Che cos'è il seleniuro di zinco?
Il seleniuro di zinco (ZnSe) è un materiale semiconduttore composto II-VI con una struttura cristallina cubica a facce centrate ed eccellenti proprietà fisiche e chimiche. Ha una densità di 5,42 g/cm³ e offre un’ampia gamma di trasmissione da 0,5 μm a 22 μm. Lo ZnSe è insolubile in acqua ma si dissolve in acidi inorganici come l’acido cloridrico. Quando viene riscaldato in aria a una certa temperatura, si ossida in biossido di selenio e ossido di zinco. La sua banda proibita è di circa 2,7 eV.
Tra i semiconduttori composti, è uno dei pochi in grado di emettere luce visibile dal giallo al blu. Con una struttura a banda proibita diretta, è adatto per diodi emettitori di luce ad alta efficienza. Nella banda dell’infrarosso da 3 a 12 μm, ZnSe offre una trasmittanza intrinseca di oltre il 70%, il che lo rende un materiale fondamentale per l’ottica a infrarossi.
Proprietà del seleniuro di zinco
La struttura cristallina di ZnSe determina le sue caratteristiche ottiche ed elettriche uniche.
Proprietà ottiche
Indice di rifrazione: l’indice di rifrazione di ZnSe varia tra 2,4 e 2,6, il che è particolarmente vantaggioso per la produzione di componenti ottici IR. Un elevato indice di rifrazione consente di realizzare progetti ottici compatti con una maggiore efficienza.
Trasmittanza: ZnSe mostra un’elevata trasmissione nell’intervallo da 0,5 μm a 22 μm, con oltre il 70% di trasmittanza nell’intervallo dell’infrarosso medio (3-12 μm), il che lo rende un materiale ideale per finestre e lenti nei sistemi laser a medio infrarosso.
Proprietà elettriche
Larghezza di banda proibita: a circa 2,7 eV, ZnSe è un semiconduttore a banda proibita larga, che gli consente di mantenere le proprietà del semiconduttore in un ampio intervallo di temperature, particolarmente importante per i dispositivi elettronici e optoelettronici che operano in ambienti variabili.
Concentrazione del vettore: La concentrazione del vettore (elettrone e lacuna) in ZnSe può essere regolata tramite il tipo e il livello di drogaggio. Questa flessibilità consente di ottimizzare la conducibilità e la fotorisposta in applicazioni specifiche come fotorilevatori e dispositivi fotovoltaici.
Quali sono le applicazioni del seleniuro di zinco?
Nel campo dell’ottica a infrarossi, ZnSe viene utilizzato per produrre lenti, finestre e filtri IR. Nei dispositivi a semiconduttore, è adatto per l’elettronica ad alta velocità e ad alta frequenza come diodi, transistor e circuiti integrati. ZnSe viene applicato anche in celle solari, laser e circuiti integrati optoelettronici.
Come si confronta ZnSe con ZnS?
Proprietà ottiche:
ZnSe ha una banda proibita ottica più ampia e una trasmittanza generalmente più elevata nella gamma del visibile e del vicino infrarosso rispetto al solfuro di zinco (ZnS). Pertanto, ZnSe è più comunemente usato nelle lenti ottiche, nelle finestre IR e in altri dispositivi ottici a infrarossi. ZnS ha una trasmittanza relativamente più bassa.
Proprietà elettriche:
ZnSe, come semiconduttore, offre una maggiore mobilità degli elettroni e una resistività inferiore rispetto allo ZnS, il che limita l’uso di ZnS in determinate applicazioni.
Stabilità termica:
ZnSe mostra una migliore stabilità alle alte temperature, mantenendo la sua struttura e le sue proprietà a temperature elevate. Al contrario, lo ZnS tende a decomporsi a temperature elevate, riducendone le prestazioni.
Come viene prodotto il seleniuro di zinco?
Deposizione chimica da vapore (CVD):
In condizioni controllate, l’idrogeno seleniuro reagisce con il cloruro di zinco gassoso per formare depositi di ZnSe.
Metodo della soluzione:
I sali di zinco reagiscono con i seleniuri in un solvente adatto, quindi la soluzione viene riscaldata e concentrata. I precipitati di ZnSe vengono filtrati, lavati e raccolti.
Il seleniuro di zinco è una sostanza chimica pericolosa?
In determinate condizioni, ZnSe può rilasciare composti tossici del selenio, che possono essere dannosi per la salute umana e l’ambiente. Pertanto, il seleniuro di zinco è classificato come sostanza chimica pericolosa e deve essere maneggiato e immagazzinato secondo le norme di sicurezza pertinenti.
Informazioni sulla sicurezza per il seleniuro di zinco
Numero ONU: UN 3283 (Solido tossico, inorganico, n.a.s.)
WGK (Germania): 3
TSCA (Stati Uniti): Sì
Classe di pericolo: 4.3 (Sostanze che, a contatto con l’acqua, emettono gas infiammabili)
Gruppo di imballaggio: III
Precauzioni per l'uso del seleniuro di zinco
Immagazzinamento:
Conservare ZnSe in un luogo asciutto e ben ventilato, lontano dall’umidità e dal contatto diretto con l’aria o l’acqua.
Maneggio:
Indossare sempre dispositivi di protezione individuale (DPI) e operare in un ambiente controllato per prevenire il rilascio di gas tossici.
Disposizione:
I rifiuti ZnSe devono essere adeguatamente trattati per evitare l’inquinamento ambientale o i rischi per la salute.
Tra i materiali ottici a infrarossi, ZnSe potrebbe non essere il più affascinante, ma è noto per le sue prestazioni affidabili e le proprietà ben bilanciate, che gli hanno fatto guadagnare una posizione centrale nei sistemi ottici di fascia alta. Con il continuo progresso della tecnologia laser, del rilevamento a infrarossi e della strumentazione di precisione, la brillantezza di ZnSe, questo “diamante giallo” dell’ottica a infrarossi, brillerà ancora di più, supportando lo sviluppo di tecnologie di nuova generazione.