¿Qué es el seleniuro de zinc?
El seleniuro de zinc (ZnSe) es un material semiconductor compuesto II-VI con una estructura cristalina cúbica centrada en la cara y excelentes propiedades físicas y químicas. Tiene una densidad de 5,42 g/cm³ y ofrece un amplio rango de transmisión de 0,5 μm a 22 μm. El ZnSe es insoluble en agua pero se disuelve en ácidos inorgánicos como el ácido clorhídrico. Cuando se calienta en el aire a una cierta temperatura, se oxida en dióxido de selenio y óxido de zinc. Su banda prohibida es de aproximadamente 2,7 eV.
Entre los semiconductores compuestos, es uno de los pocos capaces de emitir luz visible de amarillo a azul. Con una estructura de banda prohibida directa, es muy adecuado para diodos emisores de luz de alta eficiencia. En la banda infrarroja de 3 a 12 μm, ZnSe ofrece una transmitancia intrínseca de más del 70%, lo que lo convierte en un material crítico para la óptica infrarroja.
Propiedades del seleniuro de zinc
La estructura cristalina del ZnSe determina sus características ópticas y eléctricas únicas.
Propiedades ópticas
Índice de refracción: El índice de refracción del ZnSe oscila entre 2,4 y 2,6, lo que es especialmente ventajoso para la fabricación de componentes ópticos IR. Un alto índice de refracción permite diseños ópticos compactos con mayor eficiencia.
Transmitancia: ZnSe muestra una alta transmisión en el rango de 0,5 μm a 22 μm, con más del 70% de transmitancia en el rango del infrarrojo medio (3-12 μm), lo que lo convierte en un material ideal para ventanas y lentes en sistemas láser de infrarrojo medio.
Propiedades eléctricas
Ancho de banda prohibida: Con aproximadamente 2,7 eV, el ZnSe es un semiconductor de banda prohibida ancha, lo que le permite mantener las propiedades de los semiconductores en un amplio rango de temperaturas, especialmente importante para dispositivos electrónicos y optoelectrónicos que operan en diferentes entornos.
Concentración de portadores: La concentración de portadores (electrones y huecos) en ZnSe se puede ajustar mediante el tipo y el nivel de dopaje. Esta flexibilidad permite optimizar la conductividad y la fotorrespuesta en aplicaciones específicas como fotodetectores y dispositivos fotovoltaicos.
¿Cuáles son las aplicaciones del seleniuro de zinc?
En el campo de la óptica infrarroja, el ZnSe se utiliza para fabricar lentes IR, ventanas y filtros. En dispositivos semiconductores, es adecuado para electrónica de alta velocidad y alta frecuencia, como diodos, transistores y circuitos integrados. El ZnSe también se aplica en células solares, láseres y circuitos integrados optoelectrónicos.
¿Cómo se compara ZnSe con ZnS?
Propiedades ópticas:
El ZnSe tiene una banda prohibida óptica más amplia y una transmitancia generalmente mayor en los rangos visible e infrarrojo cercano en comparación con el sulfuro de zinc (ZnS). Por lo tanto, ZnSe se usa más comúnmente en lentes ópticas, ventanas IR y otros dispositivos ópticos infrarrojos. El ZnS tiene una transmitancia relativamente más baja.
Propiedades eléctricas:
El ZnSe, como semiconductor, ofrece una mayor movilidad de electrones y una menor resistividad que el ZnS, lo que limita el uso del ZnS en determinadas aplicaciones.
Estabilidad térmica:
El ZnSe exhibe una mejor estabilidad a altas temperaturas, manteniendo su estructura y propiedades a temperaturas elevadas. Por el contrario, el ZnS tiende a descomponerse a altas temperaturas, lo que reduce su rendimiento.
¿Cómo se produce el seleniuro de zinc?
Deposición química de vapor (CVD):
En condiciones controladas, el seleniuro de hidrógeno reacciona con el gas cloruro de zinc para formar depósitos de ZnSe.
Método de solución:
Las sales de zinc reaccionan con los seleniuros en un disolvente adecuado, luego la solución se calienta y se concentra. Los precipitados de ZnSe se filtran, lavan y recolectan.
¿Es el seleniuro de zinc un químico peligroso?
Bajo ciertas condiciones, el ZnSe puede liberar compuestos tóxicos de selenio, que pueden ser perjudiciales para la salud humana y el medio ambiente. Por lo tanto, el seleniuro de zinc está clasificado como un producto químico peligroso y debe manipularse y almacenarse de acuerdo con las normas de seguridad pertinentes.
Información de seguridad para el seleniuro de zinc
Número ONU: ONU 3283 (Sólido tóxico, inorgánico, n.e.p.)
WGK (Alemania): 3
TSCA (EE. UU.): Sí
Clase de peligro: 4.3 (Sustancias que, en contacto con el agua, emiten gases inflamables)
Grupo de embalaje: III
Precauciones al usar seleniuro de zinc
Almacenamiento:
Almacene ZnSe en un área seca y bien ventilada, lejos de la humedad y del contacto directo con el aire o el agua.
Manipulación:
Use siempre equipo de protección personal (EPP) y opere en un ambiente controlado para evitar la liberación de gases tóxicos.
Disposición:
Los residuos de ZnSe deben tratarse adecuadamente para evitar la contaminación ambiental o los riesgos para la salud.
Entre los materiales ópticos infrarrojos, ZnSe puede no ser el más glamoroso, pero es conocido por su rendimiento confiable y propiedades bien equilibradas, lo que le otorga una posición central en los sistemas ópticos de alta gama. A medida que la tecnología láser, la detección infrarroja y la instrumentación de precisión continúen avanzando, el brillo del ZnSe, este “diamante amarillo” de la óptica infrarroja, brillará aún más, apoyando el desarrollo de tecnologías de próxima generación.