1. Giriş

Sink tellurid (ZnTe) birbaşa zolaqlı quruluşa malik mühüm II-VI qrup yarımkeçirici materialdır. Otaq temperaturunda onun zolaqlı quruluşu təxminən 2,26 eV-dir və optoelektron cihazlarda, günəş batareyalarında, radiasiya detektorlarında və digər sahələrdə geniş tətbiq tapır. Bu məqalədə bərk cisim reaksiyası, buxar daşınması, məhlul əsaslı metodlar, molekulyar şüa epitaksisi və s. daxil olmaqla, sink telluridinin müxtəlif sintez proseslərinə ətraflı giriş təqdim olunacaq. Hər bir metod öz prinsipləri, prosedurları, üstünlükləri və çatışmazlıqları, eləcə də əsas mülahizələr baxımından ətraflı izah ediləcək.

2. ZnTe Sintezi üçün Bərk Cisim Reaksiyası Metodu

2.1 Prinsip

Bərk hal reaksiya metodu, yüksək təmizlikli sink və tellurun yüksək temperaturda birbaşa reaksiyaya girərək ZnTe əmələ gətirdiyi sink telluridinin hazırlanması üçün ən ənənəvi yanaşmadır:

Zn + Te → ZnTe

2.2 Ətraflı prosedur

2.2.1 Xammalın hazırlanması

1. Material seçimi: Başlanğıc material kimi yüksək təmizlikli sink qranullarından və təmizliyi ≥99.999% olan tellur parçalarından istifadə edin.
2. Materialın əvvəlcədən işlənməsi:
   • Sinklə emal: Səth oksidlərini təmizləmək üçün əvvəlcə 1 dəqiqə seyreltilmiş xlorid turşusuna (5%) batırın, deionlaşdırılmış su ilə yuyun, susuz etanol ilə yuyun və nəhayət, 60°C-də vakuum sobasında 2 saat qurudun.
   • Tellur müalicəsi: Səth oksidlərini təmizləmək üçün əvvəlcə 30 saniyə ərzində aqua regia (HNO₃:HCl=1:3) suya batırın, neytral olana qədər deionlaşdırılmış su ilə yuyun, susuz etanol ilə yuyun və nəhayət, 80°C-də vakuum sobada 3 saat qurudun.
3. Çəki: Xammalı stexiometrik nisbətdə çəkin (Zn:Te=1:1). Yüksək temperaturda sinkin buxarlanmasının mümkünlüyünü nəzərə alaraq, 2-3% artıq əlavə edilə bilər.

2.2.2 Materialların Qarışdırılması

1. Üyütmə və Qarışdırma: Çəkilmiş sink və tellur əqiq həvənginə qoyun və arqonla doldurulmuş əlcək qutusunda vahid qarışana qədər 30 dəqiqə üyüdün.
2. Qranullaşdırma: Qarışıq tozu qəlibə qoyun və 10-15MPa təzyiq altında 10-20 mm diametrli qranullara basın.

2.2.3 Reaksiya Gəmisinin Hazırlanması

1. Kvars Borularının Müalicəsi: Yüksək təmizlikli kvars borularını (daxili diametri 20-30 mm, divar qalınlığı 2-3 mm) seçin, əvvəlcə 24 saat aqua regia-da isladın, deionlaşdırılmış su ilə yaxşıca yuyun və 120°C-də sobada qurudun.
2. Təxliyə: Xammal qranullarını kvars borusuna yerləşdirin, vakuum sisteminə qoşun və ≤10⁻³Pa-ya qədər təxliyə edin.
3. Möhürləmə: Kvars borusunu hidrogen-oksigen alovundan istifadə edərək möhürləyin və hava keçirməzliyi üçün ≥50 mm möhürləmə uzunluğu təmin edin.

2.2.4 Yüksək Temperaturlu Reaksiya

1. Birinci Qızdırma Mərhələsi: Möhürlənmiş kvars borusu boru sobasına qoyun və sink və tellur arasında ilkin reaksiyaya imkan vermək üçün 12 saat saxlayın, 2-3°C/dəq sürətlə 400°C-yə qədər qızdırın.
2. İkinci Qızdırma Mərhələsi: 24-48 saat ərzində 1-2°C/dəq-də 950-1050°C-yə (1100°C kvars yumşalma nöqtəsindən aşağı) qədər qızdırmağa davam edin.
3. Boru Yellənməsi: Yüksək temperatur mərhələsində, reagentlərin yaxşıca qarışdırılmasını təmin etmək üçün sobanı hər 2 saatdan bir 45° əyin və bir neçə dəfə yelləyin.
4. Soyutma: Reaksiya başa çatdıqdan sonra, termal stress səbəbindən nümunənin çatlamasının qarşısını almaq üçün otaq temperaturuna qədər yavaş-yavaş 0,5-1°C/dəq soyudun.

2.2.5 Məhsulun emalı

1. Məhsulun çıxarılması: Əlcək qutusundakı kvars borusunu açın və reaksiya məhsulunu çıxarın.
2. Üyütmə: Reaksiyaya uğramamış materialları təmizləmək üçün məhsulu yenidən toz halına gətirin.
3. Tavlama: Daxili gərginliyi aradan qaldırmaq və kristallikliyini artırmaq üçün tozu arqon atmosferi altında 600°C-də 8 saat tavlayın.
4. Xarakterizasiya: Faza təmizliyini və kimyəvi tərkibini təsdiqləmək üçün XRD, SEM, EDS və s. aparın.

2.3 Proses Parametrlərinin Optimallaşdırılması

1. Temperaturun idarə olunması: Optimal reaksiya temperaturu 1000±20°C-dir. Daha aşağı temperaturlar reaksiyanın natamam olmasına, daha yüksək temperaturlar isə sinkin buxarlanmasına səbəb ola bilər.
2. Vaxt Nəzarəti: Tam reaksiya təmin etmək üçün saxlama müddəti ≥24 saat olmalıdır.
3. Soyutma Sürəti: Yavaş soyutma (0,5-1°C/dəq) daha böyük kristal dənəcikləri əmələ gətirir.

2.4 Üstünlüklər və Çatışmazlıqların Təhlili

Üstünlüklər:

• Sadə proses, aşağı avadanlıq tələbləri
• Toplu istehsal üçün uyğundur
• Yüksək məhsul təmizliyi

Dezavantajları:

• Yüksək reaksiya temperaturu, yüksək enerji istehlakı
• Qeyri-bərabər taxıl ölçüsü paylanması
• Az miqdarda reaksiyaya girməmiş materiallar ola bilər

3. ZnTe Sintezi üçün Buxar Nəqli Metodu

3.1 Prinsip

Buxar daşınması metodu, reaktiv buxarlarını çökmə üçün aşağı temperatur zonasına daşımaq üçün daşıyıcı qazdan istifadə edir və temperatur qradiyentlərini idarə etməklə ZnTe-nin istiqamətli böyüməsinə nail olur. Yod, adətən, daşıyıcı agent kimi istifadə olunur:

ZnTe(s) + I₂(q) ⇌ ZnI₂(q) + 1/2Te₂(q)

3.2 Ətraflı Prosedur

3.2.1 Xammalın hazırlanması

1. Material Seçimi: Yüksək təmizlikli ZnTe tozundan (saflıq ≥99.999%) və ya stexiometrik olaraq qarışdırılmış Zn və Te tozlarından istifadə edin.
2. Nəqliyyat agentinin hazırlanması: Yüksək təmizlikli yod kristalları (saflıq ≥99.99%), reaksiya borusunun həcmi 5-10 mq/sm³ dozada.
3. Kvars Borularının İşlənməsi: Bərk cisim reaksiyası metodu ilə eynidir, lakin daha uzun kvars boruları (300-400 mm) tələb olunur.

3.2.2 Boru Yükləmə

1. Materialın Yerləşdirilməsi: ZnTe tozunu və ya Zn+Te qarışığını kvars borusunun bir ucuna qoyun.
2. Yod əlavə edilməsi: Əlcək qutusundakı kvars borusuna yod kristalları əlavə edin.
3. Təxliyə: ≤10⁻³Pa-ya qədər təxliyə edin.
4. Möhürləmə: Borunu üfüqi vəziyyətdə saxlayaraq hidrogen-oksigen alovu ilə möhürləyin.

3.2.3 Temperatur Qradiyentinin Qurulması

1. İsti Zona Temperaturu: 850-900°C-yə təyin edin.
2. Soyuq Zona Temperaturu: 750-800°C-yə təyin edin.
3. Qradiyent Zonasının Uzunluğu: Təxminən 100-150 mm.

3.2.4 Böyümə Prosesi

1. Birinci Mərhələ: 3°C/dəq-də 500°C-yə qədər qızdırın, yod və xammal arasında ilkin reaksiyanın baş verməsi üçün 2 saat saxlayın.
2. İkinci Mərhələ: Müəyyən edilmiş temperatura qədər qızdırmağa davam edin, temperatur qradiyentini qoruyun və 7-14 gün ərzində yetişdirin.
3. Soyutma: Böyümə tamamlandıqdan sonra otaq temperaturuna qədər 1°C/dəq soyudun.

3.2.5 Məhsul Kolleksiyası

1. Borunun Açılması: Əlcək qutusundakı kvars borunu açın.
2. Kolleksiya: ZnTe tək kristallarını soyuq ucundan toplayın.
3. Təmizləmə: Səthdə adsorbsiya olunmuş yodu təmizləmək üçün 5 dəqiqə susuz etanol ilə ultrasəslə təmizləyin.

3.3 Proses Nəzarət Nöqtələri

1. Yod Miqdarına Nəzarət: Yod konsentrasiyası daşınma sürətinə təsir göstərir; optimal diapazon 5-8 mq/sm³-dir.
2. Temperatur Qradiyenti: Qradiyenti 50-100°C arasında saxlayın.
3. Böyümə müddəti: Adətən 7-14 gün, istənilən kristal ölçüsündən asılı olaraq.

3.4 Üstünlüklər və Çatışmazlıqların Təhlili

Üstünlüklər:

• Yüksək keyfiyyətli tək kristallar əldə edilə bilər
• Daha böyük kristal ölçüləri
• Yüksək təmizlik

Dezavantajları:

• Uzun böyümə dövrləri
• Yüksək avadanlıq tələbləri
• Aşağı məhsuldarlıq

4. ZnTe Nanomaterial Sintezi üçün Həll Əsaslı Metod

4.1 Prinsip

Məhlul əsaslı metodlar ZnTe nanopartiküllərini və ya nanotellərini hazırlamaq üçün məhluldakı öncül reaksiyaları idarə edir. Tipik bir reaksiya belədir:

Zn²⁺ + HTe⁻ + OH⁻ → ZnTe + H₂O

4.2 Ətraflı Prosedur

4.2.1 Reagent Hazırlanması

1. Sink mənbəyi: Sink asetat (Zn(CH₃COO)₂·2H₂O), saflıq ≥99.99%.
2. Tellur mənbəyi: Tellur dioksidi (TeO₂), təmizlik ≥99.99%.
3. Azaldıcı maddə: Natrium borohidrid (NaBH₄), təmizlik ≥98%.
4. Həlledicilər: Deionlaşdırılmış su, etilendiamin, etanol.
5. Səthi aktiv maddə: Setiltrimetilamonium bromid (CTAB).

4.2.2 Tellur prekursorunun hazırlanması

1. Məhlulun hazırlanması: 0,1 mmol TeO₂-nı 20 ml deionlaşdırılmış suda həll edin.
2. Reduksiya reaksiyası: 0,5 mmol NaBH₄ əlavə edin, HTe⁻ məhlulu əmələ gətirmək üçün 30 dəqiqə maqnitlə qarışdırın.
   TeO₂ + 3BH₄⁻ + 3H₂O → HTe⁻ + 3B(OH)₃ + 3H₂↑
3. Qoruyucu Atmosfer: Oksidləşmənin qarşısını almaq üçün azot axınını qoruyun.

4.2.3 ZnTe Nanohissəciklərinin Sintezi

1. Sink Məhlulunun Hazırlanması: 0,1 mmol sink asetatı 30 ml etilendiamində həll edin.
2. Qarışdırma Reaksiyası: HTe⁻ məhlulunu sink məhluluna yavaş-yavaş əlavə edin, 80°C-də 6 saat reaksiyaya qoyun.
3. Mərkəzdənqaçma: Reaksiyadan sonra məhsulu toplamaq üçün 10 dəqiqə ərzində 10.000 dövr/dəq sürətlə santrifüj edin.
4. Yuma: Etanol və deionlaşdırılmış su ilə üç dəfə alternativ olaraq yuyun.
5. Qurutma: 60°C-də 6 saat ərzində tozsoranla qurudun.

4.2.4 ZnTe Nanotel Sintezi

1. Şablon Əlavəsi: Sink məhluluna 0,2 q CTAB əlavə edin.
2. Hidrotermal Reaksiya: Qarışıq məhlulu 50 ml-lik Teflon örtüklü avtoklava köçürün, 180°C-də 12 saat reaksiya verin.
3. Emaldan sonrakı proses: Nanopartiküllər üçün olduğu kimi.

4.3 Proses Parametrlərinin Optimallaşdırılması

1. Temperaturun idarə olunması: Nanohissəciklər üçün 80-90°C, nanotellər üçün 180-200°C.
2. pH dəyəri: 9-11 arasında saxlayın.
3. Reaksiya müddəti: Nanohissəciklər üçün 4-6 saat, nanotellər üçün 12-24 saat.

4.4 Üstünlüklər və Çatışmazlıqların Təhlili

Üstünlüklər:

• Aşağı temperaturlu reaksiya, enerjiyə qənaət
• Nəzarət edilə bilən morfologiya və ölçü
• Böyük miqyaslı istehsal üçün uyğundur

Dezavantajları:

• Məhsullarda çirklər ola bilər
• Sonradan emal tələb olunur
• Daha aşağı kristal keyfiyyəti

5. ZnTe Nazik Film Hazırlanması üçün Molekulyar Şüa Epitaksisi (MBE)

5.1 Prinsip

MBE, Zn və Te molekulyar şüalarını ultra yüksək vakuum şəraitində substrata yönəldərək, şüa axını nisbətlərini və substratın temperaturunu dəqiq şəkildə idarə edərək ZnTe tək kristal nazik təbəqələrini yetişdirir.

5.2 Ətraflı Prosedur

5.2.1 Sistem Hazırlığı

1. Vakuum Sistemi: Əsas vakuum ≤1×10⁻⁸Pa.
2. Mənbə Hazırlığı:
   • Sink mənbəyi: BN çuxurunda 6N yüksək təmizlikli sink.
   • Tellur mənbəyi: PBN çuxurunda 6N yüksək təmizlikli tellur.
3. Substratın Hazırlanması:
   • Tez-tez istifadə olunan GaAs(100) substratı.
   • Substratın təmizlənməsi: Üzvi həlledicinin təmizlənməsi → turşu aşındırılması → deionlaşdırılmış suyun yaxalanması → azotun qurudulması.

5.2.2 Böyümə Prosesi

1. Substratın qazdan təmizlənməsi: Səth adsorbatlarını təmizləmək üçün 200°C-də 1 saat bişirin.
2. Oksidlərin çıxarılması: 580°C-yə qədər qızdırın, səth oksidlərini çıxarmaq üçün 10 dəqiqə saxlayın.
3. Bufer təbəqəsinin böyüməsi: 300°C-yə qədər soyudun, 10nm ZnTe bufer təbəqəsi yetişdirin.
4. Əsas artım:
   • Substratın temperaturu: 280-320°C.
   • Sink şüasının ekvivalent təzyiqi: 1×10⁻⁶Torr.
   • Tellur şüasının ekvivalent təzyiqi: 2×10⁻⁶Torr.
   • V/III nisbəti 1.5-2.0 səviyyəsində idarə olunur.
   • Böyümə sürəti: 0,5-1μm/saat.
5. Tavlama: Böyüdükdən sonra 250°C-də 30 dəqiqə tavlayın.

5.2.3 Yerində Monitorinq

1. RHEED Monitorinqi: Səthin yenidən qurulması və böyümə rejiminin real vaxt rejimində müşahidəsi.
2. Kütlə Spektrometriyası: Molekulyar şüa intensivliyini izləyin.
3. İnfraqırmızı Termometriya: Dəqiq substrat temperatur nəzarəti.

5.3 Proses Nəzarət Nöqtələri

1. Temperaturun idarə olunması: Substratın temperaturu kristal keyfiyyətinə və səth morfologiyasına təsir göstərir.
2. Şüa Axını Nisbəti: Te/Zn nisbəti qüsur növlərinə və konsentrasiyalarına təsir göstərir.
3. Böyümə tempi: Daha aşağı nisbətlər kristal keyfiyyətini artırır.

5.4 Üstünlüklər və Çatışmazlıqların Təhlili

Üstünlüklər:

• Dəqiq tərkib və dopinq nəzarəti.
• Yüksək keyfiyyətli monokristal filmlər.
• Atom baxımından düz səthlərə nail olmaq mümkündür.

Dezavantajları:

• Bahalı avadanlıq.
• Yavaş böyümə templəri.
• Qabaqcıl əməliyyat bacarıqları tələb edir.

6. Digər Sintez Metodları

6.1 Kimyəvi Buxar Çökməsi (KÇÇ)

1. Sələflər: Dietilsink (DEZn) və diizopropiltellurid (DIPTe).
2. Reaksiya Temperaturu: 400-500°C.
3. Daşıyıcı qaz: Yüksək təmizlikli azot və ya hidrogen.
4. Təzyiq: Atmosfer və ya aşağı təzyiq (10-100 Torr).

6.2 Termal buxarlanma

1. Mənbə Materialı: Yüksək təmizlikli ZnTe tozu.
2. Vakuum Səviyyəsi: ≤1×10⁻⁴Pa.
3. Buxarlanma temperaturu: 1000-1100°C.
4. Substratın temperaturu: 200-300°C.

7. Nəticə

Sink telluridinin sintezi üçün müxtəlif üsullar mövcuddur və hər birinin öz üstünlükləri və çatışmazlıqları var. Bərk hal reaksiyası toplu material hazırlanması üçün uyğundur, buxar daşınması yüksək keyfiyyətli tək kristallar verir, məhlul üsulları nanomateriallar üçün idealdır və MBE yüksək keyfiyyətli nazik təbəqələr üçün istifadə olunur. Praktik tətbiqlər yüksək performanslı ZnTe materiallarını əldə etmək üçün proses parametrlərinə ciddi nəzarət etməklə tələblərə əsasən uyğun üsul seçməlidir. Gələcək istiqamətlərə aşağı temperaturlu sintez, morfologiyaya nəzarət və aşqarlama prosesinin optimallaşdırılması daxildir.