II-VI хагас дамжуулагч чухал материал болох цайрын теллурид (ZnTe) нь хэт улаан туяаны илрүүлэлт, нарны зай, оптоэлектроник төхөөрөмжүүдэд өргөн хэрэглэгддэг. Нанотехнологи болон ногоон химийн сүүлийн үеийн дэвшил нь түүний үйлдвэрлэлийг оновчтой болгосон. Доорх нь ZnTe үйлдвэрлэлийн үндсэн үйл явц, үндсэн үзүүлэлтүүд, түүний дотор уламжлалт аргууд, орчин үеийн сайжруулалтууд юм.
_____________________________________
I. Уламжлалт үйлдвэрлэлийн үйл явц (Шууд синтез)
1. Түүхий эд бэлтгэх
• Өндөр цэвэршилттэй цайр (Zn) ба теллур (Te): Цэвэршилт ≥99.999% (5N зэрэг), 1:1 молийн харьцаатай холилдоно.
• Хамгаалах хий: Өндөр цэвэршилттэй аргон (Ar) эсвэл азот (N₂) нь исэлдэлтээс сэргийлнэ.
2. Процессын урсгал
• Алхам 1: Вакуум хайлуулах синтез
o Zn болон Te нунтагыг кварцын хоолойд хольж, ≤10⁻³ Па хүртэл зайлуулна.
o Халаалтын хөтөлбөр: 5-10°С/минутаар 500-700°С хүртэл халааж, 4-6 цаг барина.
o Урвалын тэгшитгэл:Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• 2-р үе шат: Хагалах
o Торны согогийг багасгахын тулд түүхий бүтээгдэхүүнийг 400-500 ° C-т 2-3 цагийн турш халаана.
• Алхам 3: Бутлах, шигших
o Бөөмбөлөгт тээрэм ашиглан задгай материалыг зорилтот ширхэгийн хэмжээгээр нунтаглана (нано хэмжээний хувьд өндөр энергитэй бөмбөлөгт тээрэм).
3. Үндсэн параметрүүд
• Температурын хяналтын нарийвчлал: ±5°C
• Хөргөх хурд: 2–5°C/мин (дулааны стрессийн хагарлаас зайлсхийхийн тулд)
• Түүхий эдийн ширхэгийн хэмжээ: Zn (100–200 торон), Те (200–300 тор)
_____________________________________
II. Орчин үеийн сайжруулсан процесс (Солвотермаль арга)
Солвотермаль арга нь нано хэмжээст ZnTe үйлдвэрлэх үндсэн арга техник бөгөөд хянах боломжтой ширхэгийн хэмжээ, бага эрчим хүч зарцуулалт зэрэг давуу талуудыг санал болгодог.
1. Түүхий эд, уусгагч
• Урьдчилсан бодис: Цайрын нитрат (Zn(NO₃)₂) ба натрийн теллурит (Na₂TeO₃) эсвэл теллурын нунтаг (Te).
• Бууруулах бодис: Гидразин гидрат (N₂H₄·H₂O) эсвэл натрийн боргидрид (NaBH₄).
• Уусгагч: Этилендиамин (EDA) эсвэл ионгүйжүүлсэн ус (DI ус).
2. Процессын урсгал
• Алхам 1: Урьдчилан уусгах
o Zn(NO₃)₂ ба Na₂TeO₃-ийг 1:1 молийн харьцаатай уусгагчинд хутгаж уусгана.
• Алхам 2: Бууруулах урвал
o Бууруулах бодис (жишээ нь, N₂H₄·H₂O) нэмээд өндөр даралтын автоклавт битүүмжилнэ.
o Урвалын нөхцөл:
Температур: 180–220°C
Хугацаа: 12-24 цаг
Даралт: Өөрөө үүсгэсэн (3–5 МПа)
o Урвалын тэгшитгэл:Zn2++TeO32−+Багаруулах бодис→ZnTe+Дагалдах бүтээгдэхүүн (жишээ нь, H₂O, N₂)Zn2++TeO32−+Буулгах бодис→ZnTe+Дагалдах бүтээгдэхүүн (жишээ нь, H₂O, N₂)
• Алхам 3: Эмчилгээний дараах үе
o Бүтээгдэхүүнийг тусгаарлахын тулд центрифуг хийж, этанол болон DI усаар 3-5 удаа угаана.
o Вакуум дор хатаана (4-6 цагийн турш 60-80 ° C).
3. Үндсэн параметрүүд
• Прекурсорын концентраци: 0.1–0.5 моль/л
• рН-ийн хяналт: 9–11 (шүлтлэг нөхцөл нь урвалыг дэмждэг)
• Бөөмийн хэмжээг хянах: Уусгагчийн төрлөөр тохируулна (жишээ нь, EDA нь нано утас үүсгэдэг; усан фазын нано бөөмсийг гаргадаг).
_____________________________________
III. Бусад дэвшилтэт процессууд
1. Химийн уурын хуримтлал (CVD)
• Хэрэглээ: Нимгэн хальс бэлтгэх (жишээ нь, нарны зай).
• Урьдчилсан бодисууд: диэтилцинк (Zn(C₂H₅)₂) ба диэтилтеллур (Te(C₂H₅)₂).
• Параметрүүд:
o Туналтын температур: 350–450°C
o Тээвэрлэгч хий: H₂/Ar хольц (урсгалын хурд: 50–100 сксм)
o Даралт: 10⁻²–10⁻³ Торр
2. Механик хайлш (Бөмбөлөгт тээрэмдэх)
• Онцлогууд: Уусгагчгүй, бага температурт нийлэгждэг.
• Параметрүүд:
o Бөмбөлөг ба нунтаг харьцаа: 10:1
o Тээрэмдэх хугацаа: 20-40 цаг
o Эргэлтийн хурд: 300–500 эрг/мин
_____________________________________
IV. Чанарын хяналт ба шинж чанар
1. Цэвэр байдлын шинжилгээ: Кристал бүтцийн рентген туяаны дифракц (XRD) (2θ ≈25.3°-ийн гол оргил).
2. Морфологийн хяналт: Нано бөөмийн хэмжээ (ердийн: 10-50 нм) дамжуулах электрон микроскоп (TEM).
3. Элементийн харьцаа: Zn ≈1:1-ийг баталгаажуулахын тулд эрчим хүчний дисперсийн рентген спектроскопи (EDS) эсвэл индуктив хосолсон плазмын масс спектрометр (ICP-MS).
_____________________________________
V. Аюулгүй байдал ба байгаль орчны асуудал
1. Хаягдал хий боловсруулах: H₂Te-г шүлтлэг уусмалаар (жишээ нь, NaOH) шингээнэ.
2. Уусгагчийг нөхөн сэргээх: Органик уусгагчийг (жишээ нь, EDA) нэрэх замаар дахин боловсруулна.
3. Хамгаалах арга хэмжээ: Хийн маск (H₂Te хамгаалах) болон зэврэлтээс хамгаалах бээлий хэрэглэнэ.
_____________________________________
VI. Технологийн чиг хандлага
• Ногоон синтез: Органик уусгагчийн хэрэглээг багасгах усан фазын системийг хөгжүүлэх.
• Допингийн өөрчлөлт: Cu, Ag гэх мэт бодисоор допинг хийх замаар дамжуулалтыг сайжруулна.
• Том хэмжээний үйлдвэрлэл: Тасралтгүй урсдаг реакторуудыг ашиглан кг-ын хэмжээний багц гаргах.
Шуудангийн цаг: 2025-03-21