1. Sarrera

Zink telururoa (ZnTe) II-VI taldeko erdieroale material garrantzitsua da, banda-tarte zuzeneko egitura duena. Giro-tenperaturan, bere banda-tartea 2,26 eV ingurukoa da, eta aplikazio zabalak ditu gailu optoelektronikoetan, eguzki-zeluletan, erradiazio-detektagailuetan eta beste arlo batzuetan. Artikulu honek zink telururoaren hainbat sintesi-prozesuri sarrera zehatza emango die, besteak beste, egoera solidoko erreakzioa, lurrun-garraioa, disoluzioetan oinarritutako metodoak, molekula-izpien epitaxia, etab. Metodo bakoitza sakon azalduko da bere printzipioei, prozedurei, abantaila eta desabantailei eta kontuan hartu beharreko gauza garrantzitsuei dagokienez.

2. ZnTe sintesirako erreakzio solidoaren metodoa

2.1 Printzipioa

Zink telururoa prestatzeko metodorik tradizionalena egoera solidoan dagoen erreakzio-metodoa da, non purutasun handiko zinkak eta telurioak zuzenean erreakzionatzen duten tenperatura altuetan ZnTe sortzeko:

Zn + Te → ZnTe

2.2 Prozedura zehatza

2.2.1 Lehengaien prestaketa

1. Materialen hautaketa: Erabili hasierako material gisa % 99,999 ≥ purutasuneko zink granuluak eta teluro puskak.
2. Materialen aurretratamendua:
   • Zink tratamendua: Lehenik eta behin, azido klorhidriko diluituan (% 5) murgildu minutuz gainazaleko oxidoak kentzeko, garbitu ur desionizatuarekin, garbitu etanol anhidroarekin eta, azkenik, lehortu hutseko labean 60 °C-tan 2 orduz.
   • Telurio tratamendua: Lehenik eta behin, ur regian murgildu (HNO₃:HCl=1:3) 30 segundoz gainazaleko oxidoak kentzeko, garbitu ur desionizatuarekin neutro egon arte, garbitu etanol anhidroarekin eta, azkenik, lehortu hutseko labean 80 °C-tan 3 orduz.
3. Pisatzea: Lehengaiak erlazio estekiometrikoan pisatu (Zn:Te=1:1). Tenperatura altuetan zinkaren lurruntze posiblea kontuan hartuta, % 2-3ko gehiegizko bat gehi daiteke.

2.2.2 Materialen nahasketa

1. Ehotzea eta nahastea: Jarri pisatutako zinka eta teluroa agata mortero batean eta eho 30 minutuz argonez betetako eskularru-kutxa batean, uniformeki nahastu arte.
2. Pelletizazioa: Jarri hauts nahasia molde batean eta sakatu 10-20 mm-ko diametroko pelletetan 10-15 MPa-ko presiopean.

2.2.3 Erreakzio-ontzien prestaketa

1. Kuartzozko Hodien Tratamendua: Aukeratu purutasun handiko kuartzozko hodiak (barne diametroa 20-30 mm, hormaren lodiera 2-3 mm), lehenik ur regian beratzen utzi 24 orduz, garbitu ondo ur desionizatuarekin eta lehortu labean 120 °C-tan.
2. Hustuketa: Jarri lehengai pelletak kuartzozko hodian, konektatu huts-sistema batera eta hustu ≤10⁻³Pa-ra.
3. Zigilatzea: Zigilatu kuartzozko hodia hidrogeno-oxigeno sugar bat erabiliz, zigilatzeko luzera ≥50 mm-koa dela ziurtatuz, hermetikotasuna bermatzeko.

2.2.4 Tenperatura altuko erreakzioa

1. Lehenengo Berotze Fasea: Jarri kuartzozko hodi itxia hodi-labe batean eta berotu 400 °C-ra 2-3 °C/min-ko abiaduran, 12 orduz mantenduz zinkaren eta teluroaren arteko hasierako erreakzioa ahalbidetzeko.
2. Bigarren Berotze Fasea: Jarraitu berotzen 950-1050 °C-ra (1100 °C-ko kuartzoaren biguntze-puntuaren azpitik) 1-2 °C/min-tan, 24-48 orduz mantenduz.
3. Hodiaren Kulunkatzea: Tenperatura altuko fasean, okertu labea 45°-tan 2 orduro eta kulunkatu hainbat aldiz erreaktiboak ondo nahasteko.
4. Hoztea: Erreakzioa amaitu ondoren, hoztu poliki giro-tenperaturara 0,5-1 °C/min-tan, tentsio termikoaren ondorioz lagina pitzatzea saihesteko.

2.2.5 Produktuen prozesamendua

1. Produktua kentzea: Ireki kuartzozko hodia eskularru-kutxa batean eta atera erreakzio-produktua.
2. Ehotzea: Produktua berriro ehotu hauts bihurtu erreakzionatu gabeko materialak kentzeko.
3. Erreketa: Hautsak 600 °C-tan errekatu argon atmosferan 8 orduz, barne-tentsioa arintzeko eta kristalinitatea hobetzeko.
4. Karakterizazioa: XRD, SEM, EDS, etab. egin faseen purutasuna eta konposizio kimikoa berresteko.

2.3 Prozesuaren Parametroen Optimizazioa

1. Tenperatura kontrola: Erreakzio-tenperatura optimoa 1000 ± 20 °C da. Tenperatura baxuagoek erreakzio osatugabea eragin dezakete, eta tenperatura altuagoek, berriz, zinkaren lurrunketa eragin dezakete.
2. Denboraren kontrola: Erreakzio osoa bermatzeko, edukitze-denbora ≥24 ordukoa izan behar da.
3. Hozte-abiadura: Hozte motelak (0,5-1 °C/min) kristal-ale handiagoak ematen ditu.

2.4 Abantailen eta desabantailen azterketa

Abantailak:

• Prozesu sinplea, ekipamendu behar gutxi
• Multzo-ekoizpenerako egokia
• Produktuaren purutasun handia

Desabantailak:

• Erreakzio-tenperatura altua, energia-kontsumo handia
• Ale-tamainaren banaketa ez-uniformea
• Erreakzionatu gabeko material kantitate txikiak izan ditzake

3. ZnTe sintesirako lurrun-garraio metodoa

3.1 Printzipioa

Lurrun-garraio metodoak gas garraiatzaile bat erabiltzen du erreaktibo-lurrunak tenperatura baxuko eremu batera garraiatzeko, deposizioan, ZnTe-ren hazkunde norabidetua lortuz tenperatura-gradienteak kontrolatuz. Iodoa erabili ohi da garraio-agente gisa:

ZnTe(s) + I₂(g) ⇌ ZnI₂(g) + 1/2Te₂(g)

3.2 Prozedura zehatza

3.2.1 Lehengaien prestaketa

1. Materialaren hautaketa: Erabili purutasun handiko ZnTe hautsa (purutasuna ≥% 99,999) edo estekiometrikoki nahastutako Zn eta Te hautsak.
2. Garraio-agentearen prestaketa: iodo kristal puruak (purutasuna ≥99,99%), 5-10 mg/cm³ erreakzio-hodiaren bolumeneko dosia.
3. Kuartzozko Hodien Tratamendua: Egoera solidoko erreakzio-metodoaren berdina, baina kuartzozko hodi luzeagoak (300-400 mm) behar dira.

3.2.2 Hodien kargatzea

1. Materialaren kokapena: Jarri ZnTe hautsa edo Zn+Te nahasketa kuartzozko hodiaren mutur batean.
2. Iodoaren gehikuntza: Gehitu iodo kristalak kuartzozko hodira eskularru-kutxa batean.
3. Ebakuazioa: Ebakuatu ≤10⁻³Pa-ra.
4. Zigilatzea: Zigilatu hidrogeno-oxigeno sugar batekin, hodia horizontal mantenduz.

3.2.3 Tenperatura-gradientearen konfigurazioa

1. Eremu beroaren tenperatura: Ezarri 850-900 °C-tan.
2. Eremu Hotzeko Tenperatura: Ezarri 750-800 °C-tan.
3. Gradiente Eremuaren Luzera: Gutxi gorabehera 100-150 mm.

3.2.4 Hazkunde Prozesua

1. Lehen Fasea: Berotu 500 °C-ra 3 °C/min-ko abiaduran, eta mantendu 2 orduz iodoaren eta lehengaien arteko hasierako erreakzioa ahalbidetzeko.
2. Bigarren Fasea: Jarraitu berotzen ezarritako tenperaturara arte, mantendu tenperatura gradientea eta hazten 7-14 egunez.
3. Hoztea: Hazkuntza amaitutakoan, giro-tenperaturara hoztu 1 °C/min-tan.

3.2.5 Produktuen bilduma

1. Hodiaren irekiera: Ireki kuartzozko hodia eskularru-kutxa batean.
2. Bilketa: Bildu ZnTe kristal bakarrekoak mutur hotzean.
3. Garbiketa: Garbitu ultrasoinuen bidez etanol anhidroarekin 5 minutuz gainazalean xurgatutako iodoa kentzeko.

3.3 Prozesuaren Kontrol Puntuak

1. Iodo kantitatearen kontrola: Iodoaren kontzentrazioak garraio-tasan eragina du; tarte optimoa 5-8 mg/cm³ da.
2. Tenperatura gradientea: Mantendu gradientea 50-100 °C-ren barruan.
3. Hazkuntza-denbora: Normalean 7-14 egun, nahi den kristal-tamainaren arabera.

3.4 Abantailen eta desabantailen azterketa

Abantailak:

• Kalitate handiko kristal bakarrekoak lor daitezke
• Kristal tamaina handiagoak
• Purutasun handia

Desabantailak:

• Hazkunde-ziklo luzeak
• Ekipamendu-eskakizun handiak
• Errendimendu baxua

4. ZnTe nanomaterialen sintesirako soluzioetan oinarritutako metodoa

4.1 Printzipioa

Soluzioetan oinarritutako metodoek disoluzioko aitzindari erreakzioak kontrolatzen dituzte ZnTe nanopartikulak edo nanohariak prestatzeko. Erreakzio tipiko bat hau da:

Zn²⁺ + HTe⁻ + OH⁻ → ZnTe + H₂O

4.2 Prozedura zehatza

4.2.1 Erreaktiboen prestaketa

1. Zink iturria: Zink azetatoa (Zn(CH₃COO)₂·2H₂O), purutasuna ≥%99,99.
2. Telurio iturria: Telurio dioxidoa (TeO₂), purutasuna ≥99,99%
3. Erreduktorea: Sodio borohidruroa (NaBH₄), purutasuna ≥%98.
4. Disolbatzaileak: Ur desionizatua, etilendiamina, etanola.
5. Gainazal-aktibo: Zetiltrimetilamonio bromuroa (CTAB).

4.2.2 Telurio aitzindariaren prestaketa

1. Disoluzioaren prestaketa: Disolbatu 0,1 mmol TeO₂ 20 ml ur desionizatuan.
2. Erredukzio-erreakzioa: Gehitu 0,5 mmol NaBH₄, irabiatu magnetikoki 30 minutuz HTe⁻ disoluzioa sortzeko.
   TeO₂ + 3BH₄⁻ + 3H₂O → HTe⁻ + 3B(OH)₃ + 3H₂↑
3. Atmosfera babeslea: Mantendu nitrogeno-fluxua oxidazioa saihesteko.

4.2.3 ZnTe nanopartikula sintesia

1. Zink disoluzioaren prestaketa: Disolbatu 0,1 mmol zink azetato 30 ml etilendiaminatan.
2. Nahasketa erreakzioa: Gehitu poliki-poliki HTe⁻ disoluzioa zink disoluzioari, eta erreakzionatu 80 °C-tan 6 orduz.
3. Zentrifugazioa: Erreakzioaren ondoren, zentrifugatu 10.000 bira/min-tan 10 minutuz produktua biltzeko.
4. Garbiketa: Txandaka garbitu etanolarekin eta ur desionizatuarekin hiru aldiz.
5. Lehortzea: Xurgagailuan lehortu 60 °C-tan 6 orduz.

4.2.4 ZnTe Nanoharien Sintesia

1. Txantiloiaren gehikuntza: Gehitu 0,2 g CTAB zink disoluzioari.
2. Erreakzio hidrotermal: Nahastutako disoluzioa 50 ml-ko Teflon-estaldurako autoklabe batera eraman, eta 180 °C-tan erreakzionatu 12 orduz.
3. Postprozesamendua: Nanopartikulekin gertatzen den bezala.

4.3 Prozesuaren Parametroen Optimizazioa

1. Tenperatura kontrola: 80-90 °C nanopartikulentzat, 180-200 °C nanoharientzat.
2. pH balioa: Mantendu 9-11 artean.
3. Erreakzio-denbora: 4-6 ordu nanopartikulentzat, 12-24 ordu nanoharientzat.

4.4 Abantailen eta desabantailen azterketa

Abantailak:

• Tenperatura baxuko erreakzioa, energia aurreztea
• Morfologia eta tamaina kontrolagarriak
• Eskala handiko ekoizpenerako egokia

Desabantailak:

• Produktuek ezpurutasunak izan ditzakete
• Postprozesamendua behar du
• Kristal kalitate baxuagoa

5. ZnTe film meheak prestatzeko izpi molekularren epitaxia (MBE)

5.1 Printzipioa

MBE-k ZnTe kristal bakarreko film meheak hazten ditu Zn eta Te molekula-sortak substratu batera zuzenduz hutsune ultra-altuko baldintzetan, habe-fluxuen ratioak eta substratuaren tenperatura zehatz-mehatz kontrolatuz.

5.2 Prozedura zehatza

5.2.1 Sistemaren prestaketa

1. Hutseko sistema: Oinarrizko hutsunea ≤1×10⁻⁸Pa.
2. Iturriaren prestaketa:
   • Zink iturria: 6N purutasun handiko zinka BN gurutzean.
   • Telurio iturria: 6N purutasun handiko teluria PBN gurutzean.
3. Substratuaren prestaketa:
   • Ohiko GaAs(100) substratua.
   • Substratuaren garbiketa: disolbatzaile organiko bidezko garbiketa → azido bidezko grabatua → ur desionizatuaren bidezko garbiketa → nitrogeno bidezko lehortzea.

5.2.2 Hazkunde Prozesua

1. Substratuaren gas-askatzea: Labean egin 200 °C-tan ordubetez gainazaleko adsorbatuak kentzeko.
2. Oxidoaren kentzea: Berotu 580 °C-ra, eutsi 10 minutuz gainazaleko oxidoak kentzeko.
3. Buffer Geruzaren Hazkundea: 300 °C-ra hoztu, 10nm-ko ZnTe buffer geruza hazi.
4. Hazkunde nagusia:
   • Substratuaren tenperatura: 280-320 °C.
   • Zink habe baliokidearen presioa: 1×10⁻⁶Torr.
   • Telurio izpiaren presio baliokidea: 2×10⁻⁶Torr.
   • V/III erlazioa 1,5-2,0-tan kontrolatuta.
   • Hazkunde-tasa: 0,5-1 μm/h.
5. Erreketa: Hazkuntzaren ondoren, erreketa egin 250 °C-tan 30 minutuz.

5.2.3 In situ monitorizazioa

1. RHEED Monitorizazioa: Gainazalaren berreraikuntzaren eta hazkuntza moduaren denbora errealeko behaketa.
2. Masa-espektrometria: molekula-sorten intentsitateak kontrolatu.
3. Termometria infragorria: substratuaren tenperaturaren kontrol zehatza.

5.3 Prozesuaren Kontrol Puntuak

1. Tenperaturaren kontrola: Substratuaren tenperaturak kristalen kalitatean eta gainazalaren morfologian eragina du.
2. Izpi-fluxuaren erlazioa: Te/Zn erlazioak akats motak eta kontzentrazioa eragiten ditu.
3. Hazkunde-tasa: Tasa baxuagoek kristalen kalitatea hobetzen dute.

5.4 Abantailen eta desabantailen azterketa

Abantailak:

• Konposizio zehatza eta dopinaren kontrola.
• Kalitate handiko kristal bakarreko filmak.
• Gainazal atomikoki lauak lor daitezke.

Desabantailak:

• Ekipamendu garestia.
• Hazkunde-tasa motelak.
• Trebetasun operatibo aurreratuak behar ditu.

6. Beste sintesi metodo batzuk

6.1 Lurrun-deposizio kimikoa (CVD)

1. Aitzindariak: Dietilzinka (DEZn) eta diisopropilteluridoa (DIPTe).
2. Erreakzio-tenperatura: 400-500 °C.
3. Garraiatzaile-gasa: nitrogeno edo hidrogeno purua.
4. Presioa: Atmosferikoa edo presio baxua (10-100 Torr).

6.2 Lurruntze termikoa

1. Jatorrizko materiala: purutasun handiko ZnTe hautsa.
2. Hutsune maila: ≤1×10⁻⁴Pa.
3. Lurruntze-tenperatura: 1000-1100 °C.
4. Substratuaren tenperatura: 200-300 °C.

7. Ondorioa

Zink telururoa sintetizatzeko hainbat metodo daude, bakoitza bere abantailak eta desabantailekin. Egoera solidoko erreakzioa egokia da material masiboak prestatzeko, lurrun-garraioak kalitate handiko kristal bakarreko prozesuak ematen ditu, disoluzio-metodoak aproposak dira nanomaterialetarako, eta MBE kalitate handiko film meheetarako erabiltzen da. Aplikazio praktikoek metodo egokia aukeratu beharko lukete eskakizunen arabera, prozesu-parametroen kontrol zorrotza eginez errendimendu handiko ZnTe materialak lortzeko. Etorkizuneko norabideek tenperatura baxuko sintesia, morfologia-kontrola eta dopatze-prozesuen optimizazioa barne hartzen dituzte.