1. Inngangur

Sinktelluríð (ZnTe) er mikilvægt hálfleiðaraefni í II-VI flokki með beinni bandgapbyggingu. Við stofuhita er bandgap þess um það bil 2,26 eV og það hefur víðtæka notkun í ljósfræðilegum tækjum, sólarsellum, geislunarskynjurum og öðrum sviðum. Þessi grein veitir ítarlega kynningu á ýmsum myndunarferlum fyrir sinktelluríð, þar á meðal föstefnaviðbrögðum, gufuflutningi, lausnarmiðuðum aðferðum, sameindageislagreiningu o.s.frv. Hver aðferð verður útskýrð ítarlega hvað varðar meginreglur, verklag, kosti og galla og lykilatriði.

2. Aðferð við föstu ástandi við ZnTe-myndun

2.1 Meginregla

Fastfasaviðbragðsaðferðin er hefðbundnasta aðferðin til að búa til sinktelluríð, þar sem hreint sink og tellúr hvarfast beint við hátt hitastig til að mynda ZnTe:

Zn + Te → ZnTe

2.2 Ítarleg verklagsregla

2.2.1 Undirbúningur hráefnis

1. Efnisval: Notið hágæða sinkkorn og tellúrklumpa með hreinleika ≥99,999% sem upphafsefni.
2. Forvinnsla efnis:
   • Sinkmeðferð: Fyrst skal dýfa í þynnta saltsýru (5%) í 1 mínútu til að fjarlægja yfirborðsoxíð, skola með afjónuðu vatni, þvo með vatnsfríu etanóli og að lokum þurrka í lofttæmisofni við 60°C í 2 klukkustundir.
   • Tellúrmeðferð: Fyrst skal sökkva efninu í kóngavatn (HNO₃:HCl=1:3) í 30 sekúndur til að fjarlægja yfirborðsoxíð, skola með afjónuðu vatni þar til það er hlutlaust, þvo með vatnsfríu etanóli og að lokum þurrka í lofttæmisofni við 80°C í 3 klukkustundir.
3. Vigtun: Vigið hráefnin í steikíómetrískum hlutföllum (Zn:Te = 1:1). Vegna hugsanlegrar uppgufunar sinks við hátt hitastig má bæta við 2-3% umframmagni.

2.2.2 Blöndun efnis

1. Malun og blöndun: Setjið vigtað sink og tellúr í agatmortél og malið í 30 mínútur í argonfylltum hanskahólfi þar til blandan er jafn.
2. Pelletúring: Setjið blandaða duftið í mót og þrýstið í kúlur með þvermál 10-20 mm við 10-15 MPa þrýsting.

2.2.3 Undirbúningur hvarfefnaíláts

1. Meðferð kvarsröra: Veljið kvarsrör með mikilli hreinleika (innra þvermál 20-30 mm, veggþykkt 2-3 mm), leggið fyrst í bleyti í kóngavatni í 24 klukkustundir, skolið vandlega með afjónuðu vatni og þurrkið í ofni við 120°C.
2. Lofttæming: Setjið hráefniskúlurnar í kvarsrörið, tengdu við lofttæmiskerfi og lofttæmið niður í ≤10⁻³Pa.
3. Þétting: Þéttið kvarsrörið með vetnis-súrefnisloga og tryggið að þéttilengd ≥50 mm sé tryggð til að tryggja loftþéttleika.

2.2.4 Háhitaviðbrögð

1. Fyrsta upphitunarstig: Setjið innsiglaða kvarsrörið í rörofn og hitið í 400°C á hraða 2-3°C/mín., haldið í 12 klukkustundir til að leyfa upphaflegri efnahvörf milli sinks og tellúrs.
2. Annað upphitunarstig: Haldið áfram að hita upp í 950-1050°C (undir mýkingarmarki kvarssins sem er 1100°C) við 1-2°C/mín. og haldið í 24-48 klukkustundir.
3. Vagga í rörinu: Á meðan á háhitastiginu stendur skal halla ofninum um 45° á tveggja tíma fresti og vagga nokkrum sinnum til að tryggja góða blöndun hvarfefna.
4. Kæling: Eftir að viðbrögðum er lokið skal kæla sýnið hægt niður í stofuhita við 0,5-1°C/mín. til að koma í veg fyrir sprungur vegna hitastreitu.

2.2.5 Vöruvinnsla

1. Fjarlæging efnisins: Opnið kvarsrörið í hanskahólfinu og fjarlægið hvarfefnið.
2. Malun: Malið vöruna aftur í duft til að fjarlægja öll óhvarfuð efni.
3. Glóðun: Glóðið duftið við 600°C undir argon andrúmslofti í 8 klukkustundir til að létta innri spennu og bæta kristöllun.
4. Einkennigreining: Framkvæmið XRD, SEM, EDS o.s.frv. til að staðfesta fasahreinleika og efnasamsetningu.

2.3 Hagnýting ferlisbreyta

1. Hitastýring: Kjörhitastig viðbragða er 1000 ± 20 °C. Lægri hitastig geta leitt til ófullkomins viðbragða, en hærri hitastig geta valdið uppgufun sinks.
2. Tímastjórnun: Viðhaldstíminn ætti að vera ≥24 klukkustundir til að tryggja fullkomna virkni.
3. Kælingarhraði: Hæg kæling (0,5-1°C/mín) gefur stærri kristalkorn.

2.4 Greining á kostum og göllum

Kostir:

• Einfalt ferli, lítil búnaður þarfnast
• Hentar fyrir lotuframleiðslu
• Mikil hreinleiki vörunnar

Ókostir:

• Hátt viðbragðshitastig, mikil orkunotkun
• Ójafn kornastærðardreifing
• Getur innihaldið lítið magn af óhvarfuðum efnum

3. Gufuflutningsaðferð fyrir ZnTe-myndun

3.1 Meginregla

Gufuflutningsaðferðin notar burðargas til að flytja hvarfefnisgufur á lághitasvæði til útfellingar, og nær þannig stefnubundnum vexti ZnTe með því að stjórna hitahalla. Joð er almennt notað sem flutningsefni:

ZnTe(s) + I₂(g) ⇌ ZnI₂(g) + 1/2Te₂(g)

3.2 Ítarleg verklagsregla

3.2.1 Undirbúningur hráefnis

1. Efnisval: Notið ZnTe duft með mikilli hreinleika (hreinleiki ≥99,999%) eða steikíómetrískt blandað Zn og Te duft.
2. Undirbúningur flutningsefnis: Joðkristallar með mikilli hreinleika (hreinleiki ≥99,99%), skammtur sem nemur 5-10 mg/cm³ rúmmáli í hvarfröri.
3. Meðferð með kvarsrörum: Sama og með föstu formi viðbragðsaðferð, en þörf er á lengri kvarsrörum (300-400 mm).

3.2.2 Hleðsla á rörum

1. Efnisstaðsetning: Setjið ZnTe duft eða Zn+Te blöndu í annan endann á kvarsrörinu.
2. Joðviðbót: Bætið joðkristöllum við kvarsrörið í hanskahólfinu.
3. Rýming: Rýmið niður í ≤10⁻³Pa.
4. Þétting: Þéttið með vetnis-súrefnisloga og haldið rörinu láréttu.

3.2.3 Uppsetning hitastigshalla

1. Hitastig heits svæðis: Stillt á 850-900°C.
2. Hitastig í köldu svæði: Stillt á 750-800°C.
3. Lengd hallasvæðis: Um það bil 100-150 mm.

3.2.4 Vaxtarferli

1. Fyrsta stig: Hitið upp í 500°C við 3°C/mín., haldið í 2 klukkustundir til að leyfa upphaflegri efnahvörf milli joðs og hráefna.
2. Annað stig: Haldið áfram að hita upp að stilltu hitastigi, haldið hitahallanum og ræktið í 7-14 daga.
3. Kæling: Eftir að vexti er lokið, kælið niður í stofuhita við 1°C/mín.

3.2.5 Vörusöfnun

1. Opnun rörsins: Opnið kvarsrörið í hanskahólfinu.
2. Safn: Safnið ZnTe einkristalla í köldum enda.
3. Þrif: Hreinsið með ómskoðun með vatnsfríu etanóli í 5 mínútur til að fjarlægja joð sem hefur aðsogast á yfirborðið.

3.3 Stjórnunarpunktar ferlisins

1. Stjórnun á joðmagni: Joðþéttni hefur áhrif á flutningshraða; kjörgildi er 5-8 mg/cm³.
2. Hitastigull: Haldið hitastigi innan 50-100°C.
3. Vaxtartími: Venjulega 7-14 dagar, allt eftir æskilegri kristalstærð.

3.4 Greining á kostum og göllum

Kostir:

• Hægt er að fá hágæða einkristalla
• Stærri kristallastærðir
• Mikil hreinleiki

Ókostir:

• Langir vaxtarhringir
• Miklar kröfur um búnað
• Lágt ávöxtunarkrafa

4. Lausnamiðuð aðferð fyrir ZnTe nanóefnismyndun

4.1 Meginregla

Lausnabundnar aðferðir stjórna forverahvörfum í lausn til að búa til ZnTe nanóagnir eða nanóvíra. Dæmigerð viðbrögð eru:

Zn²⁺ + HTe⁻ + OH⁻ → ZnTe + H₂O

4.2 Ítarleg verklagsregla

4.2.1 Undirbúningur hvarfefnis

1. Sinkuppspretta: Sinkasetat (Zn(CH₃COO)₂·2H₂O), hreinleiki ≥99,99%.
2. Tellúr Uppruni: Tellúrdíoxíð (TeO₂), hreinleiki ≥99,99%.
3. Afoxunarefni: Natríumbórhýdríð (NaBH₄), hreinleiki ≥98%.
4. Leysiefni: Afjónað vatn, etýlendíamín, etanól.
5. Yfirborðsefni: Setýltrímetýlammoníumbrómíð (CTAB).

4.2.2 Undirbúningur tellúrforvera

1. Undirbúningur lausnar: Leysið upp 0,1 mmól af TeO₂ í 20 ml afjónuðu vatni.
2. Afoxunarviðbrögð: Bætið 0,5 mmóli af NaBH₄ út í og ​​hrærið með segulmagnaði í 30 mínútur til að mynda HTe⁻ lausn.
   TeO₂ + 3BH4⁻ + 3H₂O → HTe⁻ + 3B(OH)₃ + 3H₂↑
3. Verndandi andrúmsloft: Viðhaldið köfnunarefnisflæði allan tímann til að koma í veg fyrir oxun.

4.2.3 Myndun ZnTe nanóagna

1. Undirbúningur sinklausnar: Leysið upp 0,1 mmól af sinkasetati í 30 ml af etýlendíamíni.
2. Blöndunarviðbrögð: Bætið HTe⁻ lausninni hægt út í sinklausnina og látið hana hvarfast við 80°C í 6 klukkustundir.
3. Skilvindu: Eftir viðbrögð, skilvindu við 10.000 snúninga á mínútu í 10 mínútur til að safna efninu.
4. Þvottur: Þvoið til skiptis með etanóli og afjónuðu vatni þrisvar sinnum.
5. Þurrkun: Lofttæmd þurrkun við 60°C í 6 klukkustundir.

4.2.4 Myndun ZnTe nanóvíra

1. Viðbót sniðmáts: Bætið 0,2 g af CTAB út í sinklausnina.
2. Vatnshitaviðbrögð: Færið blönduðu lausnina í 50 ml teflonklæddan sjálfsofnkæli og látið hvarfast við 180°C í 12 klukkustundir.
3. Eftirvinnsla: Sama og fyrir nanóagnir.

4.3 Hagnýting ferlisbreyta

1. Hitastýring: 80-90°C fyrir nanóagnir, 180-200°C fyrir nanóvíra.
2. pH gildi: Haldið á milli 9-11.
3. Viðbragðstími: 4-6 klukkustundir fyrir nanóagnir, 12-24 klukkustundir fyrir nanóvíra.

4.4 Greining á kostum og göllum

Kostir:

• Lághitaviðbrögð, orkusparandi
• Stýranleg formgerð og stærð
• Hentar fyrir stórfellda framleiðslu

Ókostir:

• Vörur geta innihaldið óhreinindi
• Krefst eftirvinnslu
• Lægri kristal gæði

5. Sameindageislaepitaxía (MBE) fyrir ZnTe þunnfilmuundirbúning

5.1 Meginregla

MBE ræktar ZnTe einkristalla þunnfilmur með því að beina sameindageislum af Zn og Te á undirlag við afar hátt lofttæmi, og stjórnar þannig nákvæmlega geislaflæðishlutföllum og hitastigi undirlagsins.

5.2 Ítarleg verklagsregla

5.2.1 Undirbúningur kerfisins

1. Tómarúmskerfi: Grunntómarúm ≤1 × 10⁻⁸Pa.
2. Undirbúningur heimilda:
   • Sinkgjafi: 6N hágæða sink í BN-deiglu.
   • Tellúruppspretta: 6N mjög hreint tellúr í PBN-deiglu.
3. Undirbúningur undirlags:
   • Algengt notað GaAs(100) undirlag.
   • Þrif á undirlagi: Þrif með lífrænum leysiefnum → sýruetsun → skolun með afjónuðu vatni → þurrkun köfnunarefnis.

5.2.2 Vaxtarferli

1. Útgasun undirlagsins: Bakið við 200°C í 1 klukkustund til að fjarlægja yfirborðsadsorböt.
2. Fjarlæging oxíðs: Hitið í 580°C, haldið í 10 mínútur til að fjarlægja yfirborðsoxíð.
3. Vöxtur stuðpúðalags: Kælið niður í 300°C, ræktið 10nm ZnTe stuðpúðalag.
4. Helstu vöxtur:
   • Hitastig undirlags: 280-320°C.
   • Jafngildiþrýstingur sinkgeisla: 1×10⁻⁶Torr.
   • Jafngildiþrýstingur tellúrgeisla: 2×10⁻⁶Torr.
   • V/III hlutfallið stýrt við 1,5-2,0.
   • Vaxtarhraði: 0,5-1 μm/klst.
5. Glóðun: Eftir vöxt, glóðið við 250°C í 30 mínútur.

5.2.3 Eftirlit á staðnum

1. RHEED eftirlit: Rauntíma athugun á endurbyggingu yfirborðs og vaxtarháttum.
2. Massagreining: Eftirlit með styrk sameindageisla.
3. Innrauð hitamæling: Nákvæm hitastigsstýring á undirlagi.

5.3 Stjórnunarpunktar ferlisins

1. Hitastýring: Hitastig undirlagsins hefur áhrif á gæði kristalsins og yfirborðsformgerð.
2. Geislaflæðishlutfall: Te/Zn hlutfallið hefur áhrif á gerðir og styrk galla.
3. Vaxtarhraði: Lægri vextir bæta gæði kristalsins.

5.4 Greining á kostum og göllum

Kostir:

• Nákvæm samsetning og lyfjaeftirlit.
• Hágæða einkristallsfilmur.
• Atómslétt yfirborð er mögulegt.

Ókostir:

• Dýr búnaður.
• Hægur vaxtarhraði.
• Krefst háþróaðrar rekstrarhæfni.

6. Aðrar aðferðir við myndun

6.1 Efnafræðileg gufuútfelling (CVD)

1. Forverar: Díetýlsink (DEZn) og díísóprópýltellúríð (DIPTe).
2. Viðbragðshitastig: 400-500°C.
3. Burðargas: Háhreint köfnunarefni eða vetni.
4. Þrýstingur: Loftþrýstingur eða lágþrýstingur (10-100 Torr).

6.2 Varmauppgufun

1. Upprunaefni: ZnTe duft með mikilli hreinleika.
2. Tómarúmsstig: ≤1 × 10⁻⁴Pa.
3. Uppgufunarhitastig: 1000-1100°C.
4. Hitastig undirlags: 200-300°C.

7. Niðurstaða

Ýmsar aðferðir eru til til að mynda sinktelluríð, hver með sína kosti og galla. Fastfasaviðbrögð henta vel til að framleiða magnefni, gufuflutningur gefur hágæða einkristalla, lausnaraðferðir eru tilvaldar fyrir nanóefni og MBE er notað fyrir hágæða þunnfilmur. Í hagnýtum tilgangi ætti að velja viðeigandi aðferð út frá kröfum, með ströngu eftirliti með ferlisbreytum til að fá afkastamikil ZnTe efni. Framtíðaráætlanir fela í sér lághitamyndun, formgerðarstjórnun og hagræðingu á lyfjafræðilegum ferlum.