1. Giriş

Sink tellurid (ZnTe) birbaşa bant aralığı strukturuna malik mühüm II-VI qrup yarımkeçirici materialdır. Otaq temperaturunda onun diapazonu təxminən 2,26eV-dir və o, optoelektronik cihazlarda, günəş batareyalarında, radiasiya detektorlarında və digər sahələrdə geniş tətbiq tapır. Bu məqalə sink tellurid üçün müxtəlif sintez prosesləri, o cümlədən bərk hal reaksiyası, buxar daşınması, məhlul əsaslı üsullar, molekulyar şüa epitaksisi və s. haqqında ətraflı məlumat verəcəkdir. Hər bir metod öz prinsipləri, prosedurları, üstünlükləri və çatışmazlıqları və əsas mülahizələri baxımından hərtərəfli izah ediləcək.

2. ZnTe sintezi üçün bərk-dövlət reaksiya metodu

2.1 Prinsip

Bərk cisim reaksiya metodu sink telluridinin hazırlanması üçün ən ənənəvi yanaşmadır, burada yüksək təmizlikli sink və tellur yüksək temperaturda birbaşa reaksiyaya girərək ZnTe əmələ gətirir:

Zn + Te → ZnTe

2.2 Ətraflı Prosedur

2.2.1 Xammalın hazırlanması

1. Material seçimi: Başlanğıc material kimi yüksək saflıqda sink qranulları və saflığı ≥99,999% olan tellur parçalarından istifadə edin.
2. Materialın ilkin müalicəsi:
   • Sinkin müalicəsi: Səth oksidlərini çıxarmaq üçün əvvəlcə seyreltilmiş xlorid turşusuna (5%) 1 dəqiqə batırın, deionlaşdırılmış su ilə yuyun, susuz etanol ilə yuyun və sonda 60°C temperaturda vakuum sobasında 2 saat qurudun.
   • Tellur müalicəsi: Səth oksidlərini çıxarmaq üçün əvvəlcə aqua regia (HNO₃:HCl=1:3) 30 saniyə batırın, neytral olana qədər deionlaşdırılmış su ilə yuyun, susuz etanol ilə yuyun və sonda 80°C temperaturda vakuum sobasında 3 saat qurudun.
3. Çəki: Xammalı stexiometrik nisbətdə çəkin (Zn:Te=1:1). Yüksək temperaturda mümkün sinkin uçuculuğunu nəzərə alaraq, 2-3% artıqlıq əlavə edilə bilər.

2.2.2 Materialın qarışdırılması

1. Taşlama və Qarışdırma: Ölçülmüş sink və telluru əqiq məhluluna qoyun və 30 dəqiqə ərzində arqonla doldurulmuş əlcək qutusunda bərabər qarışdırılana qədər üyüdün.
2. Qranullaşma: Qarışıq tozu qəlibə qoyun və 10-15MPa təzyiq altında 10-20 mm diametrli qranullara sıxın.

2.2.3 Reaksiya qabının hazırlanması

1. Kvars borularının müalicəsi: Yüksək təmizliyə malik kvars borularını seçin (daxili diametr 20-30mm, divar qalınlığı 2-3mm), əvvəlcə aqua regia-da 24 saat isladın, deionlaşdırılmış su ilə yaxşıca yuyun və 120°C-də sobada qurudun.
2. Evakuasiya: Xammal qranullarını kvars borusuna yerləşdirin, vakuum sisteminə qoşulun və ≤10⁻³Pa qədər evakuasiya edin.
3. Sızdırmazlıq: Kvars borusunu hidrogen-oksigen alovu ilə möhürləyin, hermetiklik üçün möhürləmə uzunluğu ≥50mm təmin edilsin.

2.2.4 Yüksək temperatur reaksiyası

1. Birinci İstilik Mərhələsi: Möhürlənmiş kvars borusunu boru sobasına qoyun və sink və tellur arasında ilkin reaksiyanı təmin etmək üçün 12 saat saxlamaqla 2-3°C/dəq sürətlə 400°C-yə qədər qızdırın.
2. İkinci İstilik Mərhələsi: 950-1050°C-yə (kvars yumşalma nöqtəsi 1100°C-dən aşağı) 1-2°C/dəq, 24-48 saat saxlamaqla qızdırmağa davam edin.
3. Boruların sallanması: Yüksək temperatur mərhələsində sobanı hər 2 saatdan bir 45°-də əyin və reaktivlərin hərtərəfli qarışmasını təmin etmək üçün bir neçə dəfə silkələyin.
4. Soyutma: Reaksiya başa çatdıqdan sonra, termal gərginlik nəticəsində nümunənin çatlamasını qarşısını almaq üçün yavaş-yavaş otaq temperaturu ilə 0,5-1°C/dəq.

2.2.5 Məhsulun emalı

1. Məhsulun çıxarılması: Əlcək qutusunda kvars borusunu açın və reaksiya məhsulunu çıxarın.
2. Taşlama: Reaksiyaya girməyən materialları çıxarmaq üçün məhsulu yenidən toz halına salın.
3. Yuyulma: Daxili gərginliyi aradan qaldırmaq və kristallığı yaxşılaşdırmaq üçün tozu 600°C-də arqon atmosferi altında 8 saat qızdırın.
4. Xarakteristika: Faza təmizliyini və kimyəvi tərkibini təsdiqləmək üçün XRD, SEM, EDS və s. həyata keçirin.

2.3 Proses parametrlərinin optimallaşdırılması

1. Temperatur nəzarəti: Optimal reaksiya temperaturu 1000±20°C-dir. Aşağı temperaturlar natamam reaksiya ilə nəticələnə bilər, yüksək temperatur isə sinkin uçuculaşmasına səbəb ola bilər.
2. Zamana Nəzarət: Tam reaksiya təmin etmək üçün saxlama müddəti ≥24 saat olmalıdır.
3. Soyutma dərəcəsi: Yavaş soyutma (0,5-1°C/dəq) daha böyük kristal dənəciklər verir.

2.4 Üstünlüklərin və çatışmazlıqların təhlili

Üstünlüklər:

• Sadə proses, aşağı avadanlıq tələbləri
• Partiya istehsalı üçün uyğundur
• Yüksək məhsul təmizliyi

Dezavantajları:

• Yüksək reaksiya temperaturu, yüksək enerji istehlakı
• Taxıl ölçüsünün qeyri-bərabər paylanması
• Tərkibində az miqdarda reaksiyaya girməyən materiallar ola bilər

3. ZnTe sintezi üçün buxar nəqli metodu

3.1 Prinsip

Buxar nəqli üsulu, temperatur gradientlərinə nəzarət etməklə ZnTe-nin istiqamətli artımına nail olmaq üçün reaktiv buxarları aşağı temperatur zonasına daşımaq üçün daşıyıcı qazdan istifadə edir. Yod adətən nəqliyyat vasitəsi 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 təmizlikdə ZnTe tozu (təmizlik ≥99,999%) və ya stexiometrik olaraq qarışıq Zn və Te tozlarından istifadə edin.
2. Nəqliyyat agentinin hazırlanması: Yüksək təmizlikdə yod kristalları (təmizlik ≥99,99%), dozası 5-10mq/sm³ reaksiya borusunun həcmi.
3. Kvars borularının müalicəsi: Bərk-dövlət reaksiya metodu ilə eynidir, lakin daha uzun kvars boruları (300-400mm) tələb olunur.

3.2.2 Borunun yüklənməsi

1. Materialın yerləşdirilməsi: Kvars borusunun bir ucuna ZnTe tozu və ya Zn+Te qarışığı qoyun.
2. Yod Əlavəsi: Əlcək qutusunda olan kvars borusuna yod kristallarını əlavə edin.
3. Evakuasiya: ≤10⁻³Pa qədər evakuasiya edin.
4. Sızdırmazlıq: Borunu üfüqi vəziyyətdə saxlayaraq hidrogen-oksigen alovu ilə möhürləyin.

3.2.3 Temperatur qradientinin qurulması

1. İsti zonanın temperaturu: 850-900°C-yə təyin edin.
2. Soyuq zonanın temperaturu: 750-800°C-yə təyin edin.
3. Qradient Zona Uzunluğu: Təxminən 100-150mm.

3.2.4 Artım Prosesi

1. Birinci Mərhələ: 3°C/dəq-də 500°C-yə qədər qızdırın, yod və xammal arasında ilkin reaksiyanı təmin etmək üçün 2 saat saxlayın.
2. İkinci Mərhələ: Müəyyən edilmiş temperatura qədər qızdırmağa davam edin, temperatur gradientini qoruyun və 7-14 gün ərzində böyüdün.
3. Soyutma: Böyümə tamamlandıqdan sonra otaq temperaturu 1°C/dəq.

3.2.5 Məhsulların Kolleksiyası

1. Borunun açılması: Kvars borusunu əlcək qutusunda açın.
2. Kolleksiya: ZnTe tək kristallarını soyuq ucunda toplayın.
3. Təmizləmə: Səthdən adsorbsiya olunmuş yodu çıxarmaq üçün 5 dəqiqə ərzində susuz etanol ilə ultrasəslə təmizləyin.

3.3 Prosesə Nəzarət Nöqtələri

1. Yod Miqdarına Nəzarət: Yodun konsentrasiyası daşınma sürətinə təsir edir; optimal diapazon 5-8 mq/sm³-dir.
2. Temperatur Qradiyenti: 50-100°C daxilində qradiyenti qoruyun.
3. Böyümə müddəti: İstədiyiniz kristal ölçüsündən asılı olaraq adətən 7-14 gündür.

3.4 Üstünlüklərin və çatışmazlıqların təhlili

Üstünlüklər:

• Yüksək keyfiyyətli monokristallar əldə etmək olar
• 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

Həll əsaslı üsullar ZnTe nanohissəciklərini və ya nanotelləri hazırlamaq üçün məhluldakı prekursor reaksiyalarına nəzarət edir. Tipik reaksiya belədir:

Zn²⁺ + HTe⁻ + OH⁻ → ZnTe + H₂O

4.2 Ətraflı Prosedur

4.2.1 Reagentin hazırlanması

1. Sink Mənbə: Sink asetat (Zn(CH₃COO)₂·2H₂O), təmizlik ≥99,99%.
2. Tellurium Mənbə: Tellurium dioksid (TeO₂), təmizlik ≥99,99%.
3. Azaldıcı agent: Natrium borhidrid (NaBH₄), təmizlik ≥98%.
4. Həlledicilər: Deionlaşdırılmış su, etilendiamin, etanol.
5. Səthi aktiv maddə: Setiltrimetilammonium bromid (CTAB).

4.2.2 Tellurium prekursorunun hazırlanması

1. Məhlulun hazırlanması: 20 ml deionlaşdırılmış suda 0,1 mmol TeO₂ həll edin.
2. Reduksiya reaksiyası: 0,5 mmol NaBH₄ əlavə edin, HTe⁻ məhlulu yaratmaq 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 Nanohissəciklərin Sintezi

1. Sink məhlulunun hazırlanması: 0,1 mmol sink asetatı 30 ml etilendiamində həll edin.
2. Qarışdırma reaksiyası: HTe⁻ məhlulunu yavaş-yavaş sink məhluluna əlavə edin, 80°C-də 6 saat reaksiya verin.
3. Santrifüqalama: Reaksiyadan sonra məhsulu toplamaq üçün 10000 rpm-də 10 dəqiqə sentrifuqa edin.
4. Yuma: Üç dəfə etanol və deionlaşdırılmış su ilə alternativ yuyulma.
5. Qurutma: 6 saat ərzində 60°C-də vakuumla 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 teflon astarlı avtoklava köçürün, 12 saat ərzində 180°C-də reaksiya verin.
3. Post-Emal: Nanohissəciklər üçün olduğu kimi.

4.3 Proses parametrlərinin optimallaşdırılması

1. Temperatur nəzarəti: 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 Üstünlüklərin və çatışmazlıqların təhlili

Üstünlüklər:

• Aşağı temperatur reaksiyası, enerjiyə qənaət
• Nəzarət edilə bilən morfologiya və ölçü
• Geniş miqyaslı istehsal üçün uyğundur

Dezavantajları:

• Məhsullarda çirklər ola bilər
• Sonradan emal tələb edir
• Aşağı kristal keyfiyyəti

5. ZnTe nazik filmin hazırlanması üçün molekulyar şüa epitaksisi (MBE).

5.1 Prinsip

MBE, Zn və Te molekulyar şüalarını ultra yüksək vakuum şəraitində substrata yönəltməklə, şüa axını nisbətlərinə və substratın temperaturuna dəqiq nəzarət edərək, ZnTe tək kristal nazik filmləri yetişdirir.

5.2 Ətraflı Prosedur

5.2.1 Sistemin hazırlanması

1. Vakuum Sistemi: Əsas vakuum ≤1×10⁻⁸Pa.
2. Mənbənin hazırlanması:
   • Sink mənbəyi: BN potasında 6N yüksək təmizlikli sink.
   • Tellur mənbəyi: 6N yüksək təmizlikli tellur PBN potasında.
3. Substratın hazırlanması:
   • Tez-tez istifadə olunan GaAs (100) substratı.
   • Substratın təmizlənməsi: Üzvi həlledici ilə təmizləmə → turşu ilə aşındırma → deionlaşdırılmış su ilə yuyulma → azotla qurutma.

5.2.2 Artım Prosesi

1. Substrat qazının çıxarılması: Səth adsorbatlarını çıxarmaq üçün 200°C-də 1 saat bişirin.
2. Oksidin çıxarılması: 580°C-yə qədər qızdırın, səth oksidlərini çıxarmaq üçün 10 dəqiqə saxlayın.
3. Tampon qatının böyüməsi: 300°C-yə qədər soyudun, 10nm ZnTe bufer təbəqəsini böyüdün.
4. Əsas artım:
   • Substrat temperaturu: 280-320°C.
   • Sink şüasının ekvivalent təzyiqi: 1×10⁻⁶Torr.
   • Tellurium şüasının ekvivalent təzyiqi: 2×10⁻⁶Torr.
   • V/III nisbəti 1,5-2,0 səviyyəsində idarə olunur.
   • Artım sürəti: 0,5-1μm/saat.
5. Qızartma: 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. Kütləvi spektrometriya: Molekulyar şüa intensivliyinə nəzarət edin.
3. İnfraqırmızı Termometriya: Dəqiq substrat temperaturuna nəzarət.

5.3 Prosesə nəzarət nöqtələri

1. Temperatur nəzarəti: Substrat temperaturu kristal keyfiyyətinə və səth morfologiyasına təsir göstərir.
2. Şüa axını nisbəti: Te/Zn nisbəti qüsur növlərinə və konsentrasiyalarına təsir göstərir.
3. Artım sürəti: Aşağı dərəcələr kristal keyfiyyətini yaxşılaşdırır.

5.4 Üstünlüklərin və çatışmazlıqların təhlili

Üstünlüklər:

• Dəqiq tərkib və dopinq nəzarəti.
• Yüksək keyfiyyətli monokristal filmlər.
• Atomik cəhətdən düz səthlər əldə edilə bilər.

Dezavantajları:

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

6. Digər sintez üsulları

6.1 Kimyəvi Buxar Çöküntüsü (CVD)

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

6.2 Termal buxarlanma

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

7. Nəticə

Sink telluridini sintez etmək üçün müxtəlif üsullar mövcuddur, hər birinin öz üstünlükləri və mənfi cəhətləri var. Bərk hal reaksiyası kütləvi material hazırlamaq üçün uyğundur, buxar daşınması yüksək keyfiyyətli monokristallar verir, həll üsulları nanomateriallar üçün idealdır və MBE yüksək keyfiyyətli nazik filmlər üçün istifadə olunur. Praktiki tətbiqlər yüksək məhsuldarlıqlı ZnTe materiallarını əldə etmək üçün proses parametrlərinə ciddi nəzarət etməklə tələblərə əsaslanaraq müvafiq metodu seçməlidir. Gələcək istiqamətlərə aşağı temperaturda sintez, morfologiyaya nəzarət və dopinq prosesinin optimallaşdırılması daxildir.