковой технологии моносилицид кобальта образуется как промежуточная фаза при получении дисилицида кобальта (CoSi₂) — низкоомного контактного материала в СБИС.

Смежные соединения кобальта: карбид кобальта. Среди термоэлектрических силицидов также поставляется силицид рения.

Синтез моносилицида кобальта

В лабораторно-технической практике CoSi получают нагревом кобальта с силицидом меди:

Co + Cu₄Si → CoSi + 4Cu

Альтернативные методы синтеза: прямое сплавление кобальта и кремния в инертной атмосфере; дуговая плавка с последующим отжигом; осаждение из газовой фазы при производстве тонкоплёночных полупроводниковых структур. Для получения порошкового CoSi применяют дуговую плавку с последующим размолом.

Условия хранения и формы поставки

Порошок силицида кобальта поставляется в различной степени чистоты. Хранение — в сухом закрытом помещении, исключающем попадание влаги.