Il solfuro di zinco cubico (ZnS) è un noto materiale semiconduttore II-VI che ha attirato grande attenzione grazie al suo ampio band gap, all’eccellente trasmissione infrarossa e alle proprietà di luminescenza uniche. Cristallizza nella struttura della blenda di zinco, una forma cristallina prototipo per molti altri semiconduttori. Grazie alla sua combinazione di trasparenza ottica, elevata qualità elettronica e stabilità strutturale, il solfuro di zinco cubico è ampiamente considerato un materiale con un potenziale significativo nei semiconduttori, nell’ottica infrarossa e nei dispositivi optoelettronici avanzati.
Cos'è il solfuro di zinco cubico?
Il solfuro di zinco cubico è una forma di cristallo di ZnS, composto da atomi di zolfo e zinco che formano ciascuno un reticolo cubico a facce centrate. I due reticoli si compenetrano con uno spostamento relativo di un quarto della diagonale del corpo. In questa struttura cristallina, gli atomi di zolfo sono disposti in un impacchettamento cubico compatto e gli atomi di zinco occupano metà dei vuoti tetraedrici formati dagli atomi di zolfo. Lo ZnS cubico è il composto più rappresentativo con la struttura della blenda di zinco; pertanto, la struttura della blenda di zinco è anche nota come struttura cubica dello ZnS.
Il solfuro di zinco (ZnS) è un composto inorganico che può essere utilizzato come materiale semiconduttore, materiale ottico a infrarossi e fosforo. Lo ZnS è un semiconduttore intrinseco del gruppo II-VI con un ampio band gap ed eccellenti proprietà ottiche. Presenta una bassa dispersione nella regione dell’infrarosso e mostra fluorescenza ed elettroluminescenza, il che lo rende adatto ad applicazioni come finestre a infrarossi, laser, sensori e display a schermo piatto.
Struttura cristallina di ZnS
Il solfuro di zinco esiste in due polimorfi: la fase α (struttura wurtzite, α-ZnS esagonale) e la fase β (struttura blenda di zinco, β-ZnS cubico). La fase cubica è stabile a temperature più basse, mentre la fase esagonale è la modificazione ad alta temperatura. Il riscaldamento di ZnS cubico può portare a una trasformazione di fase in ZnS esagonale. Naturalmente, ZnS si trova comunemente nella forma di blenda di zinco, il che lo rende abbondante nelle risorse minerarie. È importante sottolineare che lo ZnS cubico ha un band gap di circa 3,66 eV, più ampio di molti semiconduttori convenzionali, rendendolo adatto ad applicazioni che richiedono un’elevata trasparenza nelle regioni del visibile e dell’infrarosso.
Metodi di sintesi
Sono stati sviluppati diversi approcci per ottenere la fase blenda di zinco di ZnS con morfologia controllata ed elevata purezza di fase:
- Sintesi idrotermale: questa tecnica consente la crescita di cristalli di alta qualità e microsfere cave. I materiali risultanti mostrano spesso fotoluminescenza nelle regioni blu e verde, caratteristica preziosa per applicazioni ottiche.
- Sintesi idrotermale assistita da microonde: combinando la chimica dello stato solido con l’irradiazione a microonde, i ricercatori possono produrre rapidamente nanostrutture monodisperse che presentano una maggiore attività catalitica e ottica.
- Sintesi allo stato solido: ZnS puro in fase cubica può essere preparato anche a temperatura ambiente, mostrando un limite di assorbimento spostato verso il blu e un’eccellente trasparenza all’infrarosso.
- Metodi in fase vapore: tecniche come la deposizione chimica da vapore (CVD) e il trasporto chimico da vapore (CVT) sono frequentemente impiegate per la crescita di film sottili e monocristalli, rendendole particolarmente adatte per dispositivi elettronici e optoelettronici.
Composti con struttura di blenda di zinco
La struttura di blenda di zinco è ampiamente osservata in molti materiali tecnologicamente importanti. Semiconduttori III-V come l’arseniuro di gallio (GaAs), l’antimoniuro di indio (InSb), il fosfuro di gallio (GaP) e l’antimoniuro di gallio (GaSb) cristallizzano tutti in questa forma. Altri esempi includono il nitruro di boro cubico (c-BN), il carburo di silicio cubico (β-SiC) e gli alogenuri di rame(I) come CuCl, CuBr e CuI. La somiglianza strutturale tra questi composti e lo ZnS cubico si traduce spesso in un comportamento fisico ed elettronico comparabile, fondamentale per la progettazione di dispositivi a semiconduttore.
Advantages
I composti III-V sono importanti materiali semiconduttori e il solfuro di zinco cubico, in quanto semiconduttore II-VI, condivide la stessa struttura di blenda di zinco offrendo al contempo un band gap più ampio. Rispetto allo ZnS esagonale, lo ZnS cubico ha un band gap leggermente più stretto, pari a 3,66 eV, ma è comunque significativamente maggiore di quello dei semiconduttori comuni come GaAs e SiC. Inoltre, lo ZnS cubico puro in fase, senza inclusioni esagonali, presenta un’eccellente trasmittanza infrarossa. Nel complesso, il solfuro di zinco cubico ha un grande potenziale nel campo dei semiconduttori e dell’ottica infrarossa.
Il solfuro di zinco cubico (ZnS) non è solo una forma minerale abbondante di zinco, ma anche un materiale semiconduttore avanzato con eccezionali proprietà ottiche ed elettroniche. Con la sua struttura cristallina di blenda di zinco, l’ampio band gap e l’eccellente trasmissione infrarossa, rappresenta un materiale promettente per semiconduttori, ottica infrarossa e dispositivi optoelettronici di nuova generazione.