Sinktelluríð (ZnTe), mikilvægt II-VI hálfleiðaraefni, er mikið notað í innrauða skynjun, sólarsellum og ljósfræðilegum tækjum. Nýlegar framfarir í nanótækni og grænni efnafræði hafa hámarkað framleiðslu þess. Hér að neðan eru núverandi helstu framleiðsluferli ZnTe og lykilbreytur, þar á meðal hefðbundnar aðferðir og nútímalegar úrbætur:
________________________________________
I. Hefðbundin framleiðsluferli (bein myndun)
1. Undirbúningur hráefnis
• Háhreint sink (Zn) og tellúr (Te): Hreinleiki ≥99,999% (5N gæðaflokkur), blandað saman í 1:1 mólhlutfalli.
• Verndargas: Háhreint argon (Ar) eða köfnunarefni (N₂) til að koma í veg fyrir oxun.
2. Ferliflæði
• Skref 1: Lofttæmisbræðslumyndun
Blandið Zn og Te dufti saman í kvarsröri og látið lofttæma þar til hitastigið er ≤10⁻³ Pa.
o Hitunarforrit: Hitið við 5–10°C/mín. upp í 500–700°C, haldið í 4–6 klukkustundir.
o Hvarfjafna: Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• Skref 2: Glóðun
o Hitið hráafurðina við 400–500°C í 2–3 klukkustundir til að draga úr grindargöllum.
• Skref 3: Mylja og sigta
o Notið kúlukvörn til að mala efnið niður í tilætlaða agnastærð (orkukúlukvörn með mikilli orku fyrir nanóskala).
3. Lykilþættir
• Nákvæmni hitastýringar: ±5°C
• Kælingarhraði: 2–5°C/mín. (til að forðast sprungur vegna hitaspennu)
• Agnastærð hráefnis: Zn (100–200 möskva), Te (200–300 möskva)
________________________________________
II. Nútímaleg, bætt aðferð (lausnarhitaaðferð)
Solvothermal aðferðin er algengasta aðferðin til að framleiða ZnTe á nanóskala og býður upp á kosti eins og stýrða agnastærð og litla orkunotkun.
1. Hráefni og leysiefni
• Forverar: Sinknitrat (Zn(NO₃)₂) og natríumtellurit (Na₂TeO₃) eða tellúrduft (Te).
• Afoxunarefni: Hýdrazínhýdrat (N₂H₄·H₂O) eða natríumbórhýdríð (NaBH₄).
• Leysiefni: Etýlendíamín (EDA) eða afjónað vatn (DI vatn).
2. Ferliflæði
• Skref 1: Upplausn forvera
Leysið Zn(NO₃)₂ og Na₂TeO₃ upp í 1:1 mólhlutfalli í leysinum undir hræringu.
• Skref 2: Afoxunarviðbrögð
o Bætið afoxunarefninu (t.d. N₂H₄·H₂O) út í og innsiglið í háþrýstisjálfvirkum íláti.
o Viðbragðsskilyrði:
Hitastig: 180–220°C
Tími: 12–24 klukkustundir
Þrýstingur: Sjálfvirkur (3–5 MPa)
o Hvarfjafna: Zn2++TeO32−+Afoxunarefni→ZnTe+Aukaafurðir (t.d. H₂O, N₂)Zn2++TeO32−+Afoxunarefni→ZnTe+Aukaafurðir (t.d. H₂O, N₂)
• Skref 3: Eftirmeðferð
o Skilvinda til að einangra afurðina, þvo 3–5 sinnum með etanóli og afoxuðu vatni.
o Þurrkið undir lofttæmi (60–80°C í 4–6 klukkustundir).
3. Lykilþættir
• Styrkur forvera: 0,1–0,5 mól/L
• pH-stjórnun: 9–11 (basísk skilyrði stuðla að viðbrögðum)
• Stjórnun á agnastærð: Stilla með leysiefnistegund (t.d. EDA gefur nanóvíra; vatnsfasi gefur nanóagnir).
________________________________________
III. Aðrar háþróaðar aðferðir
1. Efnafræðileg gufuútfelling (CVD)
• Notkun: Undirbúningur þunnfilmu (t.d. sólarsellur).
• Forverar: Díetýlsink (Zn(C₂H₅)₂) og díetýltelluríum (Te(C₂H₅)₂).
• Færibreytur:
Útfellingarhitastig: 350–450°C
o Burðargas: H₂/Ar blanda (rennslishraði: 50–100 sccm)
Þrýstingur: 10⁻²–10⁻³ Torr
2. Vélræn álfelgun (kúlufræsun)
• Eiginleikar: Leysiefnalaus, myndun við lágt hitastig.
• Færibreytur:
o Hlutfall kúlu og dufts: 10:1
o Fræsingartími: 20–40 klukkustundir
Snúningshraði: 300–500 snúningar á mínútu
________________________________________
IV. Gæðaeftirlit og einkennisgreining
1. Hreinleikagreining: Röntgengeislun (XRD) fyrir kristalbyggingu (aðaltoppur við 2θ ≈25,3°).
2. Stjórnun á formgerð: Rafeindasmásjá (TEM) til að ákvarða stærð nanóagna (dæmigert: 10–50 nm).
3. Hlutfall frumefna: Orkudreifandi röntgenlitrófsgreining (EDS) eða rafleiðandi plasmamassagreining (ICP-MS) til að staðfesta Zn ≈1:1.
________________________________________
V. Öryggis- og umhverfissjónarmið
1. Meðhöndlun úrgangsgass: Takið upp H₂Te með basískum lausnum (t.d. NaOH).
2. Endurheimt leysiefna: Endurvinnið lífræn leysiefni (t.d. EDA) með eimingu.
3. Verndarráðstafanir: Notið gasgrímur (til að verjast H₂Te) og tæringarþolna hanska.
________________________________________
VI. Tækniþróun
• Græn myndun: Þróa vatnsfasakerfi til að draga úr notkun lífrænna leysiefna.
• Breyting á lyfjagjöf: Auka leiðni með því að nota Cu, Ag o.s.frv.
• Stórfelld framleiðsla: Notið samfellda flæðishvarfa til að ná fram kílógramma framleiðslulotum.
Birtingartími: 21. mars 2025