Was ist Zinkselenid?
Zinkselenid (ZnSe) ist ein II-VI-Verbindungshalbleitermaterial mit einer flächenzentrierten kubischen Kristallstruktur und hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften. Er hat eine Dichte von 5,42 g/cm³ und bietet einen breiten Übertragungsbereich von 0,5 μm bis 22 μm. ZnSe ist wasserunlöslich, löst sich aber in anorganischen Säuren wie Salzsäure. Wenn es an der Luft auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird, oxidiert es zu Selendioxid und Zinkoxid. Seine Bandlücke beträgt ca. 2,7 eV.
Unter den Verbindungshalbleitern ist es einer der wenigen, die sichtbares Licht von gelb bis blau ausstrahlen können. Mit einer direkten Bandlückenstruktur eignet es sich gut für hocheffiziente Leuchtdioden. Im Infrarotbereich von 3 bis 12 μm bietet ZnSe einen intrinsischen Transmissionsgrad von über 70 % und ist damit ein kritisches Material für die Infrarotoptik.
Eigenschaften von Zinkselenid
Die Kristallstruktur von ZnSe bestimmt seine einzigartigen optischen und elektrischen Eigenschaften.
Optische Eigenschaften
Brechungsindex: Der Brechungsindex von ZnSe liegt zwischen 2,4 und 2,6, was besonders bei der Herstellung von optischen IR-Komponenten von Vorteil ist. Ein hoher Brechungsindex ermöglicht kompakte optische Designs mit höherer Effizienz.
Durchlässigkeit: ZnSe weist eine hohe Transmission im Bereich von 0,5 μm bis 22 μm auf, mit einer Durchlässigkeit von über 70 % im mittleren Infrarotbereich (3–12 μm), was es zu einem idealen Material für Fenster und Linsen in Lasersystemen im mittleren Infrarotbereich macht.
Elektrische Eigenschaften
Bandlückenbreite: Mit ca. 2,7 eV ist ZnSe ein Halbleiter mit breiter Bandlücke, der es ihm ermöglicht, Halbleitereigenschaften über einen breiten Temperaturbereich beizubehalten – besonders wichtig für elektronische und optoelektronische Geräte, die in unterschiedlichen Umgebungen betrieben werden.
Ladungsträgerkonzentration: Die Ladungsträgerkonzentration (Elektronen- und Lochkonzentration) in ZnSe kann über die Dotierungsart und den Dotierungspegel eingestellt werden. Diese Flexibilität ermöglicht eine optimierte Leitfähigkeit und Photoreaktion in spezifischen Anwendungen wie Photodetektoren und Photovoltaikanlagen.
Was sind die Anwendungen von Zinkselenid?
Im Bereich der Infrarotoptik wird ZnSe zur Herstellung von IR-Linsen, Fenstern und Filtern verwendet. In Halbleiterbauelementen eignet es sich für Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenzelektronik wie Dioden, Transistoren und integrierte Schaltkreise. ZnSe wird auch in Solarzellen, Lasern und optoelektronischen integrierten Schaltkreisen eingesetzt.
Wie schneidet ZnSe im Vergleich zu ZnS ab?
Optische Eigenschaften:
ZnSe hat im Vergleich zu Zinksulfid (ZnS) eine größere optische Bandlücke und generell eine höhere Durchlässigkeit im sichtbaren und nahen Infrarotbereich. Daher wird ZnSe häufiger in optischen Linsen, IR-Fenstern und anderen infrarotoptischen Geräten verwendet. ZnS hat eine relativ geringere Durchlässigkeit.
Elektrische Eigenschaften:
ZnSe bietet als Halbleiter eine höhere Elektronenbeweglichkeit und einen geringeren spezifischen Widerstand als ZnS, was die Verwendung von ZnS in bestimmten Anwendungen einschränkt.
Thermische Stabilität:
ZnSe weist eine bessere Stabilität bei hohen Temperaturen auf und behält seine Struktur und Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen bei. Im Gegensatz dazu neigt ZnS dazu, sich bei hoher Hitze zu zersetzen, wodurch seine Leistung verringert wird.
Wie wird Zinkselenid hergestellt?
Chemische Gasphasenabscheidung (CVD):
Unter kontrollierten Bedingungen reagiert Selenwasserstoff mit Zinkchloridgas zu ZnSe-Ablagerungen.
Lösungsmethode:
Zinksalze reagieren mit Seleniden in einem geeigneten Lösungsmittel, dann wird die Lösung erhitzt und konzentriert. ZnSe-Ausfällungen werden filtriert, gewaschen und gesammelt.
Ist Zinkselenid eine gefährliche Chemikalie?
Unter bestimmten Bedingungen kann ZnSe giftige Selenverbindungen freisetzen, die für die menschliche Gesundheit und die Umwelt schädlich sein können. Daher ist Zinkselenid als gefährliche Chemikalie eingestuft und muss gemäß den einschlägigen Sicherheitsvorschriften gehandhabt und gelagert werden.
Sicherheitsinformationen für Zinkselenid
UN-Nummer: UN 3283 (Giftige Feststoffe, anorganisch, n.a.g.)
WGK (Deutschland): 3
TSCA (USA): Ja
Gefahrenklasse: 4.3 (Stoffe, die in Berührung mit Wasser entzündbare Gase freisetzen)
Verpackungsgruppe: III
Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung von Zinkselenid
Lagerung:
Lagern Sie ZnSe an einem trockenen, gut belüfteten Ort, fern von Feuchtigkeit und direktem Kontakt mit Luft oder Wasser.
Handhabung:
Tragen Sie immer persönliche Schutzausrüstung (PSA) und arbeiten Sie in einer kontrollierten Umgebung, um die Freisetzung giftiger Gase zu verhindern.
Beseitigung:
ZnSe-Abfälle müssen ordnungsgemäß behandelt werden, um Umweltverschmutzung oder Gesundheitsgefahren zu vermeiden.
Unter den infrarotoptischen Materialien ist ZnSe vielleicht nicht das glamouröseste, aber es ist bekannt für seine zuverlässige Leistung und ausgewogenen Eigenschaften, was ihm eine zentrale Position in optischen High-End-Systemen einbringt. Mit der Weiterentwicklung der Lasertechnologie, der Infrarotdetektion und der Präzisionsinstrumentierung wird die Brillanz von ZnSe – diesem “gelben Diamanten” der Infrarotoptik – noch heller leuchten und die Entwicklung von Technologien der nächsten Generation unterstützen.