Semiconductores Binarios para dispositivos: ZnSe


Semiconductores Binarios

Giovanni Marín, 16 de Marzo de 2020


En la fabricación de dispositivos electrónicos es muy importante el proceso de síntesis y caracterización de los materiales semiconductores y en este artículo les hablaré del semiconductor binario ZnSe. Este ha sido usado en la fabricación de diodos emisores de luz en el rango de 400-450 nm al combinarlo con el ZnS. Veamos cómo es el proceso de síntesis de este material y su uso en LED.

La etapa en la que me encuentro ahora es tratar de seleccionar una metodología para fabricar cualquier tipo de dispositivo optoelectrónico: celda solar en bulk o películas delgadas, diodo emisor de luz, sensor de temperatura o sensor de gases, utilizando las diferentes técnicas de síntesis que les he mencionado en mis artículos anteriores. En esta publicación veremos el caso de un semiconductor que ha sido preparado por medio de distintas técnicas físicas y químicas con posible aplicación en dispositivos ópticos y emisores de luz, como lo es el semiconductor binario Seleniuro de Zinc (ZnSe).



Semiconductor Binario ZnSe.

Original de iamphysical


Seleniuro de Zinc

Este material semiconductor binario (ZnSe) es de color amarillo, el lingote pulido deja ver con nitidez a través del mismo, por lo cual es utilizado como ventana óptica y en diodos emisores de luz de color azul debido a que su brecha de energía es de 2,7 eV.


File:White LEDs ZnSe (1).jpg

Diodo emisor de luz con componente de ZnSe.
Original de ChemicalInterest

Presenta 2 tipos de estructura cristalina estable a temperatura ambiente y puede ser hexagonal o cúbica con parámetro de red a = 5,668 Å.


Estructura cristalina Wurtzite del ZnSe@iamphysicalPrograma Diamond 3.


Este semiconductor consta de 2 elementos químicos constituyentes:


Zn

  • El Zinc es un elemento químico de la tabla periódica muy abundante en la superficie terrestre y su principal uso es en la industria de recubrimiento de superficies por "galvanizado".
  • El estado de oxidación estable es +2 y el óxido que se forma en su superficie lo proteje ante la corrosión ambiental.
  • Su punto de fusión es de 420 ºC y tiene estructura cristalina hexagonal.

File:Zinc element.jpg

Zinc metálico. Original de W. Oelen.


Se

  • Se obtiene de la refinación del Cobre, aunque su presencia en la corteza terrestre es cercana a 2 ppm. 
  • Su estado de oxidación puede ser +-2, 4 o 6. Posee una estructura cristalina hexagonal y funde a 221 ºC.
  • Este elemento químico de alta pureza (Se) lo utilizo en la fabricación de lingotes semiconductores binarios y ternarios. 


File:Selenium black.jpg

Selenio metálicoOriginal de W. Oelen


Seleniuro de Zinc

Tenemos una oblea del semiconductor binario ZnSe obtenida por síntesis en fusión directa de los elementos químicos Zn y Se pesados estequiométricamente usando un horno vertical de 1 zona, y en un ensayo de síntesis por transporte químico en un horno horizontal de 2 zonas de temperatura. El aspecto físico es el que se muestra en la primera imagen de esta publicación, con el color característico amarillo y una brecha de energía de 2,67 eV medida por Espectroscopia Elipsométrica.

Preparación de nanopartículas de ZnSe por el Método Solvotérmico.

Basándome en el artículo de Wasim, realicé un ensayo de síntesis de nanopartículas de ZnSe partiendo de los elementos químicos de alta pureza de Zinc y Selenio con Etilendiamina como sustancia acomplejante.

  1. El Selenio con 99,99% de pureza, ha sido triturado y pasado por tamiz para homogeneizar el tamaño de grano en una masa de 2,7349 g.
  2. El mismo tratamiento de tamizado para el Zinc, con masa de 2,2651 g.
  3. Mezclamos en un mortero ambos elementos y colocamos dentro de un contenedor de teflón con capacidad de 200 ml.
  4. Llenamos hasta el 75% el volumen con Etilendiamina Anhidro y mezclamos con un agitador magnético durante 1 hora.
  5. Colocamos en un horno a 160 ºC durante 6 horas y al extraer el producto de la síntesis lo lavamos con agua destilada varias veces.



El líquido tenía un color rojizo debido a la reacción del Selenio, en la superficie y en el fondo se observa un producto que va decantando con el tiempo. 



Después del proceso de lavado y filtrado me di cuenta que no ocurrió la reacción deseada y el Zinc estaba intacto, mientras que el Selenio reaccionó con la Etilendiamina.


Proceso lijado del lingote de ZnSe

Adicionalmente lijamos el lingote de ZnSe y obtuvimos un polvo de este semiconductor, por lo que lo colocamos en un recipiente y lo lavamos varias veces con agua destilada y dejamos secar en aire.




Polvo del semiconductor ZnSe.
Original de iamphysical


Ya cuento con ZnSe que puedo depositar en forma de películas delgadas mediante el procedimiento de spin coating y un polímero de PVDF al 10%. Con esto haré algunos ensayos de conductividad eléctrica y medidas de absorción óptica para determinar los parámetros correspondientes a temperatura ambiente.

 

Aportes del artículo

Creo que ha sido la experiencia adquirida durante muchos años que me he acostumbrado a realizar la síntesis por fusión directa de los elementos químicos, por lo cual obtenía buenos lingotes y excelentes resultados de investigación. También me enfocaba en la investigación básica de estos materiales y no en su aplicación tecnológica como o es la fabricación de dispositivos sin contar con los equipos apropiados, por lo que no he tenido los resultados esperados en los primeros ensayos, pero ya tomé la experiencia de otros grandes científicos que tampoco les fue muy bien en los primeros ensayos, así que seguiré adelante. Espero tener éxito a futuro cercano para desarrollar el prototipo de un dispositivo optoelectrónico que funcione bien.


Hasta pronto mis estimados amigos de stem-espanol y de la comunidad científica steemstem.

 

Información en la web

Próxima Publicación.

ZnSe y películas delgadas para dispositivos

Autor y Redactor

Giovanni de Jesús MARÍN LOBO

Licenciado en Física, con Maestría y Doctorado en Química Aplicada, mención Estudio de Materiales.

Actividades como Investigador Científico en la Física del Estado Sólido y la Materia Condensada, especialmente en el tema de los Semiconductores desde el año 1994.

Profesor Asistente en la Universidad de Los Andes, Investigador Científico en institutos de Investigación Científica y Tecnológica durante los últimos 12 años.

En la actualidad colaboro con el Proyecto steemSTEM en la revisión de las publicaciones escritas en ESPAÑOL sobre los temas de Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas mediante las curaciones que hacemos en la comunidad STEM- Espanol.

Mi pasión por la investigación me ha llevado a proponer a los materiales semiconductores como un ente capaz de reaccionar ante los estímulos externos de presión, temperatura, corriente, voltaje, iluminación y otros mecanismos que harían saltar a una persona al sentir cualquiera de estos factores de estímulo.


Comments 4


Él dijo: "¡Deja de hacer cosas malas y vuelve a Dios! El reino de los cielos está casi aquí."(Mateo 3: 2)

Pregunta de la biblia, ¿Por qué el hombre es presa fácil de caer en la tentación y qué deberíamos hacer?

Mira el Video a continuación para saber la respuesta...
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17.03.2020 03:56
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17.03.2020 13:58
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Thank you very much SteemSTEM Team

17.03.2020 19:49
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Saludos amigo Giovanni. Que bueno que estas avanzando en la aplicación tecnológica de estos materiales, espero que logres los resultados esperados, es un trabajo de paciencia y constancia, éxito en la investigación.

19.03.2020 13:57
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