Qu’est-ce que le séléniure de zinc ?
Le séléniure de zinc (ZnSe) est un matériau semi-conducteur composé II-VI avec une structure cristalline cubique centrée sur la face et d’excellentes propriétés physiques et chimiques. Il a une densité de 5,42 g/cm³ et offre une large plage de transmission de 0,5 μm à 22 μm. Le ZnSe est insoluble dans l’eau mais se dissout dans les acides inorganiques comme l’acide chlorhydrique. Lorsqu’il est chauffé à l’air à une certaine température, il s’oxyde en dioxyde de sélénium et en oxyde de zinc. Sa bande interdite est d’environ 2,7 eV.
Parmi les semi-conducteurs composés, c’est l’un des rares capables d’émettre de la lumière visible du jaune au bleu. Avec une structure à bande interdite directe, il est bien adapté aux diodes électroluminescentes à haut rendement. Dans la bande infrarouge de 3 à 12 μm, le ZnSe offre une transmittance intrinsèque de plus de 70 %, ce qui en fait un matériau essentiel pour l’optique infrarouge.
Propriétés du séléniure de zinc
La structure cristalline du ZnSe détermine ses caractéristiques optiques et électriques uniques.
Propriétés optiques
Indice de réfraction : L’indice de réfraction du ZnSe se situe entre 2,4 et 2,6, ce qui est particulièrement avantageux pour la fabrication de composants optiques IR. Un indice de réfraction élevé permet des conceptions optiques compactes avec un rendement plus élevé.
Transmittance : Le ZnSe présente une transmission élevée dans la gamme de 0,5 μm à 22 μm, avec une transmittance de plus de 70 % dans la gamme infrarouge moyenne (3-12 μm), ce qui en fait un matériau idéal pour les fenêtres et les lentilles dans les systèmes laser infrarouges moyens.
Propriétés électriques
Largeur de bande interdite : À environ 2,7 eV, le ZnSe est un semi-conducteur à large bande interdite, ce qui lui permet de conserver ses propriétés sur une large plage de températures, ce qui est particulièrement important pour les dispositifs électroniques et optoélectroniques fonctionnant dans des environnements variés.
Concentration de la porteuse : La concentration de la porteuse (électron et trou) dans ZnSe peut être réglée par le type et le niveau de dopage. Cette flexibilité permet d’optimiser la conductivité et la photoréponse dans des applications spécifiques telles que les photodétecteurs et les dispositifs photovoltaïques.
Quelles sont les applications du séléniure de zinc ?
Dans le domaine de l’optique infrarouge, le ZnSe est utilisé pour fabriquer des lentilles IR, des fenêtres et des filtres. Dans les dispositifs à semi-conducteurs, il convient à l’électronique à haute vitesse et à haute fréquence telle que les diodes, les transistors et les circuits intégrés. Le ZnSe est également utilisé dans les cellules solaires, les lasers et les circuits intégrés optoélectroniques.
Comment ZnSe se compare-t-il à ZnS ?
Propriétés optiques :
Le ZnSe a une bande interdite optique plus large et une transmittance généralement plus élevée dans les domaines visible et proche infrarouge par rapport au sulfure de zinc (ZnS). Ainsi, le ZnSe est plus couramment utilisé dans les lentilles optiques, les fenêtres IR et d’autres dispositifs optiques infrarouges. Le ZnS a une transmittance relativement plus faible.
Propriétés électriques :
Le ZnSe, en tant que semi-conducteur, offre une mobilité électronique plus élevée et une résistivité plus faible que le ZnS, ce qui limite l’utilisation du ZnS dans certaines applications.
Stabilité thermique :
Le ZnSe présente une meilleure stabilité à haute température, conservant sa structure et ses propriétés à des températures élevées. En revanche, le ZnS a tendance à se décomposer sous une chaleur élevée, ce qui réduit ses performances.
Comment le séléniure de zinc est-il produit ?
Dépôt chimique en phase vapeur (CVD) :
Dans des conditions contrôlées, le séléniure d’hydrogène réagit avec le chlorure de zinc gazeux pour former des dépôts de ZnSe.
Méthode de solution :
Les sels de zinc réagissent avec les séléniures dans un solvant approprié, puis la solution est chauffée et concentrée. Les précipités de ZnSe sont filtrés, lavés et collectés.
Le séléniure de zinc est-il un produit chimique dangereux ?
Dans certaines conditions, le ZnSe peut libérer des composés toxiques du sélénium, qui peuvent être nocifs pour la santé humaine et l’environnement. Par conséquent, le séléniure de zinc est classé comme un produit chimique dangereux et doit être manipulé et stocké conformément aux réglementations de sécurité en vigueur.
Informations de sécurité pour le séléniure de zinc
Numéro ONU : No ONU 3283 (Matières solides toxiques, inorganiques, n.s.a.)
WGK (Allemagne) : 3
TSCA (États-Unis) : Oui
Classe de danger : 4.3 (Matières qui, au contact de l’eau, émettent des gaz inflammables)
Groupe d’emballage : III
Précautions lors de l’utilisation du séléniure de zinc
Stockage:
Stockez le ZnSe dans un endroit sec et bien ventilé, à l’abri de l’humidité et en contact direct avec l’air ou l’eau.
Manutention:
Portez toujours un équipement de protection individuelle (EPI) et utilisez dans un environnement contrôlé pour éviter le dégagement de gaz toxiques.
Disposition:
Les déchets de ZnSe doivent être correctement traités pour éviter la pollution de l’environnement ou les risques pour la santé.
Parmi les matériaux optiques infrarouges, le ZnSe n’est peut-être pas le plus glamour, mais il est connu pour ses performances fiables et ses propriétés bien équilibrées, ce qui lui vaut une position centrale dans les systèmes optiques haut de gamme. À mesure que la technologie laser, la détection infrarouge et l’instrumentation de précision continuent de progresser, l’éclat du ZnSe – ce « diamant jaune » de l’optique infrarouge – brillera encore plus, soutenant le développement de technologies de prochaine génération.