Теллурид цинка

Теллури́д ци́нка — бинарное соединение цинка и теллура с химической формулой ZnTe. Цинковая соль теллуроводородной кислоты. При нормальных условиях представляет собой твёрдое вещество. Полупроводник, обычно с дырочным типом проводимости и шириной запрещённой зоны 2,23—2,25 эВ.

Теллурид цинка
Элементарная ячейка кристаллов типа цинковой обманки. __ Zn     __Te
Систематическое название	Теллурид цинка
Химическая формула	ZnTe
Внешний вид	красные кристаллы
Свойства
Молярная масса	193,01 г/моль
Температура плавления	1564 ± 2 K[1]; 1238,5 °C
Температура кипения	разл.
Плотность	6,34 г/см³
Твёрдость по Моосу	3-4
Теплопроводность	0,18 Вт/(см*град) Вт/(м·K)
Структура
Кристаллическая решётка	кубическая, типа цинковой обманки, постоянная решётки 0,61 нм. Пространственная группа T2d-F43m
Координационное число	4
Структура молекулы	тетраэдрическая
Термодинамические свойства
Стандартная энтальпия образования	109[2]; 126[3] кДж/моль
Стандартная энергия образования Гиббса	92[2]; 79[3] кДж/моль*К
Классификация
Регистрационный номер CAS	1315-11-3
PubChem	3362486
Безопасность
NFPA 704	1 2 0
Где это не указано, данные приведены при стандартных условиях (25 °C, 100 кПа).

Свойства

Физические свойства

СТМ картинки (110) поверхности ZnTe.^[4]

Представляет собой красновато-серый порошок, после очистки методом сублимации — рубиново-красные кристаллы. Устойчивая при стандартных условиях кристаллическая структура соединения кубическая, с кристаллической решёткой типа цинковой обманки (сфалерита). При испарении мощным световым излучением, в присутствии кислорода ZnTe кристаллизуется в виде гексагональных кристаллов типа вюрцита. Постоянная решётки кристаллической структуры типа сфалерита 0,61034 нм (расстояние между атомами Zn и Te 0,263 нм) и близка к постоянным решёток таких соединений как антимонид алюминия, антимонид галлия, арсенид индия и сульфид свинца(II), что позволяет выращивать монокристаллические малодислокационные плёнки ZnTe на подложках перечисленных соединений, или, наоборот, плёнки этих соединений на монокристаллической подложке ZnTe. Некоторые трудности представляет выращивание плёнок ZnTe на монокристаллической подложке арсенида галлия из-за различия постоянных решёток^[5]. Также, поликристаллические плёнки ZnTe с наноразмерными кристаллами можно выращивать на стеклянных подложках, например, при производстве фотогальванических солнечных элементов. В кристаллической структуре типа вюрцита ZnTe имеет постоянные решётки a = b = 0,427 нм и c = 0,699 нм^[6][7].

Химические свойства

Не растворим в воде. Реагирует даже со слабыми кислотами с образованием теллуроводорода:

${\displaystyle {\mathsf {ZnTe+2HI\ {\xrightarrow {}}\ ZnI_{2}+H_{2}Te\uparrow }}}$

В газовой фазе при высокой температуре обратимо распадается на элементы, причём Te в газовой фазе присутствует в основном в виде молекул Te₂:

${\displaystyle {\mathsf {ZnTe\leftrightarrows Zn+Te}}}$

Окисляется кислородом, в зависимости от условий окисления до оксида цинка и элементарного теллура или до оксида цинка и диоксида теллура:

${\displaystyle {\mathsf {2ZnTe+O_{2}\ {\xrightarrow {}}\ 2ZnO+2Te}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2ZnTe+3O_{2}\ {\xrightarrow {}}\ 2ZnO+2TeO_{2}}}}$

Получение

Может быть получен разными способами:

• Синтезом из элементов. Производится длительным нагреванием смеси порошков Zn и Te в запаянной кварцевой ампуле:

${\displaystyle {\mathsf {Zn+Te\ {\xrightarrow {}}\ ZnTe}}}$

• Взаимодействием растворимой соли цинка в водном растворе с теллуроводородом:

${\displaystyle {\mathsf {ZnCl_{2}+H_{2}Te\ {\xrightarrow {}}\ ZnTe\downarrow +2HCl}}}$

• Обменной реакцией растворимого теллурида с растворимой солью цинка:

${\displaystyle {\mathsf {Zn(NO_{3})_{2}+K_{2}Te\ {\xrightarrow {}}\ ZnTe\downarrow +2KNO_{3}}}}$

• Электролитическим методом, при этом анод — цинковый и катод — теллуровый, в растворе кислоты, например, серной.

Применение

Оптоэлектроника

Так как ZnTe легко легируется акцепторными примесями, он является удобным материалом для применения в оптоэлектронике. Также используется для создания светодиодов с синим излучением, полупроводниковых лазеров, в солнечных элементах и в СВЧ-генераторах. В солнечных элементах может использоваться в качестве подслоя совместно с теллуридом кадмия. ZnTe, с p-типом проводимости используется в гетероструктурах теллурид кадмия — теллурид цинка^[8] в p-i-n диодах.

Также ZnTe является компонентом тройных полупроводниковых соединений (образует непрерывный ряд твёрдых растворов со структурой сфалерита с теллуридом ртути, сульфидом цинка и теллуридом кадмия). Например, теллурид кадмия-цинка Cd_xZn_(1-x)Te: при х = 0 отвечает соединению ZnTe, при х = 1 — соединению CdTe. Изменение параметра х позволяет оптимизировать спектральные оптические характеристики при применении в оптоэлектронике.

Нелинейная оптика

ZnTe и ниобат лития часто используются для генерации электромагнитных импульсов терагерцевого диапазона для изучения свойств веществ методом импульсной терагерцевой спектроскопии и радиоволнового неразрушающего контроля диэлектрических деталей терагерцевым излучением. Генерация терагерцевого излучения в кристаллах ZnTe возбуждается высокоинтенсивными импульсами светового излучения и обусловлена нелинейными оптическими эффектами, приводящими к преобразованию энергии оптического излучения в энергию терагерцевых электромагнитных волн^[9]. И наоборот, облучение монокристалла ZnTe терагерцевым электромагнитным излучением вызывает в нём эффект двойного лучепреломления, изменяющий поляризацию проходящего света, что пригодно для создания детекторов терагерцевого излучения.

Легированный ванадием теллурид цинка обладает ещё одном нелинейным оптическим свойством — изменять свой показатель преломления для оптического излучения под воздействием света (фоторефракция), что может быть применено для защиты приёмников видимого света от интенсивных его потоков. Ограничители излучения из этого материала лёгкие и компактные, в отличие от сложных оптических ограничителей и могут использоваться в качестве защитного средства оптических приёмников от обратимого «ослепления» интенсивным лазерным лучом, что позволяет после засветки лазером продолжать наблюдение слабоосвещённых картин. Также теллурид цинка может быть использован в голографических интерферометрах в конфигурируемых оптических сетях и в качестве электрооптических модуляторов для коммутаторов световых потоков. По сравнению с дугими полупроводниками, (типов A[III]-B[V] или A[II]-B[VI]), ZnTe проявляет исключительно высокий эффект фоторефракции, причём его легирование марганцем существенно увеличивает этот эффект.

Токсичность

Считается высокотоксичным веществом, так как при взаимодействии с кислотами или горячей водой образуется чрезвычайно ядовитый теллуроводород.

См. также

• Теллурид кадмия
• Теллурид ртути
• Теллурид свинца

Примечания

1. Kulwicki B.M. - 'Ph. D. Thesis.', Michigan, USA: Univ. of Michigan, 1963
2. Brebrick R. F., Strauss A. J. - J. Phis. Chem. Solids, 1964, 25, 144.
3. Rossini F. D. et. al. - Selected Values of Chemical Thermodynamic Properties. Cirk. of W. B. S., 500 US Departament of Commerce, W. D. S. - 1952
4. Kanazawa Ken, Yoshida Shoji, Shigekawa Hidemi, Kuroda Shinji. Dynamic probe of ZnTe(110) surface by scanning tunneling microscopy // Science and Technology of Advanced Materials. — 2015. — 25 февраля (т. 16, № 1). — С. 015002. — ISSN 1468-6996. — doi:10.1088/1468-6996/16/1/015002. [исправить]
5. Dakota O’Dell, MBE Growth and Characterization of ZnTe and Nitrogen-doped ZnTe on GaAs(100) Substrates Архивная копия от 20 марта 2012 на Wayback Machine, Department of Physics, University of Notre Dame, 2010
6. Chemical Rubber Corporation, Handbook of Chemistry and Physics, 80th edition, 1999—2000, p. 12-98
7. C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, 5th edition (1976), p. 28.
8. Nowshad Amin, Kamaruzzaman Sopian and Makoto Konagai, "Numerical modeling of CdS/CdTe and CdS/CdTe/ZnTe solar cells as a function of CdTe thickness, " Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 91, no. 13, 15 August 2007, pp 1202—1208
9. THz Generation and Detection in ZnTe  (неопр.). Дата обращения: 15 декабря 2012. Архивировано из оригинала 14 марта 2012 года.

Ссылки

• National Compound Semiconductor Roadmap (Office of Naval research).

Литература

1. Радауцан С. И., Цуркан А. Е. Теллурид цинка. Кишинев: Штиинца, 1972. — 204 с.
2. Hamdi, H., Valette, S. Journal of Applied Physics, Volume 51, issue 9 (September 1980), p. 4739-4741. ISSN: 0021-8979 DOI: 10.1063/1.328303
3. Dinesh C. Sharma, Subodh Srivastava, Y. K. Vijayl, Y. K. Sharmal. Study of Optical Properties of Bilayer ZnTe: Al Film Grown on Glass Substrate by Thermal Evaporation Method. International Journal of Recent Research and Review, Vol. I, March 2012 ISSN 2277 — 8322.
4. Бовина Л. А. и др. Физика соединений AIIBVI / под ред. А. Н. Георгобиани, М. К. Шейнкмана. — М. : Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. — 319, [1] с. : рис., табл. — 2600 экз.