1. Муқаддима

Теллуриди руҳ (ZnTe) як маводи муҳими нимноқилҳои гурӯҳи II-VI бо сохтори мустақими банд мебошад. Дар ҳарорати хонагӣ, бандҳои он тақрибан 2,26eV аст ва он дар дастгоҳҳои оптоэлектронӣ, ҳуҷайраҳои офтобӣ, детекторҳои радиатсионӣ ва дигар соҳаҳо барномаҳои васеъ пайдо мекунад. Ин мақола муқаддимаи муфассалро бо равандҳои гуногуни синтези теллуриди руҳ, аз ҷумла реаксияи ҳолати сахт, интиқоли буғ, усулҳои ба маҳлул асосёфта, эпитаксияи чӯби молекулавӣ ва ғайра пешниҳод мекунад. Ҳар як усул аз рӯи принсипҳо, тартибҳо, афзалиятҳо ва нуқсонҳо ва мулоҳизаҳои асосӣ муфассал шарҳ дода мешавад.

2. Усули реаксияи ҳолати сахт барои синтези ZnTe

2.1 Принсип

Усули реаксияи ҳолати сахт усули анъанавӣ барои тайёр кардани теллури руҳ мебошад, ки дар он руҳ ва теллури тозагии баланд бевосита дар ҳарорати баланд барои ташаккули ZnTe реаксия мекунанд:

Zn + Te → ZnTe

2.2 Тартиби муфассал

2.2.1 Тайёр кардани ашёи хом

1. Интихоби мавод: Ҳамчун маводи ибтидоӣ гранулҳои руҳ ва пораҳои теллурро бо тозагии ≥99,999% истифода баред.
2. Табобати моддӣ:
   • Табобати руҳ: Аввалан дар кислотаи гидрохлорид (5%) дар давоми 1 дақиқа ғӯтонед, то оксидҳои рӯизаминиро тоза кунед, бо оби деионизатсияшуда бишӯед, бо этаноли беоб бишӯед ва дар ниҳоят дар танӯри вакуумӣ дар ҳарорати 60 ° C барои 2 соат хушк кунед.
   • Табобати теллурӣ: Аввалан дар оби региа (HNO₃:HCl=1:3) дар тӯли 30 сония барои тоза кардани оксидҳои рӯизаминӣ ғарқ кунед, бо оби деионизатсияшуда то бетараф бишӯед, бо этаноли беоб бишӯед ва дар ниҳоят дар танӯри вакуумӣ дар 80°C барои 3 соат хушк кунед.
3. Вазн кардан: Ашьёи хомро бо таносуби стехиометрӣ баркашед (Zn:Te=1:1). Бо дарназардошти имконпазири ҷӯйборшавии руҳ дар ҳарорати баланд, метавонад 2-3% зиёдатӣ илова карда шавад.

2.2.2 Омезиши мавод

1. Суфта кардан ва омехта кардан: Рӯҳ ва теллур баркашидашударо дар як миномети агат ҷойгир кунед ва дар зарфи 30 дақиқа дар қуттии дастпӯшаки пур аз аргон то яксон омехта кунед.
2. Пеллетизатсия: Хокаи омехтаро дар қолаб ҷойгир кунед ва дар зери фишори 10-15МПа ба донаҳои диаметри 10-20мм пахш кунед.

2.2.3 Омода кардани зарфи реаксия

1. Табобати найҳои кварцӣ: қубурҳои кварции тозагии баландро интихоб кунед (диаметри дарунӣ 20-30 мм, ғафсии девор 2-3 мм), аввал дар реги обӣ барои 24 соат тар кунед, бо оби деионизатсияшуда бодиққат бишӯед ва дар танӯр дар ҳарорати 120 ° C хушк кунед.
2. Эвакуатсия: Пеллетҳои ашёи хомро ба қубури кварц ҷойгир кунед, ба системаи вакуум пайваст кунед ва то ≤10⁻³Па эвакуатсия кунед.
3. Мӯҳр: найи кварцро бо шӯълаи гидроген-оксиген мӯҳр кунед ва дарозии мӯҳрро аз ≥50мм барои ҳавогузаронӣ таъмин кунед.

2.2.4 Реаксияи ҳарорати баланд

1. Марҳилаи аввали гармкунӣ: найчаи кварси пӯшидаро дар кӯраи қубур ҷойгир кунед ва то 400 ° C бо суръати 2-3 ° C/дақ гарм кунед, то 12 соат нигоҳ доред, то реаксияи ибтидоӣ байни руҳ ва теллур иҷозат дода шавад.
2. Марҳилаи дуюми гармкунӣ: То 950-1050 ° C (дар поён аз нуқтаи нармкунии кварц 1100 ° C) дар 1-2 ° C/дақ, 24-48 соат нигоҳ доред.
3. Ҷунбиши қубур: Дар марҳилаи ҳарорати баланд, танӯрро дар ҳар 2 соат 45° хам кунед ва якчанд маротиба санг кунед, то омехтаи ҳамаҷонибаи реактивҳоро таъмин кунед.
4. Сардшавӣ: Пас аз анҷоми реаксия, оҳиста-оҳиста ба ҳарорати хонагӣ дар 0,5-1°C/дақ сард кунед, то аз шикастани намуна аз фишори гармӣ пешгирӣ карда шавад.

2.2.5 Коркарди маҳсулот

1. Хориҷ кардани маҳсулот: Туби кварцро дар қуттии дастпӯшак кушоед ва маҳсулоти реаксияро хориҷ кунед.
2. Гирифтан: Маҳсулотро ба хока реза кунед, то ҳама маводи реаксиянашударо хориҷ кунед.
3. Табобат: Хокаро дар ҳарорати 600°C дар зери атмосфераи аргон барои 8 соат пошед, то фишори дохилиро рафъ кунед ва кристаллиятро беҳтар созед.
4. Тавсиф: Барои тасдиқи тозагии фаза ва таркиби химиявӣ XRD, SEM, EDS ва ғайраро иҷро кунед.

2.3 Оптимизатсияи параметрҳои раванд

1. Назорати ҳарорат: Ҳарорати оптималии реаксия 1000±20°C аст. Ҳарорати паст метавонад ба реаксияи нопурра оварда расонад, дар ҳоле ки ҳарорати баланд метавонад боиси ноустувории руҳ гардад.
2. Назорати вақт: Вақти нигоҳдорӣ бояд ≥24 соат бошад, то вокуниши пурра таъмин карда шавад.
3. Суръати хунуккунӣ: хунуккунии оҳиста (0,5-1°C/дақ) донаҳои кристаллии калонтар медиҳад.

2.4 Таҳлили афзалиятҳо ва нуқсонҳо

Афзалиятҳо:

• Раванди оддӣ, талаботи пасти таҷҳизот
• Муносиб барои истеҳсоли партия
• Тозагии баланди маҳсулот

Камбудиҳо:

• Ҳарорати баланди реаксия, истеъмоли энергияи баланд
• Тақсимоти якхелаи андозаи ғалла
• Метавонад миқдори ками маводи реаксиянашударо дар бар гирад

3. Усули интиқоли буғ барои синтези ZnTe

3.1 Принсип

Усули интиқоли буғ гази интиқолдиҳандаро барои интиқоли буғҳои реактивӣ ба минтақаи ҳарорати паст барои таҳшин истифода мебарад ва ба афзоиши самти ZnTe тавассути назорати градиентҳои ҳарорат ноил мешавад. Йод одатан ҳамчун агенти нақлиёт истифода мешавад:

ZnTe(s) + I₂(г) ⇌ ZnI₂(г) + 1/2Te₂(г)

3.2 Тартиби муфассал

3.2.1 Тайёр кардани ашёи хом

1. Интихоби мавод: Истифодаи хокаи баландсифати ZnTe (тоза ≥99,999%) ё хокаҳои стехиометрии омехтаи Zn ва Te.
2. Омодасозии агенти нақлиёт: Кристаллҳои йоди тозаи баланд (тоза ≥99,99%), миқдори вояи 5-10 мг/см³ ҳаҷми реаксияи найчаи реаксия.
3. Табобати найҳои кварцӣ: Ҳамон усули реаксияи ҳолати сахт, аммо қубурҳои кварцӣ (300-400мм) лозиманд.

3.2.2 Боркунии қубур

1. Ҷойгиркунии мавод: Хокаи ZnTe ё омехтаи Zn+Teро дар як канори найчаи кварц ҷойгир кунед.
2. Иловаи йод: Кристаллҳои йодро ба қубури кварц дар қуттии дастпӯшак илова кунед.
3. Эвакуатсия: Эвакуатсия ба ≤10⁻³Па.
4. Мӯҳр: Бо шӯълаи гидроген-оксиген мӯҳр кунед ва қубурро уфуқӣ нигоҳ доред.

3.2.3 Танзими градиенти ҳарорат

1. Ҳарорати минтақаи гарм: Ба 850-900 ° C муқаррар кунед.
2. Ҳарорати минтақаи сард: Ба 750-800 ° C муқаррар кунед.
3. Дарозии минтақаи градиент: тақрибан 100-150 мм.

3.2.4 Раванди афзоиш

1. Марҳилаи аввал: То 500°С дар 3°С/дақ гарм кунед, 2 соат нигоҳ доред, то ки реаксияи ибтидоӣ байни йод ва ашёи хом ба амал ояд.
2. Марҳилаи дуюм: гармиро то ҳарорати муқарраршуда идома диҳед, градиенти ҳароратро нигоҳ доред ва 7-14 рӯз афзоиш диҳед.
3. Сардшавӣ: Пас аз анҷоми афзоиш, то ҳарорати хонагӣ дар 1°C/дақ хунук кунед.

3.2.5 Ҷамъоварии маҳсулот

1. Кушодани қубур: Қубури кварцро дар қуттии дастпӯшак кушоед.
2. Ҷамъоварӣ: Кристаллҳои ZnTe-ро дар охири сард ҷамъ кунед.
3. Тозакунӣ: бо этаноли беоб барои 5 дақиқа ба таври ултрасадо тоза кунед, то йоди рӯи адсорбшударо тоза кунед.

3.3 Нуқтаҳои назорати равандҳо

1. Назорати миқдори йод: Консентратсияи йод ба суръати интиқол таъсир мерасонад; диапазони оптималии 5-8 мг / см3 аст.
2. Градиенти ҳарорат: Градиентро дар ҳудуди 50-100°C нигоҳ доред.
3. Вақти афзоиш: Одатан 7-14 рӯз, вобаста ба андозаи дилхоҳи кристалл.

3.4 Таҳлили афзалиятҳо ва нуқсонҳо

Афзалиятҳо:

• Монокристаллхои хушсифат ба даст овардан мумкин аст
• Андозаи калонтари кристалл
• тозагии баланд

Камбудиҳо:

• Давраи дарозмуддати афзоиш
• Талаботи баланди таҷҳизот
• Хосили паст

4. Усули ҳалли асоси барои синтези наноматериалҳои ZnTe

4.1 Принсип

Усулҳои ба маҳлул асосёфта реаксияҳои пешгузаштаро дар маҳлул назорат мекунанд, то нанозарраҳои ZnTe ё нано симҳоро омода кунанд. Реаксияи маъмулӣ ин аст:

Zn²⁺ + HTe⁻ + OH⁻ → ZnTe + H₂O

4.2 Тартиби муфассал

4.2.1 Тайёр кардани реагент

1. Манбаи руҳ: ацетат руҳ (Zn(CH₃COO)₂·2H₂O), тозагӣ ≥99,99%.
2. Манбаи теллур: оксиди теллур (TeO₂), тозагӣ ≥99,99%.
3. Редуктор: боргидриди натрий (NaBH₄), тозагӣ ≥98%.
4. Маҳлулҳо: оби деионизатсияшуда, этилендиамин, этанол.
5. Сурфактант: бромиди цетилтриметиламмоний (CTAB).

4.2.2 Омодасозии прекурсори теллур

1. Омода кардани маҳлул: 0,1 ммоль TeO₂-ро дар оби 20 мл деионизатсияшуда ҳал кунед.
2. Реаксияи коҳиш: 0,5 ммоль NaBH₄ илова кунед, ба таври магнитӣ 30 дақиқа омехта кунед, то маҳлули HTe⁻ тавлид кунед.
   TeO₂ + 3BH₄⁻ + 3H₂O → HTe⁻ + 3B(OH)₃ + 3H₂↑
3. Атмосфераи муҳофизатӣ: ҷараёни нитрогенро дар саросари ҷаҳон нигоҳ доред, то оксидшавиро пешгирӣ кунед.

4.2.3 Синтези нанозарраҳои ZnTe

1. Омода кардани маҳлули руҳ: 0,1 ммоль ацетат руҳро дар 30 мл этилендиамин ҳал кунед.
2. Реаксияи омехта: Маҳлули HTe⁻-ро оҳиста ба маҳлули руҳ илова кунед, дар 80°C барои 6 соат реаксия кунед.
3. Сентрифуга: Пас аз реаксия, дар 10,000 rpm барои 10 дақиқа барои ҷамъ кардани маҳсулот центрифуга кунед.
4. Шустан: Шустани алтернативӣ бо этанол ва оби deionized се маротиба.
5. Хушк кардан: дар чангкашак дар 60°C барои 6 соат хушк кунед.

4.2.4 Синтези Nanowire ZnTe

1. Иловаи Шаблон: Ба маҳлули руҳ 0,2 г CTAB илова кунед.
2. Реаксияи гидротермикӣ: Маҳлули омехтаро ба автоклави 50 мл-и тефлондор интиқол диҳед, дар 180 ° C барои 12 соат реаксия кунед.
3. Пас аз коркард: Ҳамон тавре ки барои нанозарраҳо.

4.3 Оптимизатсияи параметрҳои раванд

1. Назорати ҳарорат: 80-90°C барои нанозарраҳо, 180-200°C барои нанобелҳо.
2. Арзиши pH: Дар байни 9-11 нигоҳ доред.
3. Вақти реаксия: 4-6 соат барои нанозарраҳо, 12-24 соат барои нановақҳо.

4.4 Таҳлили афзалиятҳо ва нуқсонҳо

Афзалиятҳо:

• Реаксияи ҳарорати паст, сарфаи энергия
• Морфология ва андозаи назоратшаванда
• Муносиб барои истеҳсоли миқёси калон

Камбудиҳо:

• Маҳсулот метавонад дорои ифлосиҳо бошад
• Коркарди баъдиро талаб мекунад
• Сифати кристалл пасттар

5. Эпитаксияи чӯби молекулавӣ (MBE) барои омодасозии филми лоғар ZnTe

5.1 Принсип

MBE филмҳои тунуки яккристаллии ZnTe -ро тавассути равона кардани чӯбҳои молекулавии Zn ва Te ба субстрат дар шароити вакууми ултра баланд, дақиқ назорат кардани таносуби ҷараёни чӯб ва ҳарорати субстратро парвариш мекунад.

5.2 Тартиби муфассал

5.2.1 Омодасозии система

1. Системаи вакуумӣ: Вакууми асосӣ ≤1×10⁻⁸Па.
2. Омодасозии манбаъ:
   • Манбаи руҳ: 6N руҳи тозаи баланд дар тигели BN.
   • Сарчашмаи теллур: 6N теллури тозагии баланд дар тигели PBN.
3. Тайёр кардани субстрат:
   • Субстрати маъмулан GaAs (100) истифодашаванда.
   • Тозакунии субстрат: Тозакунии маҳлулҳои органикӣ → пошидани кислота → шустани оби деионизатсия → хушккунии нитроген.

5.2.2 Раванди афзоиш

1. Хориҷ кардани гази субстрат: Дар ҳарорати 200°C барои 1 соат пазед, то адсорбатҳои рӯизаминиро тоза кунед.
2. Хориҷ кардани оксидҳо: То 580 °C гарм кунед, барои тоза кардани оксидҳои рӯизаминӣ 10 дақиқа нигоҳ доред.
3. Афзоиши қабати буферӣ: то 300 °C сард кунед, қабати буферии 10 нм ZnTe афзоиш диҳед.
4. Афзоиши асосӣ:
   • Ҳарорати зеризаминӣ: 280-320 ° C.
   • Фишори эквиваленти нури руҳ: 1×10⁻⁶Торр.
   • Фишори эквивалентии шуои теллурӣ: 2×10⁻⁶Торр.
   • Таносуби V/III дар 1,5-2,0 назорат карда мешавад.
   • Суръати афзоиш: 0.5-1μm / соат.
5. Табобат: Пас аз афзоиш, дар ҳарорати 250 ° C барои 30 дақиқа гарм кунед.

5.2.3 Мониторинг дар маҳал

1. Мониторинги RHEED: Мушоҳидаи реконструксияи рӯизаминӣ ва ҳолати афзоиш.
2. Масс-спектрометрия: Шиддатнокии шуои молекулавиро назорат кунед.
3. Термометрияи инфрасурх: Назорати дақиқи ҳарорати субстрат.

5.3 Нуқтаҳои назорати раванд

1. Назорати ҳарорат: Ҳарорати субстрат ба сифати кристалл ва морфологияи рӯизаминӣ таъсир мерасонад.
2. Таносуби ҷараёни чӯб: Таносуби Te/Zn ба намудҳо ва консентратсияи камбудиҳо таъсир мерасонад.
3. Суръати афзоиш: Сатҳи пасттар сифати кристаллро беҳтар мекунад.

5.4 Таҳлили афзалиятҳо ва нуқсонҳо

Афзалиятҳо:

• Таркиби дақиқ ва назорати допинг.
• Плёнкахои баландсифати монокристалл.
• Сатҳи аз ҷиҳати атомӣ ҳамвор имконпазир аст.

Камбудиҳо:

• Таҷҳизоти гаронбаҳо.
• Суръатҳои афзоиши суст.
• Маҳорати пешрафтаи амалиётӣ талаб мекунад.

6. Дигар усулҳои синтез

6.1 Ҷойгиршавии буғи кимиёвӣ (CVD)

1. Прекурсорҳо: диэтилцинк (DEZn) ва диизопропилтеллурид (DIPTe).
2. Ҳарорати реаксия: 400-500°C.
3. Гази интиқолдиҳанда: нитроген ё гидрогени тоза.
4. Фишор: Фишори атмосфера ё паст (10-100Торр).

6.2 Бухоршавии гармидиҳӣ

1. Маводи манбаъ: Хокаи тозагии баланд ZnTe.
2. Сатҳи вакуум: ≤1×10⁻⁴Па.
3. Ҳарорати бухоршавӣ: 1000-1100°C.
4. Ҳарорати зеризаминӣ: 200-300°C.

7. Хулоса

Барои синтез кардани теллуриди руҳ усулҳои гуногун мавҷуданд, ки ҳар кадоми онҳо афзалиятҳо ва нуқсонҳои худро доранд. Реаксияи ҳолати сахт барои тайёр кардани маводи оммавӣ мувофиқ аст, интиқоли буғ кристаллҳои баландсифатро медиҳад, усулҳои ҳалли барои наноматериалҳо беҳтаринанд ва MBE барои филмҳои тунуки баландсифат истифода мешавад. Барномаҳои амалӣ бояд усули мувофиқро дар асоси талабот бо назорати қатъии параметрҳои раванд барои ба даст овардани маводи баландсифати ZnTe интихоб кунанд. Самтҳои оянда аз синтези ҳарорати паст, назорати морфология ва оптимизатсияи равандҳои допинг иборатанд.