Ցինկի տելուրիդը (ZnTe), որը կարևոր II-VI կիսահաղորդչային նյութ է, լայնորեն օգտագործվում է ինֆրակարմիր դետեկտորներում, արևային մարտկոցներում և օպտոէլեկտրոնային սարքերում: Նանոտեխնոլոգիայի և կանաչ քիմիայի վերջին նվաճումները օպտիմալացրել են դրա արտադրությունը: Ստորև ներկայացված են ZnTe արտադրության ներկայիս հիմնական գործընթացները և հիմնական պարամետրերը, ներառյալ ավանդական մեթոդները և ժամանակակից բարելավումները.
___________________________________________
I. Ավանդական արտադրական գործընթաց (ուղղակի սինթեզ)
1. Հումքի պատրաստում
• Բարձր մաքրության ցինկ (Zn) և թելուր (Te): Մաքրություն ≥99.999% (5N կարգի), խառնված 1:1 մոլային հարաբերակցությամբ:
• Պաշտպանիչ գազ. Բարձր մաքրության արգոն (Ar) կամ ազոտ (N₂)՝ օքսիդացումը կանխելու համար։
2. Գործընթացի հոսք
• Քայլ 1. Վակուումային հալեցման սինթեզ
o Խառնեք Zn և Te փոշիները քվարցային խողովակի մեջ և վակուումացրեք մինչև ≤10⁻³ Պա։
o Տաքացման ծրագիր. Տաքացնել 5–10°C/րոպե արագությամբ մինչև 500–700°C, պահել 4–6 ժամ:
o Ռեակցիայի հավասարում. Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• Քայլ 2. Հալեցում
o Ցանցային արատները նվազեցնելու համար հում արտադրանքը թրծեք 400–500°C ջերմաստիճանում 2–3 ժամ։
• Քայլ 3. Մանրացում և մաղում
o Օգտագործեք գնդիկավոր աղաց՝ հիմնական նյութը մանրացնելու համար մինչև նպատակային մասնիկի չափսը (նանոմասշտաբի համար բարձր էներգիայի գնդիկավոր աղաց):
3. Հիմնական պարամետրեր
• Ջերմաստիճանի կարգավորման ճշգրտություն՝ ±5°C
• Սառեցման արագություն՝ 2–5°C/րոպե (ջերմային լարվածության ճաքերից խուսափելու համար)
• Հումքի մասնիկների չափսը՝ Zn (100–200 mesh), Te (200–300 mesh)
___________________________________________
II. Ժամանակակից բարելավված գործընթաց (սոլվոթերմային մեթոդ)
Սոլվոթերմային մեթոդը նանոմասշտաբի ZnTe ստանալու հիմնական տեխնիկան է, որն առաջարկում է այնպիսի առավելություններ, ինչպիսիք են կարգավորելի մասնիկի չափը և ցածր էներգիայի սպառումը։
1. Հումք և լուծիչներ
• Նախորդ նյութեր՝ ցինկի նիտրատ (Zn(NO₃)₂) և նատրիումի թելուրիտ (Na₂TeO₃) կամ թելուրի փոշի (Te):
• Վերականգնող նյութեր՝ հիդրազինի հիդրատ (N₂H₄·H₂O) կամ նատրիումի բորոհիդրիդ (NaBH₄):
• Լուծիչներ՝ էթիլենդիամին (ԷԴԱ) կամ ապաիոնացված ջուր (ԱԻ ջուր):
2. Գործընթացի հոսք
• Քայլ 1. Նախորդների լուծարում
o Խառնելով լուծիչի մեջ լուծեք Zn(NO₃)₂-ը և Na₂TeO₃-ը 1:1 մոլային հարաբերակցությամբ։
• Քայլ 2. Վերականգնման ռեակցիա
o Ավելացրեք վերականգնող նյութը (օրինակ՝ N₂H₄·H₂O) և փակեք բարձր ճնշման ավտոկլավում։
o Ռեակցիայի պայմաններ՝
Ջերմաստիճան՝ 180–220°C
Ժամանակը՝ 12-24 ժամ
Ճնշում. Ինքնաստեղծվող (3–5 ՄՊա)
o Ռեակցիայի հավասարում. Zn2++TeO32−+Վերականգնող նյութ→ZnTe+Ենթամթերքներ (օրինակ՝ H₂O, N₂)Zn2++TeO32−+Վերականգնող նյութ→ZnTe+Ենթամթերքներ (օրինակ՝ H₂O, N₂)
• Քայլ 3. Հետբուժում
o Ցենտրիֆուգացրեք՝ արտադրանքը մեկուսացնելու համար, լվացեք 3-5 անգամ էթանոլով և անջատված ջրով։
Չորացնել վակուումի տակ (60–80°C 4–6 ժամ):
3. Հիմնական պարամետրեր
• Նախորդող նյութի կոնցենտրացիան՝ 0.1–0.5 մոլ/լ
• pH-ի կարգավորում՝ 9–11 (ալկալային պայմանները նպաստում են ռեակցիային)
• Մասնիկների չափի կառավարում. Կարգավորում լուծիչի տեսակի միջոցով (օրինակ՝ EDA-ն տալիս է նանոհաղորդալարեր, ջրային փուլը՝ նանոմասնիկներ):
___________________________________________
III. Այլ առաջադեմ գործընթացներ
1. Քիմիական գոլորշու նստեցում (ՔԳՆ)
• Կիրառում. Բարակ թաղանթի պատրաստում (օրինակ՝ արևային մարտկոցներ):
• Նախորդ նյութեր՝ դիէթիլցինկ (Zn(C₂H₅)₂) և դիէթիլթելուր (Te(C₂H₅)₂):
• Պարամետրեր՝
o Նստեցման ջերմաստիճան՝ 350–450°C
o Կրող գազ՝ H₂/Ar խառնուրդ (հոսքի արագություն՝ 50–100 sccm)
Ճնշումը՝ 10⁻²–10⁻³ Տոր
2. Մեխանիկական համաձուլվածքացում (գնդաձև ֆրեզավորում)
• Հատկանիշներ՝ Առանց լուծիչների, ցածր ջերմաստիճանային սինթեզ։
• Պարամետրեր՝
o Գնդիկի և փոշու հարաբերակցություն՝ 10:1
Ֆրեզավորման ժամանակը՝ 20–40 ժամ
Պտտման արագություն՝ 300–500 պտույտ/րոպե
___________________________________________
IV. Որակի վերահսկողություն և բնութագրում
1. Մաքրության վերլուծություն. բյուրեղային կառուցվածքի ռենտգենյան դիֆրակցիա (XRD) (գլխավոր գագաթնակետը 2θ ≈25.3°-ում):
2. Մորֆոլոգիայի վերահսկում. Նանոմասնիկների չափի համար թափանցող էլեկտրոնային մանրադիտակ (TEM) (տիպիկ՝ 10–50 նմ):
3. Տարրերի հարաբերակցություն. Էներգիայի դիսպերսիոն ռենտգենյան սպեկտրոսկոպիա (EDS) կամ ինդուկտիվորեն միացված պլազմայի զանգվածային սպեկտրոմետրիա (ICP-MS)՝ Zn ≈1:1-ը հաստատելու համար:
___________________________________________
V. Անվտանգության և շրջակա միջավայրի նկատառումներ
1. Թափոնային գազերի մշակում. H₂Te-ի կլանումը ալկալային լուծույթներով (օրինակ՝ NaOH):
2. Լուծիչի վերականգնում. վերամշակեք օրգանական լուծիչները (օրինակ՝ EDA) թորման միջոցով:
3. Պաշտպանիչ միջոցառումներ՝ Օգտագործեք գազային դիմակներ (H₂Te-ից պաշտպանության համար) և կոռոզիակայուն ձեռնոցներ։
___________________________________________
VI. Տեխնոլոգիական միտումներ
• Կանաչ սինթեզ. Մշակել ջրային փուլային համակարգեր՝ օրգանական լուծիչի օգտագործումը նվազեցնելու համար։
• Խառնուրդի մոդիֆիկացիա. Բարձրացնել հաղորդականությունը՝ խառնելով այն Cu, Ag և այլն պարունակող նյութերով։
• Մեծածավալ արտադրություն. Կիրառել անընդհատ հոսքի ռեակտորներ՝ կգ-մասշտաբի խմբաքանակներ ստանալու համար։
Հրապարակման ժամանակը. Մարտի 21-2025