Séléniure de zinc

Le séléniure de zinc est un composé chimique binaire, solide ionique jaune à rouge clair, à base de zinc Zn et de sélénium Se, de formule ZnSe.

Séléniure de zinc
Identification
Nom UICPA Séléniure de zinc
No CAS 1315-09-9
No ECHA 100.013.873
Apparence solide jaune à rouge clair
Propriétés chimiques
Formule SeZn
Masse molaire[1] 144,34 ± 0,05 g/mol
Se 54,7 %, Zn 45,31 %,
Propriétés physiques
T° fusion supérieur à 1 100 °C[2]
T° ébullition 1 525 °C
Solubilité solubilité négligeable dans l'eau, insoluble dans l'eau froide, soluble dans les acides
Masse volumique 5,27 g·cm-3, 5,42 g·cm-3 à 20 °C[2]
Thermochimie
ΔfH0solide −177,6 kJ·mol-1
Propriétés électroniques
Bande interdite 2,70 eV (25 °C)
Cristallographie
Système cristallin cubique ou hexagonal
Propriétés optiques
Indice de réfraction 2,89
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Occurrences naturelles et artificielles

Ce corps se trouve rarement dans la nature. Signalons la stilléite de structure cubique qui doit son nom à Hans Stille[3].

ZnSe peut être produit au laboratoire soit dans le réseau cristallin cubique (plus commun), soit hexagonal.

Propriétés physiques et chimiques

C'est un semi-conducteur intrinsèque utilisé par exemple pour les diodes électroluminescentes et les diodes laser. Il présente une valeur de bande interdite d'environ 2,70 eV (électron-volt) à 25 °C.

Il peut être déposé en film mince par les techniques du dépôt chimique en phase vapeur y compris l'épitaxie en phase vapeur aux organométalliques et l'évaporation sous vide.

Le séléniure de zinc est insoluble dans l'eau mais soluble dans les acides. Il réagit avec les acides pour former du séléniure d'hydrogène qui est un gaz toxique. Il se décompose facilement dans l'acide nitrique.

Le séléniure de zinc est précisément un semi-conducteur à large bande interdite du groupe II-VI étant donné que le zinc et le sélénium appartiennent respectivement au 2e et au 6e groupe de la classification périodique. Le séléniure de zinc peut être dopé par un dopage de type N avec un halogène par exemple. Le dopage de type P est plus délicat mais peut être conduit par l'introduction d'azote.

Applications dans le domaine optique et micro-électronique, en physique des rayonnements...

Le ZnSe est utilisé dans la fabrication de diode électroluminescentes II–VI et de diode lasers. Il émet dans le bleu clair.

Le ZnSe dopé avec du chrome (ZnSe:Cr) a été utilisé comme milieu amplificateur infrarouge avec une émission sur environ 2,5 µm[4].

Il est toujours employé comme matériau optique pour l'infrarouge avec une importante bande passante allant de 0,45 µm à 21,5 µm[5]. Son indice de réfraction est d'environ 2,67 à 550 nm (vert), et d'environ 2,40 à 10,6 µm (région de l'infrarouge de l'imagerie thermique). Semblable au sulfure de zinc, le ZnSe est produit sous forme de feuilles microcristallines par la synthèse de séléniure d'hydrogène (gaz) et de vapeur[6] de zinc. La qualité lasertran (marque déposée de la société Rohm & Haas) est particulièrement exempte de sorptions et d'inclusions et est surtout utilisée pour les optiques des lasers au CO2 à 10,6 µm de longueur d'onde. C'est donc un matériau très important dans le domaine de l'infrarouge. Dans la vie de tous les jours on peut le trouver comme fenêtre d'entrée pour les nouveaux thermomètres médicaux auriculaires à infrarouge et se présente comme une petite fenêtre de couleur jaune. Le séléniure de zinc peut réagir lentement avec l'humidité atmoshérique lorsqu'il n'est pas convenablemment poli, mais, en général, ceci ne pose pas de problème. Le plus souvent on prévoit un traitement antireflet, sauf dans le cas où ces optiques sont utilisées en spectroscopie, à l'angle de Brewster ou en séparateur de faisceau.

Le ZnSe, lorsqu'il est activé avec du tellure (ZnSe(Te)) est un scintillateur présentant un pic d'émission à 640 nm (rouge clair) qui convient parfaitement à la fabrication de photodiodes[7]. Il est utilisé dans les détecteurs de rayons X et de rayons gamma. Les scintillateurs aux ZnSe présentent des différences significatives par rapport à ceux au ZnS.

Notes et références
  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. Perry's Chemical Engineer's Handbook, 6e éd.
  3. Hans Wilhelm Stille (8 oct 1876 – 26 déc 1966) était un géologue allemand qui a surtout étudié la tectonique et les différents événement tectoniques au cours du phanérozoïque.
  4. (en) Cr2+ excitation levels in ZnSe and ZnS, G. Grebe, G. Roussos and H.-J. Schulz, J. Phys. C: Solid State Phys. vol. 9 p. 4511-4516 (1976) DOI:10.1088/0022-3719/9/24/020
  5. (en) http://www.kayelaby.npl.co.uk/general_physics/2_5/2_5_8.html Kaye and Laby online at National Physical Laboratory, UK.
  6. La vapeur est la forme gazeuse d’un corps pur qui est habituellement liquide ou solide dans les conditions standards.
  7. Dans les scintillateurs, l'activateur est un élément ajouté dopant un cristal du matériau considéré pour créer à la demande un certain type de non-homogénéité.

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