1. Cyflwyniad

Mae tellurid sinc (ZnTe) yn ddeunydd lled-ddargludyddion grŵp II-VI pwysig gyda strwythur bandgap uniongyrchol. Ar dymheredd ystafell, mae ei fandgap tua 2.26eV, ac mae'n dod o hyd i gymwysiadau eang mewn dyfeisiau optoelectronig, celloedd solar, synwyryddion ymbelydredd, a meysydd eraill. Bydd yr erthygl hon yn darparu cyflwyniad manwl i wahanol brosesau synthesis ar gyfer tellurid sinc, gan gynnwys adwaith cyflwr solid, cludo anwedd, dulliau seiliedig ar doddiant, epitacsi trawst moleciwlaidd, ac ati. Bydd pob dull yn cael ei egluro'n drylwyr o ran ei egwyddorion, gweithdrefnau, manteision ac anfanteision, a'i ystyriaethau allweddol.

2. Dull Adwaith Cyflwr Solet ar gyfer Synthesis ZnTe

2.1 Egwyddor

Y dull adwaith cyflwr solid yw'r dull mwyaf traddodiadol ar gyfer paratoi telwrid sinc, lle mae sinc a telwriwm purdeb uchel yn adweithio'n uniongyrchol ar dymheredd uchel i ffurfio ZnTe:

Zn + Te → ZnTe

2.2 Gweithdrefn Fanwl

2.2.1 Paratoi Deunydd Crai

1. Dewis Deunydd: Defnyddiwch gronynnau sinc purdeb uchel a lympiau telwriwm gyda phurdeb ≥99.999% fel deunyddiau cychwyn.
2. Rhagdriniaeth Deunydd:
   • Triniaeth sinc: Yn gyntaf trochwch mewn asid hydroclorig gwanedig (5%) am 1 munud i gael gwared ar ocsidau arwyneb, rinsiwch â dŵr wedi'i ddad-ïoneiddio, golchwch ag ethanol anhydrus, ac yn olaf sychwch mewn popty gwactod ar 60°C am 2 awr.
   • Triniaeth telwriwm: Yn gyntaf trochwch mewn aqua regia (HNO₃:HCl=1:3) am 30 eiliad i gael gwared ar ocsidau arwyneb, rinsiwch â dŵr wedi'i ddad-ïoneiddio nes ei fod yn niwtral, golchwch ag ethanol anhydrus, ac yn olaf sychwch mewn popty gwactod ar 80°C am 3 awr.
3. Pwyso: Pwyswch y deunyddiau crai yn ôl cymhareb stoichiometrig (Zn:Te=1:1). O ystyried y posibilrwydd y bydd sinc yn anweddu ar dymheredd uchel, gellir ychwanegu gormod o 2-3%.

2.2.2 Cymysgu Deunyddiau

1. Malu a Chymysgu: Rhowch y sinc a'r telwriwm wedi'u pwyso mewn morter agat a'u malu am 30 munud mewn blwch menig wedi'i lenwi ag argon nes eu bod wedi'u cymysgu'n unffurf.
2. Pelenni: Rhowch y powdr cymysg mewn mowld a'i wasgu'n belenni â diamedrau o 10-20mm o dan bwysau 10-15MPa.

2.2.3 Paratoi Llestr Adwaith

1. Triniaeth Tiwbiau Cwarts: Dewiswch diwbiau cwarts purdeb uchel (diamedr mewnol 20-30mm, trwch wal 2-3mm), sociwch yn gyntaf mewn aqua regia am 24 awr, rinsiwch yn drylwyr â dŵr wedi'i ddad-ïoneiddio, a sychwch mewn popty ar 120°C.
2. Gwagio: Rhowch y pelenni deunydd crai yn y tiwb cwarts, cysylltwch â system gwactod, a gwagio i ≤10⁻³Pa.
3. Selio: Seliwch y tiwb cwarts gan ddefnyddio fflam hydrogen-ocsigen, gan sicrhau hyd selio ≥50mm ar gyfer aerglosrwydd.

2.2.4 Adwaith Tymheredd Uchel

1. Cam Gwresogi Cyntaf: Rhowch y tiwb cwarts wedi'i selio mewn ffwrnais tiwb a'i gynhesu i 400°C ar gyfradd o 2-3°C/munud, gan ei ddal am 12 awr i ganiatáu adwaith cychwynnol rhwng sinc a theluriwm.
2. Ail Gam Gwresogi: Parhewch i gynhesu i 950-1050°C (islaw pwynt meddalu cwarts o 1100°C) ar 1-2°C/munud, gan ddal am 24-48 awr.
3. Siglo Tiwbiau: Yn ystod y cyfnod tymheredd uchel, gogwyddwch y ffwrnais ar 45° bob 2 awr a siglwch sawl gwaith i sicrhau bod yr adweithyddion yn cymysgu'n drylwyr.
4. Oeri: Ar ôl cwblhau'r adwaith, oeri'n araf i dymheredd ystafell ar 0.5-1°C/munud i atal y sampl rhag cracio oherwydd straen thermol.

2.2.5 Prosesu Cynnyrch

1. Tynnu Cynnyrch: Agorwch y tiwb cwarts mewn blwch maneg a thynnwch gynnyrch yr adwaith.
2. Malu: Ail-falu'r cynnyrch yn bowdr i gael gwared ar unrhyw ddeunyddiau heb adweithio.
3. Anelio: Anelio'r powdr ar 600°C o dan awyrgylch argon am 8 awr i leddfu straen mewnol a gwella crisialedd.
4. Nodweddu: Perfformio XRD, SEM, EDS, ac ati, i gadarnhau purdeb y cyfnod a'r cyfansoddiad cemegol.

2.3 Optimeiddio Paramedr Proses

1. Rheoli Tymheredd: Y tymheredd adwaith gorau posibl yw 1000 ± 20 ° C. Gall tymereddau is arwain at adwaith anghyflawn, tra gall tymereddau uwch achosi anweddu sinc.
2. Rheoli Amser: Dylai'r amser dal fod yn ≥24 awr i sicrhau adwaith cyflawn.
3. Cyfradd Oeri: Mae oeri araf (0.5-1°C/mun) yn cynhyrchu gronynnau crisial mwy.

2.4 Dadansoddiad Manteision ac Anfanteision

Manteision:

• Proses syml, gofynion offer isel
• Addas ar gyfer cynhyrchu swp
• Purdeb cynnyrch uchel

Anfanteision:

• Tymheredd adwaith uchel, defnydd ynni uchel
• Dosbarthiad maint grawn anghyfartal
• Gall gynnwys symiau bach o ddeunyddiau heb adwaith

3. Dull Cludo Anwedd ar gyfer Synthesis ZnTe

3.1 Egwyddor

Mae'r dull cludo anwedd yn defnyddio nwy cludwr i gludo anweddau adweithydd i barth tymheredd isel ar gyfer dyddodiad, gan gyflawni twf cyfeiriadol ZnTe trwy reoli graddiannau tymheredd. Defnyddir ïodin yn gyffredin fel yr asiant cludo:

ZnTe(s) + I₂(n) ⇌ ZnI₂(n) + 1/2Te₂(g)

3.2 Gweithdrefn Fanwl

3.2.1 Paratoi Deunydd Crai

1. Dewis Deunydd: Defnyddiwch bowdr ZnTe purdeb uchel (purdeb ≥99.999%) neu bowdrau Zn a Te wedi'u cymysgu'n stoichiometregol.
2. Paratoi Asiant Cludo: Crisialau ïodin purdeb uchel (purdeb ≥99.99%), dos o gyfaint tiwb adwaith o 5-10mg/cm³.
3. Triniaeth Tiwb Cwarts: Yr un fath â'r dull adwaith cyflwr solid, ond mae angen tiwbiau cwarts hirach (300-400mm).

3.2.2 Llwytho Tiwbiau

1. Lleoli Deunydd: Rhowch bowdr ZnTe neu gymysgedd Zn+Te ar un pen y tiwb cwarts.
2. Ychwanegu Iodin: Ychwanegwch grisialau ïodin at y tiwb cwarts mewn blwch menig.
3. Gwagio: Gwagio i ≤10⁻³Pa.
4. Selio: Seliwch â fflam hydrogen-ocsigen, gan gadw'r tiwb yn llorweddol.

3.2.3 Gosod Graddiant Tymheredd

1. Tymheredd y Parth Poeth: Gosodwch i 850-900°C.
2. Tymheredd Parth Oer: Gosodwch i 750-800°C.
3. Hyd y Parth Graddiant: Tua 100-150mm.

3.2.4 Proses Twf

1. Cam Cyntaf: Gwresogi i 500°C ar 3°C/mun, dal am 2 awr i ganiatáu adwaith cychwynnol rhwng ïodin a deunyddiau crai.
2. Ail Gam: Parhewch i gynhesu i'r tymheredd a osodwyd, cynhaliwch y graddiant tymheredd, a thyfu am 7-14 diwrnod.
3. Oeri: Ar ôl cwblhau'r twf, oeri i dymheredd ystafell ar 1°C/munud.

3.2.5 Casglu Cynnyrch

1. Agor y Tiwb: Agorwch y tiwb cwarts mewn blwch menig.
2. Casgliad: Casglwch grisialau sengl ZnTe ar y pen oer.
3. Glanhau: Glanhewch yn uwchsonig gydag ethanol anhydrus am 5 munud i gael gwared ar ïodin sydd wedi'i amsugno ar yr wyneb.

3.3 Pwyntiau Rheoli Prosesau

1. Rheoli Swm Iodin: Mae crynodiad ïodin yn effeithio ar y gyfradd gludo; yr ystod orau yw 5-8mg/cm³.
2. Graddiant Tymheredd: Cynnal y graddiant o fewn 50-100°C.
3. Amser Twf: Fel arfer 7-14 diwrnod, yn dibynnu ar faint y grisial a ddymunir.

3.4 Dadansoddiad Manteision ac Anfanteision

Manteision:

• Gellir cael crisialau sengl o ansawdd uchel
• Meintiau crisialau mwy
• Purdeb uchel

Anfanteision:

• Cylchoedd twf hir
• Gofynion offer uchel
• Cynnyrch isel

4. Dull sy'n Seiliedig ar Ddatrysiadau ar gyfer Synthesis Nanodeunyddiau ZnTe

4.1 Egwyddor

Mae dulliau sy'n seiliedig ar doddiant yn rheoli adweithiau rhagflaenydd mewn toddiant i baratoi nanoronynnau neu nanowifrau ZnTe. Adwaith nodweddiadol yw:

Zn²⁺ + HTe⁻ + OH⁻ → ZnTe + H₂O

4.2 Gweithdrefn Fanwl

4.2.1 Paratoi Adweithyddion

1. Ffynhonnell Sinc: Asetat sinc (Zn(CH₃COO)₂·2H₂O), purdeb ≥99.99%.
2. Ffynhonnell Telwriwm: Telwriwm deuocsid (TeO₂), purdeb ≥99.99%.
3. Asiant Lleihau: Sodiwm borohydrid (NaBH₄), purdeb ≥98%.
4. Toddyddion: Dŵr wedi'i ddad-ïoneiddio, ethylenediamin, ethanol.
5. Syrfactydd: Bromid setyltrimethylammoniwm (CTAB).

4.2.2 Paratoi Rhagflaenydd Telwriwm

1. Paratoi'r Toddiant: Toddwch 0.1mmol TeO₂ mewn 20ml o ddŵr wedi'i ddad-ïoneiddio.
2. Adwaith Gostyngiad: Ychwanegwch 0.5mmol NaBH₄, cymysgwch yn magnetig am 30 munud i gynhyrchu toddiant HTe⁻.
   TeO₂ + 3BH₄⁻ + 3H₂O → HTe⁻ + 3B(OH)₃ + 3H₂↑
3. Atmosffer Amddiffynnol: Cynnal llif nitrogen drwyddo draw i atal ocsideiddio.

4.2.3 Synthesis Nanoronynnau ZnTe

1. Paratoi Toddiant Sinc: Toddwch 0.1mmol o asetat sinc mewn 30ml o ethylenediamin.
2. Adwaith Cymysgu: Ychwanegwch yr hydoddiant HTe⁻ yn araf at yr hydoddiant sinc, adweithiwch ar 80°C am 6 awr.
3. Allgyrchu: Ar ôl yr adwaith, allgyrchwch ar 10,000rpm am 10 munud i gasglu'r cynnyrch.
4. Golchi: Golchi bob yn ail ag ethanol a dŵr wedi'i ddad-ïoneiddio dair gwaith.
5. Sychu: Sychwch â sugnwr llwch ar 60°C am 6 awr.

4.2.4 Synthesis Nanowire ZnTe

1. Ychwanegu Templed: Ychwanegwch 0.2g o CTAB at y toddiant sinc.
2. Adwaith Hydrothermol: Trosglwyddwch y toddiant cymysg i awtoclaf 50ml wedi'i leinio â Teflon, adweithwch ar 180°C am 12 awr.
3. Ôl-brosesu: Yr un fath ag ar gyfer nanoronynnau.

4.3 Optimeiddio Paramedr Proses

1. Rheoli Tymheredd: 80-90°C ar gyfer nanoronynnau, 180-200°C ar gyfer nanowifrau.
2. Gwerth pH: Cynnal rhwng 9-11.
3. Amser Adwaith: 4-6 awr ar gyfer nanoronynnau, 12-24 awr ar gyfer nanowifrau.

4.4 Dadansoddiad Manteision ac Anfanteision

Manteision:

• Adwaith tymheredd isel, arbed ynni
• Morffoleg a maint y gellir eu rheoli
• Addas ar gyfer cynhyrchu ar raddfa fawr

Anfanteision:

• Gall cynhyrchion gynnwys amhureddau
• Angen ôl-brosesu
• Ansawdd crisial is

5. Epitacsi Trawst Moleciwlaidd (MBE) ar gyfer Paratoi Ffilm Denau ZnTe

5.1 Egwyddor

Mae MBE yn tyfu ffilmiau tenau grisial sengl ZnTe trwy gyfeirio trawstiau moleciwlaidd o Zn a Te ar swbstrad o dan amodau gwactod uwch-uchel, gan reoli cymhareb fflwcs trawst a thymheredd y swbstrad yn fanwl gywir.

5.2 Gweithdrefn Fanwl

5.2.1 Paratoi'r System

1. System Gwactod: Gwactod sylfaenol ≤1 × 10⁻⁸Pa.
2. Paratoi Ffynhonnell:
   • Ffynhonnell sinc: sinc purdeb uchel 6N mewn croesglwm BN.
   • Ffynhonnell telwriwm: telwriwm purdeb uchel 6N mewn croeslin PBN.
3. Paratoi Swbstrad:
   • Swbstrad GaAs(100) a ddefnyddir yn gyffredin.
   • Glanhau swbstrad: Glanhau toddyddion organig → ysgythru asid → rinsio dŵr wedi'i ddad-ïoneiddio → sychu nitrogen.

5.2.2 Proses Twf

1. Allnwyo'r Swbstrad: Pobwch ar 200°C am 1 awr i gael gwared ar yr amsugnyddion arwyneb.
2. Tynnu Ocsid: Gwreswch i 580°C, daliwch am 10 munud i gael gwared ar ocsidau arwyneb.
3. Twf Haen Byffer: Oerwch i 300°C, tyfwch haen byffer ZnTe 10nm.
4. Prif Dwf:
   • Tymheredd y swbstrad: 280-320°C.
   • Pwysedd cywerth trawst sinc: 1×10⁻⁶Torr.
   • Pwysedd cywerth trawst telwriwm: 2×10⁻⁶Torr.
   • Cymhareb V/III wedi'i rheoli ar 1.5-2.0.
   • Cyfradd twf: 0.5-1μm/awr.
5. Anelio: Ar ôl tyfu, anelio ar 250°C am 30 munud.

5.2.3 Monitro yn y Fan a'r Lle

1. Monitro RHEED: Arsylwi amser real ar ailadeiladu arwyneb a modd twf.
2. Sbectrometreg Màs: Monitro dwysterau trawst moleciwlaidd.
3. Thermometreg Is-goch: Rheoli tymheredd swbstrad manwl gywir.

5.3 Pwyntiau Rheoli Prosesau

1. Rheoli Tymheredd: Mae tymheredd y swbstrad yn effeithio ar ansawdd y grisial a morffoleg yr wyneb.
2. Cymhareb Fflwcs y Trawst: Mae cymhareb Te/Zn yn dylanwadu ar fathau a chrynodiadau diffygion.
3. Cyfradd Twf: Mae cyfraddau is yn gwella ansawdd crisial.

5.4 Dadansoddiad Manteision ac Anfanteision

Manteision:

• Cyfansoddiad manwl gywir a rheolaeth dopio.
• Ffilmiau grisial sengl o ansawdd uchel.
• Arwynebau gwastad yn atomig yn gyraeddadwy.

Anfanteision:

• Offer drud.
• Cyfraddau twf araf.
• Angen sgiliau gweithredol uwch.

6. Dulliau Synthesis Eraill

6.1 Dyddodiad Anwedd Cemegol (CVD)

1. Rhagflaenwyr: Diethylzinc (DEZn) a diisopropyltelluride (DIPTe).
2. Tymheredd yr Adwaith: 400-500°C.
3. Nwy Cludwr: Nitrogen neu hydrogen purdeb uchel.
4. Pwysedd: Pwysedd atmosfferig neu isel (10-100Torr).

6.2 Anweddiad Thermol

1. Deunydd Ffynhonnell: Powdr ZnTe purdeb uchel.
2. Lefel Gwactod: ≤1 × 10⁻⁴Pa.
3. Tymheredd Anweddu: 1000-1100°C.
4. Tymheredd y Swbstrad: 200-300°C.

7. Casgliad

Mae amrywiol ddulliau’n bodoli ar gyfer syntheseiddio telwrid sinc, pob un â’i fanteision a’i anfanteision ei hun. Mae adwaith cyflwr solid yn addas ar gyfer paratoi deunyddiau swmp, mae cludo anwedd yn cynhyrchu crisialau sengl o ansawdd uchel, mae dulliau hydoddiant yn ddelfrydol ar gyfer nanoddeunyddiau, a defnyddir MBE ar gyfer ffilmiau tenau o ansawdd uchel. Dylai cymwysiadau ymarferol ddewis y dull priodol yn seiliedig ar ofynion, gyda rheolaeth lem ar baramedrau proses i gael deunyddiau ZnTe perfformiad uchel. Mae cyfeiriadau’r dyfodol yn cynnwys synthesis tymheredd isel, rheoli morffoleg, ac optimeiddio prosesau dopio.