Zinkselenid

Material
ZnSe

 

Zinkselenid ist das bekannteste Material für Anwendungen im infraroten Bereich. Wegen seines breiten Transmissionsbereichs (0,6µm-20µm) wird CVD gezüchtetes ZnSe als hochqualitatives, optisches Material verwendet um optische Komponenten wie Fenster, Spiegel, Linsen usw. für Hochleistungslaser im infraroten Bereich herzustellen.

 

Zinkselenid wird durch Synthese von Zinkdampf und H2Se-Gas hergestellt, das Blätter auf Graphit-Suszeptoren bildet und dabei mikrokristallin ist. Um maximale mechanische Stärke zu erreichen, wird die Korngröße kontrolliert. Einkristallines ZnSe ist zwar verfügbar, wird aber nicht häufig verwendet. Es hat aber eine geringere Absorption und ist effektiver für den Einsatz für CO2-Optiken.

 

Die interne Transmission von Zinkselenid ist sehr hoch (Absorption ≤0,0005cm-1 bei 10,6µm) und der relative hohe Brechungsindex (2,4 bei 10,6µm) hohe Reflexionsverluste von ungefähr 30%. Sind diese hohen Verluste nicht akzeptabel, sollten ZnSe-Optiken immer antireflexbeschichtet werden. Wegen seines hohen Brechungsindex sind einzel- und doppelbeschichtete Antireflexschichten sehr effektiv.

 

Obwohl Zinkselenid diesen klaren Vorteil gegenüber Silizium und Germanium besitzt, ist es leider kein einfaches Material, um Optiken herzustellen: Erstens, es ist kein natürlich vorkommendes Material und muss über den komplexen Prozess über CVD hergestellt werden. Zweitens, der Dampf, der durch das Mahlen und Schleifen von Zinkselenid entsteht, stellt als kumulatives Gift ein erhebliches gesundheitliches Risiko dar.

Eigenschaften
Optische Eigenschaften
Transmissionsbereich in µm (Minimum 10%)
0,48‐20
Transmissionsbereich in µm (Minimum 50%)
0,5‐20
Brechungsindex @633nm
2,591

(2,403 @10,6µm)

Reflexionsverluste in % an 1 Oberfläche
17,05 @10µm
Reflexionsverluste in % an 2 Oberflächen
29,1 @10,6µm
dN/dT in 1/K
61 · 10-6 @10,6µm @298K
Physikalische Eigenschaften
Dichte in g/cm3
5,27
Schmelzpunkt in °C
Subl. >500°C
Spezifische Wärmekapazität in J/(kg · K)
339
Thermische Leitfähigkeit in W/(m · K)
18
Thermische Ausdehnung in 1/K
7,1 · 10-6 @271K
Dielektische Konstante
9,12
Wasserlöslichkeit in g/100g
unlöslich
Mohs-Härte
4
Knoop-Härte in kg/mm²
110
Materialtyp
polykristallin, synthetisch
Kristalltyp
kubisch, Zinkblendenstruktur
Kristallstruktur
F43m
Gitterkonstante in Å
a = 5,67
Elastizitätskonstanten in GPa
C11 = 86,4

C12 = 51,5

C44 = 40,2

Elastizitätsmodul (E) in GPa
70,3
Schubmodul (G) in GPa
28,9
Kompressionsmodul (K) in GPa
63,1
Biegefestigkeit in MPa
55
Dehnungsgrenze in MPa
55,1
Poissonzahl
0,3
Spektrale Eigenschaften
Optical Properties
Transmission range in µm @10% min. 0.48 - 20
Transmission range in µm @50% min. 0.5 - 20
Refractive index @ 633nm 2.5906
(2.4028 @10.6µm)
Reflection losses in % at 1 surface 17.05 @ 10µm
Reflection losses in % at 2 surfaces 29.1 @ 10.6µm
dn/dT in 1/K 61 · 10-6
Physical Properties
Density in g/cm³ 5.27
Melting point in °C Subl. @ >500
Specific heat capacity in J/(kg · K) 339
Thermal Conductivity in W/(m · K) 18
Thermal Expansion in 1/K 7.1 · 10-6 @ 271K
Dielectric constant 9.12
Solubility in water in g/100g unsoluble
Mohs hardness 4
Knoop hardness in kg/mm² 110
Material type Polycrystalline, synthetic
Crystal type cubic
Crystal structure F43m
Lattice constant in Å a = 5.67
Elastic coeficients in GPa C11 = 86.4
C12 = 51.5
C44 = 40.2
Young's Modulus (E) in GPa 70.3
Shear Modulus (G) in GPa 28.9
Bulk Modulus (K) in GPa 63.1
Rupture Modulus in MPa 55
Apparent elastic limit in MPa 55.1
Poisson ratio 0.3
Spectral Properties