1. Киришүү

Цинк теллуриди (ZnTe) - түз тилкелүү түзүлүшү бар маанилүү II-VI топ жарым өткөргүч материал. Бөлмө температурасында анын диапазону болжол менен 2,26eV жана оптоэлектрондук түзүлүштөрдө, күн батареяларында, радиациялык детекторлордо жана башка тармактарда кеңири колдонулат. Бул макалада цинк теллуридинин ар кандай синтез процесстери, анын ичинде катуу абалдагы реакция, буу ташыруу, эритмеге негизделген ыкмалар, молекулярдык нурдун эпитаксиясы ж.б.у.с. кеңири тааныштыруу каралат. Ар бир ыкма анын принциптери, процедуралары, артыкчылыктары жана кемчиликтери, ошондой эле негизги ойлор боюнча кылдат түшүндүрүлөт.

2. ZnTe синтези үчүн катуу абалдагы реакция ыкмасы

2.1 Принцип

Катуу абалдагы реакция ыкмасы цинк теллуридди даярдоонун эң салттуу ыкмасы болуп саналат, мында жогорку тазалыктагы цинк менен теллур түздөн-түз жогорку температурада реакцияга кирип, ZnTe түзүшөт:

Zn + Te → ZnTe

2.2 Детальдуу процедура

2.2.1 Чийки затты даярдоо

1. Материалды тандоо: баштапкы материалдар катары тазалыгы ≥99,999% болгон жогорку таза цинк гранулаларын жана теллур кесектерин колдонуңуз.
2. Материалдык алдын ала дарылоо:
   • Цинк менен дарылоо: беттик оксиддерди кетирүү үчүн алгач суюлтулган туз кислотасына (5%) 1 мүнөт салып, деионизацияланган суу менен чайкап, суусуз этанол менен жууп, акырында 60°С температурада вакуумдук меште 2 саат кургатат.
   • Теллур менен дарылоо: Адегенде беттик оксиддерди кетирүү үчүн аква региага (HNO₃:HCl=1:3) 30 секунд салып, нейтралдуу болгонго чейин деионизацияланган суу менен чайкап, суусуз этанол менен жууп, акырында 80°С температурада вакуумдук меште 3 саат кургатат.
3. Тараза: чийки заттарды стехиометриялык катышта таразага тартыңыз (Zn:Te=1:1). Жогорку температурада цинктин мүмкүн болушун эске алып, 2-3% ашыкча кошулушу мүмкүн.

2.2.2 Материалды аралаштыруу

1. Майдалоо жана аралаштыруу: Таразаланган цинк менен теллурду агат эритмесинин ичине салып, бир калыпта аралашканга чейин аргон толтурулган колкап кутусунда 30 мүнөт майдалаңыз.
2. Пеллеттөө: Аралаш порошокту калыпка салып, 10-15МПа басым астында диаметри 10-20мм болгон гранулдарга басыңыз.

2.2.3 Реакция идиштерин даярдоо

1. Кварц түтүгүн тазалоо: Жогорку тазалыктагы кварц түтүктөрүн тандаңыз (ички диаметри 20-30мм, дубалдын калыңдыгы 2-3мм), адегенде аква-регияга 24 саат чылап, деионизацияланган суу менен жакшылап чайкаңыз жана 120°Cде духовкада кургатыңыз.
2. Эвакуация: чийки заттын гранулдарын кварц түтүкчөсүнө салып, вакуумдук системага туташтырыңыз жана ≤10⁻³Па чейин эвакуациялаңыз.
3. Тыюу: кварц түтүгүн суутек-кычкылтек жалыны менен мөөр менен бекитип, герметикалык үчүн ≥50мм узундугун камсыз кылуу.

2.2.4 Жогорку температуралык реакция

1. Биринчи жылытуу этабы: жабылган кварц түтүгүн түтүк мешине салып, цинк менен теллурдун ортосундагы алгачкы реакцияга жол берүү үчүн 2-3°С/мин ылдамдыкта 400°Сге чейин ысытыңыз.
2. Экинчи жылытуу этабы: 950-1050°C (кварцтын жумшартуу чекити 1100°C төмөн) 1-2°C/мин, 24-48 саат кармап ысытууну улантыңыз.
3. Түтүктөрдү термелөө: Жогорку температура стадиясында, реактивдердин кылдат аралашуусун камсыз кылуу үчүн мешти 2 саат сайын 45° жантайтып, бир нече жолу таштаңыз.
4. Муздатуу: Реакция аяктагандан кийин, термикалык стресстен үлгүнүн жарылуусуна жол бербөө үчүн жай температурада 0,5-1°C/мин бөлмө температурасына чейин муздатыңыз.

2.2.5 Продукцияны кайра иштетүү

1. Продукцияны алып салуу: Кол кап кутудагы кварц түтүгүн ачып, реакция продуктуну алып салыңыз.
2. Майдалоо: Реакцияланбаган материалдарды алып салуу үчүн продуктуну порошок кылып кайра майдалаңыз.
3. Күйүү: ички стресстен арылтуу жана кристаллдуулукту жакшыртуу үчүн порошокту 600°C аргон атмосферасында 8 саатка күйгүзүңүз.
4. Мүнөздөө: Фаза тазалыгын жана химиялык курамын ырастоо үчүн XRD, SEM, EDS ж.б.

2.3 Процесстин параметрин оптималдаштыруу

1. Температураны көзөмөлдөө: Оптималдуу реакция температурасы 1000±20°C. Төмөнкү температуралар толук эмес реакцияга алып келиши мүмкүн, ал эми жогорку температуралар цинктин учуп кетишине алып келиши мүмкүн.
2. Убакытты көзөмөлдөө: Толук реакцияны камсыз кылуу үчүн кармоо убактысы ≥24 саат болушу керек.
3. Муздатуу ылдамдыгы: Жай муздатуу (0,5-1°C/мин) чоңураак кристалл бүртүкчөлөрүн берет.

2.4 Артыкчылыктарды жана кемчиликтерди талдоо

Артыкчылыктары:

• Жөнөкөй процесс, төмөн жабдууларды талап кылат
• Партиялык өндүрүш үчүн ылайыктуу
• Продукциянын жогорку тазалыгы

Кемчиликтери:

• Жогорку реакция температурасы, жогорку энергия керектөө
• Дан көлөмүнүн бирдей эмес бөлүштүрүлүшү
• Аз өлчөмдөгү реакцияга кирбеген материалдарды камтышы мүмкүн

3. ZnTe синтези үчүн буу транспорту ыкмасы

3.1 Принцип

Бууну ташуу ыкмасы температура градиенттерин көзөмөлдөө менен ZnTe багыттуу өсүшүнө жетишүү үчүн реактив бууларын төмөнкү температуралык зонага ташуу үчүн ташуучу газды колдонот. Йод көбүнчө транспорттук агент катары колдонулат:

ZnTe(s) + I₂(г) ⇌ ZnI₂(г) + 1/2Te₂(г)

3.2 Детальдуу процедура

3.2.1 Чийки затты даярдоо

1. Материалды тандоо: Жогорку тазалыктагы ZnTe порошокторун (тазалыгы ≥99,999%) же стехиометрикалык аралашкан Zn жана Te порошокторун колдонуңуз.
2. Транспорттук агентти даярдоо: Жогорку тазалыктагы йод кристаллдары (тазалыгы ≥99,99%), дозасы 5-10мг/см³ реакция түтүгүнүн көлөмү.
3. Кварц түтүгүн дарылоо: Катуу абалдагы реакция ыкмасы сыяктуу, бирок узунураак кварц түтүктөрү (300-400мм) талап кылынат.

3.2.2 Түтүктөрдү жүктөө

1. Материалды жайгаштыруу: ZnTe порошок же Zn+Te аралашмасын кварц түтүкчөсүнүн бир учуна коюңуз.
2. Йод Кошумчасы: Колкап кутучасындагы кварц түтүкчөсүнө йод кристаллдарын кошуңуз.
3. Эвакуация: ≤10⁻³Па чейин эвакуациялоо.
4. Тыюу: Түтүктү горизонталдуу кармап, суутек-кычкылтек жалыны менен жабыңыз.

3.2.3 Температуралык градиентти орнотуу

1. Ысык зонанын температурасы: 850-900°Cге орнотуңуз.
2. Муздак зонанын температурасы: 750-800°Cге орнотуңуз.
3. Градиент зонасынын узундугу: Болжол менен 100-150мм.

3.2.4 Өсүү процесси

1. Биринчи этап: 3°C/мин 500°C чейин ысытыңыз, йод менен чийки заттын ортосунда алгачкы реакцияга жол берүү үчүн 2 саат кармаңыз.
2. Экинчи этап: белгиленген температурага чейин ысытууну улантыңыз, температура градиентин сактап, 7-14 күн өстүрүңүз.
3. Муздатуу: Өсүү аяктагандан кийин, бөлмө температурасында 1°C/мин.

3.2.5 Продукттарды чогултуу

1. Түтүктүн ачылышы: Кварц түтүгүн колкап кутучасында ачыңыз.
2. Коллекция: ZnTe моно кристаллдарын муздак аягында чогултуңуз.
3. Тазалоо: бетинде адсорбцияланган йодду жок кылуу үчүн 5 мүнөткө суусуз этанол менен ультра үндүү тазалоо.

3.3 Процесстерди башкаруу пункттары

1. Йоддун көлөмүн көзөмөлдөө: Йоддун концентрациясы транспорт ылдамдыгына таасир этет; оптималдуу диапазону 5-8 мг/см³ болуп саналат.
2. Температура градиенти: 50-100°C чегинде градиентти сактаңыз.
3. Өсүү убактысы: Адатта 7-14 күн, каалаган кристалл өлчөмүнө жараша.

3.4 Артыкчылыктарды жана кемчиликтерди талдоо

Артыкчылыктары:

• Жогорку сапаттагы монокристаллдарды алууга болот
• Чоң кристалл өлчөмдөрү
• Жогорку тазалык

Кемчиликтери:

• Узак өсүү циклдери
• Жогорку жабдууларга талаптар
• Төмөн түшүм

4. ZnTe наноматериалдык синтези үчүн чечимге негизделген ыкма

4.1 Принцип

Чечимге негизделген ыкмалар ZnTe нанобөлүкчөлөрүн же нанозымдарды даярдоо үчүн эритмедеги прекурсордук реакцияларды көзөмөлдөйт. типтүү реакция болуп саналат:

Zn²⁺ + HTe⁻ + OH⁻ → ZnTe + H₂O

4.2 Деталдаштырылган процедура

4.2.1 Реагенттерди даярдоо

1. Цинк булагы: Цинк ацетаты (Zn(CH₃COO)₂·2H₂O), тазалыгы ≥99,99%.
2. Теллур Булагы: Теллурдун диоксиди (TeO₂), тазалыгы ≥99,99%.
3. Азайтуучу агент: Натрий боргидриди (NaBH₄), тазалыгы ≥98%.
4. Эриткичтер: деионизацияланган суу, этилендиамин, этанол.
5. Сурфактант: цетилтриметиламмоний бромид (КТАБ).

4.2.2 Теллурдун прекурсорлорун даярдоо

1. Эритмөөнү даярдоо: 0,1ммоль TeO₂ди 20мл деионизацияланган сууда эритиңиз.
2. Азайтуу реакциясы: 0,5 ммоль NaBH₄ кошуп, HTe⁻ эритмесин түзүү үчүн магниттик түрдө 30 мүнөт аралаштырыңыз.
   TeO₂ + 3BH₄⁻ + 3H₂O → HTe⁻ + 3B(OH)₃ + 3H₂↑
3. Коргоочу атмосфера: кычкылданууну алдын алуу үчүн азоттун агымын сактаңыз.

4.2.3 ZnTe нанобөлүкчөлөрүнүн синтези

1. Цинк эритмесин даярдоо: 0,1 ммоль цинк ацетатын 30 мл этилендиаминде эритет.
2. Аралаштыруу реакциясы: цинктин эритмесине HTe⁻ эритмесин акырын кошуп, 80°C температурада 6 саат бою реакцияга салыңыз.
3. Центрифугалоо: Реакциядан кийин продуктуну чогултуу үчүн 10 000 айн/мин ылдамдыкта 10 мүнөт центрифугалаңыз.
4. Жуу: Этанол жана деионизацияланган суу менен үч жолу кезектешип жуу.
5. Кургатуу: 60°C температурада 6 саат кургатуу.

4.2.4 ZnTe Nanowire синтези

1. Template Кошумча: Цинк эритмеси үчүн 0,2 г CTAB кошуу.
2. Гидротермикалык реакция: Аралаштырылган эритмени 50 мл тефлон капталган автоклавка өткөрүп, 180°С температурада 12 саатка реакцияга киргизиңиз.
3. Пост-процессинг: нанобөлүкчөлөрдөгүдөй.

4.3 Процесстин параметрин оптималдаштыруу

1. Температураны көзөмөлдөө: нанобөлүкчөлөр үчүн 80-90°C, нано зымдар үчүн 180-200°C.
2. рН Маани: 9-11 ортосунда сактаңыз.
3. Реакция убактысы: нанобөлүкчөлөр үчүн 4-6 саат, нано зымдар үчүн 12-24 саат.

4.4 Артыкчылыктарды жана кемчиликтерди талдоо

Артыкчылыктары:

• Төмөн температурадагы реакция, энергияны үнөмдөө
• Башкарылуучу морфологиясы жана өлчөмү
• ири өндүрүш үчүн ылайыктуу

Кемчиликтери:

• Продукциялар кирлерди камтышы мүмкүн
• Кийинки иштетүүнү талап кылат
• Төмөн кристалл сапаты

5. ZnTe жука тасманы даярдоо үчүн молекулярдык нур эпитаксиясы (MBE).

5.1 Принцип

MBE ZnTe монокристаллдуу жука пленкаларын Zn жана Te молекулалык нурларын өтө жогорку вакуум шарттарында субстратка багыттап, нурдун агымынын катышын жана субстраттын температурасын так көзөмөлдөп өстүрөт.

5.2 Деталдаштырылган процедура

5.2.1 Системаны даярдоо

1. Вакуум системасы: Негизги вакуум ≤1×10⁻⁸Па.
2. Булак даярдоо:
   • Цинк булагы: BN тигельдеги 6N жогорку тазалыктагы цинк.
   • Теллур булагы: PBN тигельдеги 6N жогорку тазалыктагы теллур.
3. Субстрат даярдоо:
   • Көбүнчө колдонулган GaAs (100) субстрат.
   • Субстрат тазалоо: Органикалык эриткич менен тазалоо → кычкылдык менен тазалоо → деионизацияланган сууну чайкоо → азот кургатуу.

5.2.2 Өсүү процесси

1. Субстратты газдан чыгаруу: беттик адсорбаттарды кетирүү үчүн 200°C температурада 1 саат бышырыңыз.
2. Оксиддерди жок кылуу: 580°C чейин ысытыңыз, беттик оксиддерди жок кылуу үчүн 10 мүнөт кармаңыз.
3. Буфердик катмардын өсүшү: 300°C чейин муздатып, 10нм ZnTe буфердик катмарын өстүрөт.
4. Негизги өсүш:
   • Субстрат температурасы: 280-320°C.
   • Цинк нурунун эквиваленттик басымы: 1×10⁻⁶Торр.
   • Теллур нурунун эквиваленттүү басымы: 2×10⁻⁶Торр.
   • V/III катышы 1,5-2,0 боюнча көзөмөлдөнөт.
   • Өсүү темпи: 0,5-1мкм/саат.
5. Күйүү: Өскөндөн кийин 250°C температурада 30 мүнөт бышырыңыз.

5.2.3 In-situ мониторинг

1. RHEED Мониторинги: Жер үстүндөгү реконструкция жана өсүү режимине реалдуу убакыт режиминде байкоо жүргүзүү.
2. Масс-спектрометрия: Молекулярдык нурлардын интенсивдүүлүгүнө мониторинг жүргүзүү.
3. Инфракызыл термометрия: субстраттын температурасын так көзөмөлдөө.

5.3 Процесстерди башкаруу пункттары

1. Температураны көзөмөлдөө: субстрат температурасы кристаллдын сапатына жана бетинин морфологиясына таасир этет.
2. Beam Flux Ratio: Te/Zn катышы кемчиликтердин түрлөрүнө жана концентрацияларына таасир этет.
3. Өсүү темпи: Төмөнкү темптер кристаллдын сапатын жакшыртат.

5.4 Артыкчылыктарды жана кемчиликтерди талдоо

Артыкчылыктары:

• Так курамы жана допинг көзөмөлү.
• Жогорку сапаттагы монокристаллдуу пленкалар.
• Атомдук жактан жалпак беттерге жетишүүгө болот.

Кемчиликтери:

• Кымбат жабдуулар.
• Жай өсүш темптери.
• өнүккөн оперативдүү көндүмдөрдү талап кылат.

6. Башка синтез методдору

6.1 Химиялык буулардын чөктүрүлүшү (CVD)

1. Прекурсорлор: диэтилцинк (DEZn) жана диизопропилтеллурид (DIPTe).
2. Реакциянын температурасы: 400-500°C.
3. Ташуучу газ: Жогорку тазалыктагы азот же суутек.
4. Басым: Атмосфералык же төмөнкү басым (10-100Torr).

6.2 Термикалык буулануу

1. Булак материалы: Жогорку тазалыктагы ZnTe порошок.
2. Вакуум деңгээли: ≤1×10⁻⁴Па.
3. Буулануу температурасы: 1000-1100°C.
4. Субстрат температурасы: 200-300°C.

7. Корутунду

Цинк теллуридди синтездөөнүн ар кандай ыкмалары бар, алардын ар бири өзүнүн артыкчылыктары жана кемчиликтери бар. Катуу абалдагы реакция жапырт материалды даярдоо үчүн ылайыктуу, буу транспорту жогорку сапаттагы монокристаллдарды берет, чечүү ыкмалары наноматериалдар үчүн идеалдуу, ал эми MBE жогорку сапаттагы жука пленкалар үчүн колдонулат. Практикалык колдонмолор жогорку натыйжалуу ZnTe материалдарды алуу үчүн процесстин параметрлерин катуу контролдоо менен, талаптардын негизинде ылайыктуу ыкманы тандоо керек. Келечектеги багыттар төмөнкү температурадагы синтезди, морфологияны көзөмөлдөөнү жана допинг процессин оптималдаштырууну камтыйт.