1. تعارف

زنڪ ٽيلورائيڊ (ZnTe) هڪ اهم II-VI گروپ سيمي ڪنڊڪٽر مواد آهي جنهن ۾ سڌي بينڊ گيپ جي جوڙجڪ آهي. ڪمري جي حرارت تي، ان جو بينڊ گيپ تقريبن 2.26eV آهي، ۽ اهو آپٽو اليڪٽرانڪ ڊوائيسز، سولر سيلز، ريڊيئيشن ڊيٽيڪٽرز، ۽ ٻين شعبن ۾ وسيع ايپليڪيشنون ڳولي ٿو. هي مضمون زنڪ ٽيلورائيڊ لاءِ مختلف سنٿيسس عملن جو تفصيلي تعارف فراهم ڪندو، جنهن ۾ سولڊ اسٽيٽ ري ايڪشن، وانپ ٽرانسپورٽ، حل تي ٻڌل طريقا، ماليڪيولر بيم ايپيٽيڪسي وغيره شامل آهن. هر طريقو ان جي اصولن، طريقيڪار، فائدن ۽ نقصانن، ۽ اهم غورن جي لحاظ کان مڪمل طور تي بيان ڪيو ويندو.

2. ZnTe سنٿيسس لاءِ سالڊ اسٽيٽ رد عمل جو طريقو

2.1 اصول

زنڪ ٽيلورائيڊ تيار ڪرڻ لاءِ سالڊ اسٽيٽ ري ايڪشن جو طريقو سڀ کان وڌيڪ روايتي طريقو آهي، جتي اعليٰ پاڪيزگي وارو زنڪ ۽ ٽيليوريم سڌو سنئون تيز گرمي پد تي رد عمل ڪري ZnTe ٺاهيندا آهن:

Zn + Te → ZnTe

2.2 تفصيلي طريقيڪار

2.2.1 خام مال جي تياري

1. مواد جي چونڊ: شروعاتي مواد جي طور تي ≥99.999٪ جي خالصيت سان اعليٰ پاڪائي واري زنڪ گرينولز ۽ ٽيليوريم لمپس استعمال ڪريو.
2. مواد جي اڳڀرائي:
   • زنڪ جو علاج: پهرين مٿاڇري جي آڪسائيڊ کي ختم ڪرڻ لاءِ 1 منٽ لاءِ ٿلهي هائيڊروڪلورڪ ايسڊ (5٪) ۾ ٻوڙيو، ڊيونائيزڊ پاڻي سان ڌوئو، اينهائيڊروس ايٿانول سان ڌوئو، ۽ آخر ۾ 60 ° C تي ويڪيوم اوون ۾ 2 ڪلاڪن لاءِ سڪايو.
   • ٽيليوريم جو علاج: پهرين مٿاڇري جي آڪسائيڊ کي ختم ڪرڻ لاءِ 30 سيڪنڊن لاءِ ايڪوا ريگيا (HNO₃:HCl=1:3) ۾ ٻوڙيو، غير جانبدار ٿيڻ تائين ڊيونائيزڊ پاڻي سان ڌوئو، اينهائيڊروس ايٿانول سان ڌوئو، ۽ آخر ۾ 80°C تي ويڪيوم اوون ۾ 3 ڪلاڪن لاءِ سڪايو.
3. وزن: خام مال کي اسٽوچيوميٽرڪ تناسب ۾ وزن ڪريو (Zn:Te=1:1). تيز گرمي پد تي ممڪن زنڪ جي اتار چڙهڻ کي نظر ۾ رکندي، 2-3٪ اضافي شامل ڪري سگهجي ٿو.

2.2.2 مواد جي ملاوٽ

1. پيسڻ ۽ ملائڻ: وزن ڪيل زنڪ ۽ ٽيليوريم کي ايگيٽ مارٽر ۾ رکو ۽ آرگن سان ڀريل دستانو باڪس ۾ 30 منٽن تائين پيس ڪريو جيستائين هڪجهڙائي سان ملائي نه وڃن.
2. پيليٽنگ: ملايل پائوڊر کي هڪ مولڊ ۾ رکو ۽ 10-15MPa پريشر هيٺ 10-20 ملي ميٽر جي قطر وارن پيليٽس ۾ دٻايو.

2.2.3 رد عمل واري جهاز جي تياري

1. ڪوارٽز ٽيوب جو علاج: اعليٰ پاڪائي واري ڪوارٽز ٽيوب چونڊيو (اندروني قطر 20-30 ملي ميٽر، ڀت جي ٿولهه 2-3 ملي ميٽر)، پهرين 24 ڪلاڪن لاءِ ايڪوا ريگيا ۾ ٻوڙي ڇڏيو، ڊيونائيزڊ پاڻي سان چڱي طرح ڌوئي ڇڏيو، ۽ 120 ° C تي تندور ۾ سڪايو.
2. خالي ڪرائڻ: خام مال جي پيليٽس کي ڪوارٽز ٽيوب ۾ رکو، ويڪيوم سسٽم سان ڳنڍيو، ۽ ≤10⁻³Pa تائين خالي ڪريو.
3. سيل ڪرڻ: ڪوارٽز ٽيوب کي هائيڊروجن-آڪسيجن شعلا استعمال ڪندي سيل ڪريو، هوا بند ٿيڻ لاءِ سيلنگ جي ڊيگهه ≥50mm کي يقيني بڻايو.

2.2.4 تيز گرمي پد جو رد عمل

1. پهرين گرمائش جو مرحلو: سيل ٿيل ڪوارٽز ٽيوب کي ٽيوب فرنس ۾ رکو ۽ 2-3 ° C/منٽ جي شرح سان 400 ° C تي گرم ڪريو، 12 ڪلاڪن تائين رکو ته جيئن زنڪ ۽ ٽيليوريم جي وچ ۾ شروعاتي رد عمل ٿي سگهي.
2. ٻيو گرم ڪرڻ جو مرحلو: 950-1050°C (1100°C جي ڪوارٽز نرم ڪرڻ واري نقطي کان هيٺ) تي 1-2°C/منٽ تي گرم ڪرڻ جاري رکو، 24-48 ڪلاڪن تائين رکو.
3. ٽيوب راڪنگ: تيز گرمي پد واري مرحلي دوران، فرنس کي هر 2 ڪلاڪن ۾ 45° تي جهڪايو ۽ ڪيترائي ڀيرا راڪ ڪريو ته جيئن ري ايڪٽنٽ جي مڪمل ميلاپ کي يقيني بڻائي سگهجي.
4. ٿڌي ڪرڻ: رد عمل جي مڪمل ٿيڻ کان پوءِ، ڪمري جي حرارت تي 0.5-1°C/منٽ تي آهستي آهستي ٿڌو ڪريو ته جيئن حرارتي دٻاءُ جي ڪري نموني جي ڀڃڻ کي روڪي سگهجي.

2.2.5 پراڊڪٽ پروسيسنگ

1. پراڊڪٽ هٽائڻ: دستانو باڪس ۾ ڪوارٽز ٽيوب کوليو ۽ رد عمل واري پراڊڪٽ کي هٽايو.
2. پيسڻ: ڪنهن به غير رد عمل ٿيل مواد کي هٽائڻ لاءِ پراڊڪٽ کي ٻيهر پائوڊر ۾ ملايو.
3. اينيلنگ: اندروني دٻاءُ کي گهٽائڻ ۽ ڪرسٽلنيٽي کي بهتر بڻائڻ لاءِ پائوڊر کي آرگن ماحول ۾ 600 °C تي 8 ڪلاڪن لاءِ اينيل ڪريو.
4. خاصيت: مرحلي جي پاڪائي ۽ ڪيميائي ساخت جي تصديق ڪرڻ لاءِ XRD، SEM، EDS، وغيره انجام ڏيو.

2.3 پروسيس پيرا ميٽر جي اصلاح

1. گرمي پد ڪنٽرول: بهترين رد عمل جو گرمي پد 1000±20°C آهي. گهٽ درجه حرارت جي نتيجي ۾ نامڪمل رد عمل ٿي سگهي ٿو، جڏهن ته وڌيڪ درجه حرارت زنڪ جي اتار چڙهڻ جو سبب بڻجي سگهي ٿو.
2. وقت جو ڪنٽرول: مڪمل رد عمل کي يقيني بڻائڻ لاءِ هولڊنگ جو وقت ≥24 ڪلاڪ هجڻ گهرجي.
3. ٿڌي ڪرڻ جي شرح: سست ٿڌي ڪرڻ (0.5-1°C/منٽ) وڏا ڪرسٽل اناج پيدا ڪري ٿو.

2.4 فائدن ۽ نقصانن جو تجزيو

فائدا:

• سادو عمل، گهٽ سامان جي گهرج
• بيچ پيداوار لاءِ مناسب
• اعليٰ پيداوار جي پاڪائي

نقصان:

• اعلي رد عمل جي درجه حرارت، اعلي توانائي واپرائڻ
• غير هڪجهڙائي واري اناج جي سائيز جي ورڇ
• ٿوري مقدار ۾ غير رد عمل ٿيل مواد شامل ٿي سگھي ٿو

3. ZnTe جي جوڙجڪ لاءِ بخارات جي نقل و حمل جو طريقو

3.1 اصول

بخارات جي نقل و حمل جو طريقو ڪيريئر گيس استعمال ڪري ٿو ته جيئن رد عمل ڪندڙ بخارات کي گهٽ درجه حرارت واري علائقي ۾ جمع ڪرڻ لاءِ منتقل ڪري سگهجي، درجه حرارت جي درجي کي ڪنٽرول ڪندي ZnTe جي هدايتي واڌ حاصل ڪري سگهجي. آئيوڊين عام طور تي ٽرانسپورٽ ايجنٽ طور استعمال ڪيو ويندو آهي:

ZnTe(s) + I₂(g) ⇌ ZnI₂(g) + 1/2Te₂(g)

3.2 تفصيلي طريقيڪار

3.2.1 خام مال جي تياري

1. مواد جي چونڊ: اعليٰ پاڪائي وارو ZnTe پائوڊر (پاڪائي ≥99.999٪) يا اسٽوچيوميٽرڪ طور تي ملايو ويو Zn ۽ Te پائوڊر استعمال ڪريو.
2. ٽرانسپورٽ ايجنٽ جي تياري: اعليٰ پاڪائي وارا آئوڊين ڪرسٽل (پاڪائي ≥99.99٪)، 5-10mg/cm³ ري ايڪشن ٽيوب حجم جي مقدار.
3. ڪوارٽز ٽيوب جو علاج: سولڊ اسٽيٽ ري ايڪشن طريقي وانگر، پر ڊگھيون ڪوارٽز ٽيوبون (300-400 ملي ميٽر) گهربل آهن.

3.2.2 ٽيوب لوڊنگ

1. مواد جي جاءِ: ڪوارٽز ٽيوب جي هڪ ڇيڙي تي ZnTe پائوڊر يا Zn+Te مرکب رکو.
2. آئيوڊين جو اضافو: دستانو باڪس ۾ ڪوارٽز ٽيوب ۾ آئيوڊين ڪرسٽل شامل ڪريو.
3. خالي ڪرائڻ: ≤10⁻³Pa تائين خالي ڪرايو.
4. سيل ڪرڻ: ٽيوب کي افقي رکندي، هائيڊروجن-آڪسيجن جي شعلي سان سيل ڪريو.

3.2.3 گرمي پد جي ترتيب سيٽ اپ

1. گرم علائقي جو گرمي پد: 850-900 °C تي سيٽ ڪريو.
2. ٿڌي علائقي جو گرمي پد: 750-800 °C تي مقرر ڪريو.
3. گريڊينٽ زون جي ڊيگهه: تقريبن 100-150 ملي ميٽر.

3.2.4 واڌ جو عمل

1. پهريون مرحلو: 3°C/منٽ تي 500°C تي گرم ڪريو، 2 ڪلاڪن لاءِ رکو ته جيئن آئوڊين ۽ خام مال جي وچ ۾ شروعاتي رد عمل ٿي سگهي.
2. ٻيو مرحلو: مقرر ڪيل درجه حرارت تي گرم ڪرڻ جاري رکو، درجه حرارت جي درجه بندي برقرار رکو، ۽ 7-14 ڏينهن تائين وڌو.
3. ٿڌي ڪرڻ: واڌ مڪمل ٿيڻ کان پوءِ، ڪمري جي حرارت تي 1°C/منٽ تي ٿڌو ڪريو.

3.2.5 پراڊڪٽ ڪليڪشن

1. ٽيوب کولڻ: ڪوارٽز ٽيوب کي دستانو باڪس ۾ کوليو.
2. گڏ ڪرڻ: ٿڌي آخر ۾ ZnTe سنگل ڪرسٽل گڏ ڪريو.
3. صفائي: مٿاڇري تي جذب ٿيل آئيوڊين کي هٽائڻ لاءِ 5 منٽن لاءِ اينهائيڊروس ايٿانول سان الٽراسونڪ طور تي صاف ڪريو.

3.3 عمل ڪنٽرول پوائنٽس

1. آئيوڊين جي مقدار تي ضابطو: آئيوڊين جي مقدار ٽرانسپورٽ جي شرح کي متاثر ڪري ٿي؛ بهترين حد 5-8mg/cm³ آهي.
2. گرمي پد جي درجه بندي: 50-100 °C جي اندر درجه بندي برقرار رکو.
3. واڌ جو وقت: عام طور تي 7-14 ڏينهن، گهربل ڪرسٽل جي سائيز تي منحصر آهي.

3.4 فائدن ۽ نقصانن جو تجزيو

فائدا:

• اعليٰ معيار جا سنگل ڪرسٽل حاصل ڪري سگھجن ٿا
• وڏا ڪرسٽل سائيز
• اعليٰ پاڪائي

نقصان:

• ڊگھا واڌ جا چڪر
• سامان جي اعليٰ گهرجون
• گهٽ پيداوار

4. ZnTe نانوميٽريل سنٿيسس لاءِ حل تي ٻڌل طريقو

4.1 اصول

حل تي ٻڌل طريقا ZnTe نانو ذرات يا نانووائر تيار ڪرڻ لاءِ حل ۾ اڳوڻن رد عملن کي ڪنٽرول ڪن ٿا. هڪ عام رد عمل آهي:

Zn²⁺ + HTe⁻ + OH⁻ → ZnTe + H₂O

4.2 تفصيلي طريقيڪار

4.2.1 ريجنٽ تيار ڪرڻ

1. زنڪ جو ذريعو: زنڪ ايسٽيٽ (Zn(CH₃COO)₂·2H₂O)، پاڪائي ≥99.99%.
2. ٽيليوريم ذريعو: ٽيليوريم ڊاءِ آڪسائيڊ (TeO₂)، پاڪائي ≥99.99%.
3. گھٽائيندڙ ايجنٽ: سوڊيم بوروهائيڊرائيڊ (NaBH₄)، پاڪائي ≥98٪.
4. محلول: ڊيونائيزڊ پاڻي، ايٿيلين ڊائيامين، ايٿانول.
5. مٿاڇري تي اثر ڪندڙ: سيٽيل ٽرائيميٿيل امونيم برومائيڊ (CTAB).

4.2.2 ٽيليوريم پريڪرسر تياري

1. حل جي تياري: 0.1 ملي ميٽر TeO₂ کي 20 ملي ليٽر ڊي آئنائيزڊ پاڻي ۾ حل ڪريو.
2. گھٽائڻ وارو رد عمل: 0.5mmol NaBH₄ شامل ڪريو، HTe⁻ محلول پيدا ڪرڻ لاءِ 30 منٽن لاءِ مقناطيسي طور تي هلايو.
   TeO₂ + 3BH₄⁻ + 3H₂O → HTe⁻ + 3B(OH)₃ + 3H₂↑
3. حفاظتي ماحول: آڪسائيڊشن کي روڪڻ لاءِ سڄي علائقي ۾ نائٽروجن جي وهڪري کي برقرار رکو.

4.2.3 ZnTe نانو پارٽيڪل سنٿيسس

1. زنڪ محلول جي تياري: 0.1 ملي ايمول زنڪ ايسٽيٽ کي 30 ملي ايٿلين ڊائيامين ۾ حل ڪريو.
2. ملاوٽ جو رد عمل: زنڪ محلول ۾ HTe⁻ محلول کي آهستي آهستي شامل ڪريو، 80°C تي 6 ڪلاڪن تائين رد عمل ڪريو.
3. سينٽريفيوگيشن: رد عمل کان پوءِ، پيداوار کي گڏ ڪرڻ لاءِ 10 منٽن لاءِ 10,000rpm تي سينٽريفيوج ڪريو.
4. ڌوئڻ: ٽي ڀيرا ايٿانول ۽ ڊي آئنائيزڊ پاڻي سان متبادل ڌوئڻ.
5. خشڪ ڪرڻ: 6 ڪلاڪن لاءِ 60 ڊگري سينٽي گريڊ تي ويڪيوم سان خشڪ ڪريو.

4.2.4 ZnTe نانوائر سنٿيسس

1. ٽيمپليٽ جو اضافو: زنڪ محلول ۾ 0.2 گرام CTAB شامل ڪريو.
2. هائيڊروٿرمل رد عمل: مخلوط محلول کي 50 ملي ليٽر ٽيفلون لائينڊ آٽو ڪليو ۾ منتقل ڪريو، 180 ° C تي 12 ڪلاڪن لاءِ رد عمل ڏيو.
3. پوسٽ پروسيسنگ: نانو ذرات وانگر.

4.3 پروسيس پيرا ميٽر جي اصلاح

1. گرمي پد ڪنٽرول: نانو ذرات لاءِ 80-90 °C، نانووائرز لاءِ 180-200 °C.
2. پي ايڇ ويليو: 9-11 جي وچ ۾ برقرار رکو.
3. رد عمل جو وقت: نانو ذرات لاءِ 4-6 ڪلاڪ، نانووائرز لاءِ 12-24 ڪلاڪ.

4.4 فائدن ۽ نقصانن جو تجزيو

فائدا:

• گھٽ درجه حرارت جي رد عمل، توانائي جي بچت
• ڪنٽرول لائق مورفولوجي ۽ سائيز
• وڏي پيماني تي پيداوار لاءِ مناسب

نقصان:

• شين ۾ نجاست شامل ٿي سگھي ٿي
• پوسٽ پروسيسنگ جي ضرورت آهي
• گهٽ ڪرسٽل معيار

5. ZnTe پتلي فلم جي تياري لاءِ ماليڪيولر بيم ايپيٽيڪسي (MBE)

5.1 اصول

MBE ZnTe سنگل-ڪرسٽل پتلي فلمن کي وڌائي ٿو Zn ۽ Te جي ماليڪيولر بيم کي الٽرا هاءِ ويڪيوم حالتن ۾ سبسٽريٽ تي هدايت ڪندي، بيم فلڪس ريشو ۽ سبسٽريٽ جي درجه حرارت کي صحيح طور تي ڪنٽرول ڪندي.

5.2 تفصيلي طريقيڪار

5.2.1 سسٽم جي تياري

1. ويڪيوم سسٽم: بنيادي ويڪيوم ≤1×10⁻⁸Pa.
2. ذريعو تيار ڪرڻ:
   • زنڪ جو ذريعو: بي اين ڪروسيبل ۾ 6N اعليٰ پاڪائي وارو زنڪ.
   • ٽيليوريم جو ذريعو: پي بي اين ڪروسيبل ۾ 6N اعليٰ پاڪائي وارو ٽيليوريم.
3. سبسٽريٽ تيار ڪرڻ:
   • عام طور تي استعمال ٿيندڙ GaAs(100) سبسٽريٽ.
   • سبسٽريٽ صفائي: نامياتي محلول جي صفائي → تيزابي نقاشي → ڊيونائيزڊ پاڻي سان ڌوئڻ → نائٽروجن خشڪ ڪرڻ.

5.2.2 واڌ جو عمل

1. سبسٽريٽ آئوٽ گيسنگ: مٿاڇري جي جذب کي ختم ڪرڻ لاءِ 200 ° C تي 1 ڪلاڪ لاءِ بيڪ ڪريو.
2. آڪسائيڊ هٽائڻ: 580 °C تي گرم ڪريو، مٿاڇري واري آڪسائيڊ کي هٽائڻ لاءِ 10 منٽن تائين رکو.
3. بفر ليئر جي واڌ: 300 ° C تائين ٿڌي، 10nm ZnTe بفر ليئر وڌو.
4. مکيه واڌ:
   • سبسٽريٽ گرمي پد: 280-320 ° سي.
   • زنڪ بيم برابر دٻاءُ: 1×10⁻⁶Torr.
   • ٽيليوريم بيم برابر دٻاءُ: 2×10⁻⁶Torr.
   • V/III تناسب 1.5-2.0 تي ڪنٽرول ٿيل.
   • واڌ جي شرح: 0.5-1μm/h.
5. اينيلنگ: واڌ کان پوءِ، 250 ° C تي 30 منٽن لاءِ اينيل ڪريو.

5.2.3 ان-سيٽو مانيٽرنگ

1. RHEED مانيٽرنگ: مٿاڇري جي تعمير ۽ واڌ جي موڊ جو حقيقي وقت مشاهدو.
2. ماس اسپيڪٽروميٽري: ماليڪيولر بيم جي شدت جي نگراني ڪريو.
3. انفراريڊ ٿرموميٽري: صحيح سبسٽريٽ گرمي پد ڪنٽرول.

5.3 عمل ڪنٽرول پوائنٽس

1. گرمي پد ڪنٽرول: سبسٽريٽ جو گرمي پد ڪرسٽل جي معيار ۽ مٿاڇري جي شڪل کي متاثر ڪري ٿو.
2. بيم فلڪس ريشو: Te/Zn ريشو خرابين جي قسمن ۽ ڪنسنٽريشن کي متاثر ڪري ٿو.
3. واڌ جي شرح: گهٽ شرح ڪرسٽل جي معيار کي بهتر بڻائي ٿي.

5.4 فائدن ۽ نقصانن جو تجزيو

فائدا:

• صحيح جوڙجڪ ۽ ڊوپنگ ڪنٽرول.
• اعليٰ معيار جون سنگل ڪرسٽل فلمون.
• ايٽمي طور تي هموار سطحون حاصل ڪري سگهجن ٿيون.

نقصان:

• مهانگو سامان.
• سست واڌ جي شرح.
• ترقي يافته آپريشنل صلاحيتن جي ضرورت آهي.

6. ٻيا سنٿيسس طريقا

6.1 ڪيميائي بخارات جو جمع (CVD)

1. اڳوڻا: ڊائيٿائل زنڪ (DEZn) ۽ ڊائيسوپروپيلٽيلورائيڊ (DIPTe).
2. رد عمل جو گرمي پد: 400-500 °C.
3. ڪيريئر گيس: اعليٰ پاڪائي واري نائٽروجن يا هائيڊروجن.
4. دٻاءُ: هوا جو دٻاءُ يا گهٽ دٻاءُ (10-100Torr).

6.2 حرارتي بخارات

1. ماخذ مواد: اعليٰ پاڪائي وارو ZnTe پائوڊر.
2. ويڪيوم ليول: ≤1×10⁻⁴Pa.
3. بخارات جي گرمي پد: 1000-1100 °C.
4. سبسٽريٽ گرمي پد: 200-300 ° سي.

7. نتيجو

زنڪ ٽيلورائيڊ کي سنٿيسائيز ڪرڻ لاءِ مختلف طريقا موجود آهن، هر هڪ جا پنهنجا فائدا ۽ نقصان آهن. سولڊ اسٽيٽ ري ايڪشن بلڪ مواد جي تياري لاءِ موزون آهي، بخارات جي نقل و حمل اعليٰ معيار جا سنگل ڪرسٽل پيدا ڪري ٿي، حل جا طريقا نانو مواد لاءِ مثالي آهن، ۽ MBE اعليٰ معيار جي پتلي فلمن لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي. عملي ايپليڪيشنن کي ضرورتن جي بنياد تي مناسب طريقو چونڊڻ گهرجي، اعليٰ ڪارڪردگي واري ZnTe مواد حاصل ڪرڻ لاءِ پروسيس پيرا ميٽرز جي سخت ڪنٽرول سان. مستقبل جي هدايتن ۾ گهٽ درجه حرارت جي سنٿيسز، مورفولوجي ڪنٽرول، ۽ ڊوپنگ عمل جي اصلاح شامل آهن.