1. تعارف

زنک ٹیلورائڈ (ZnTe) ایک اہم II-VI گروپ سیمی کنڈکٹر مواد ہے جس کا براہ راست بینڈ گیپ ڈھانچہ ہے۔ کمرے کے درجہ حرارت پر، اس کا بینڈ گیپ تقریباً 2.26eV ہے، اور یہ آپٹو الیکٹرانک آلات، شمسی خلیوں، تابکاری کا پتہ لگانے والے اور دیگر شعبوں میں وسیع ایپلی کیشنز تلاش کرتا ہے۔ یہ مضمون زنک ٹیلورائیڈ کے لیے مختلف ترکیب کے عمل کا تفصیلی تعارف فراہم کرے گا، بشمول سالڈ اسٹیٹ ری ایکشن، بخارات کی نقل و حمل، حل پر مبنی طریقے، مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی، وغیرہ۔ ہر طریقہ کو اس کے اصولوں، طریقہ کار، فوائد اور نقصانات، اور اہم تحفظات کے لحاظ سے اچھی طرح سے بیان کیا جائے گا۔

2. ZnTe ترکیب کے لیے سالڈ اسٹیٹ ری ایکشن کا طریقہ

2.1 اصول

ٹھوس ریاست کے رد عمل کا طریقہ زنک ٹیلورائیڈ کی تیاری کے لیے سب سے روایتی طریقہ ہے، جہاں اعلیٰ پاکیزگی والا زنک اور ٹیلوریم اعلی درجہ حرارت پر براہ راست رد عمل ظاہر کرتے ہوئے ZnTe تشکیل دیتے ہیں:

Zn + Te → ZnTe

2.2 تفصیلی طریقہ کار

2.2.1 خام مال کی تیاری

1. مواد کا انتخاب: ابتدائی مواد کے طور پر پاکیزگی ≥99.999٪ کے ساتھ اعلی طہارت کے زنک گرینولز اور ٹیلوریم گانٹھوں کا استعمال کریں۔
2. مادی علاج:
   • زنک کا علاج: سطح کے آکسائیڈز کو ہٹانے کے لیے پہلے 1 منٹ کے لیے پتلا ہائیڈروکلورک ایسڈ (5%) میں ڈبو دیں، ڈیونائزڈ پانی سے دھوئیں، اینہائیڈروس ایتھنول سے دھوئیں، اور آخر میں ویکیوم اوون میں 60°C پر 2 گھنٹے تک خشک کریں۔
   • ٹیلوریئم کا علاج: سطح کے آکسائیڈز کو ہٹانے کے لیے پہلے ایکوا ریجیا (HNO₃:HCl=1:3) میں 30 سیکنڈ تک ڈبوئیں، غیر جانبدار ہونے تک ڈیونائزڈ پانی سے دھوئیں، اینہائیڈروس ایتھنول سے دھوئیں، اور آخر میں ویکیوم اوون میں 80°C پر 3 گھنٹے تک خشک کریں۔
3. وزن: سٹوچیومیٹرک تناسب میں خام مال کا وزن کریں (Zn:Te=1:1)۔ اعلی درجہ حرارت پر زنک کے ممکنہ اتار چڑھاؤ کو مدنظر رکھتے ہوئے، 2-3% اضافی اضافہ کیا جا سکتا ہے۔

2.2.2 مواد کا اختلاط

1. پیسنا اور مکس کرنا: وزنی زنک اور ٹیلوریم کو ایک عقیق مارٹر میں رکھیں اور یکساں طور پر مکس ہونے تک آرگن سے بھرے دستانے کے خانے میں 30 منٹ تک پیس لیں۔
2. پیلیٹائزنگ: ملے جلے پاؤڈر کو مولڈ میں رکھیں اور 10-15MPa پریشر کے تحت 10-20 ملی میٹر قطر کے ساتھ چھروں میں دبا دیں۔

2.2.3 ری ایکشن ویسل کی تیاری

1. کوارٹج ٹیوب ٹریٹمنٹ: اعلیٰ طہارت والی کوارٹج ٹیوبیں منتخب کریں (اندرونی قطر 20-30 ملی میٹر، دیوار کی موٹائی 2-3 ملی میٹر)، پہلے ایکوا ریجیا میں 24 گھنٹے تک بھگو دیں، ڈیونائزڈ پانی سے اچھی طرح کللا کریں، اور 120 ° C پر تندور میں خشک کریں۔
2. انخلا: خام مال کے چھرے کوارٹج ٹیوب میں رکھیں، ویکیوم سسٹم سے جڑیں، اور ≤10⁻³Pa پر خالی کریں۔
3. سگ ماہی: ہائیڈروجن آکسیجن شعلے کا استعمال کرتے ہوئے کوارٹج ٹیوب کو سیل کریں، ہوا کی تنگی کے لیے سگ ماہی کی لمبائی ≥50mm کو یقینی بنائیں۔

2.2.4 اعلی درجہ حرارت کا رد عمل

1. گرم کرنے کا پہلا مرحلہ: سیل شدہ کوارٹج ٹیوب کو ٹیوب فرنس میں رکھیں اور 2-3°C/منٹ کی شرح سے 400°C پر گرم کریں، زنک اور ٹیلوریم کے درمیان ابتدائی رد عمل کی اجازت دینے کے لیے 12 گھنٹے تک پکڑے رکھیں۔
2. حرارت کا دوسرا مرحلہ: 950-1050 ° C (1100 ° C کے کوارٹج نرم کرنے والے پوائنٹ کے نیچے) 1-2°C/منٹ پر گرم کرنا جاری رکھیں، 24-48 گھنٹے کے لیے رکھیں۔
3. ٹیوب راکنگ: اعلی درجہ حرارت کے مرحلے کے دوران، ہر 2 گھنٹے میں بھٹی کو 45° پر جھکائیں اور ری ایکٹنٹس کے مکمل اختلاط کو یقینی بنانے کے لیے کئی بار راک کریں۔
4. کولنگ: رد عمل کی تکمیل کے بعد، کمرے کے درجہ حرارت پر 0.5-1°C/منٹ پر آہستہ آہستہ ٹھنڈا کریں تاکہ تھرمل تناؤ کی وجہ سے نمونے کے ٹوٹنے سے بچ سکیں۔

2.2.5 پروڈکٹ پروسیسنگ

1. مصنوعات کو ہٹانا: کوارٹج ٹیوب کو دستانے کے خانے میں کھولیں اور رد عمل کی مصنوعات کو ہٹا دیں۔
2. پیسنا: کسی بھی غیر رد عمل والے مواد کو ہٹانے کے لیے پروڈکٹ کو دوبارہ پاؤڈر میں پیس لیں۔
3. اینیلنگ: پاؤڈر کو 600 ڈگری سینٹی گریڈ پر آرگن ماحول میں 8 گھنٹے کے لیے رکھیں تاکہ اندرونی تناؤ کو دور کیا جا سکے اور کرسٹل پن کو بہتر بنایا جا سکے۔
4. خصوصیت: مرحلے کی پاکیزگی اور کیمیائی ساخت کی تصدیق کے لیے XRD، SEM، EDS، وغیرہ کو انجام دیں۔

2.3 پراسیس پیرامیٹر آپٹیمائزیشن

1. درجہ حرارت کنٹرول: بہترین رد عمل کا درجہ حرارت 1000±20 °C ہے۔ کم درجہ حرارت کے نتیجے میں نامکمل ردعمل ہو سکتا ہے، جبکہ زیادہ درجہ حرارت زنک کے اتار چڑھاؤ کا سبب بن سکتا ہے۔
2. وقت کا کنٹرول: مکمل ردعمل کو یقینی بنانے کے لیے ہولڈنگ کا وقت ≥24 گھنٹے ہونا چاہیے۔
3. کولنگ ریٹ: آہستہ کولنگ (0.5-1°C/min) سے بڑے کرسٹل دانے نکلتے ہیں۔

2.4 فوائد اور نقصانات کا تجزیہ

فوائد:

• سادہ عمل، کم سامان کی ضروریات
• بیچ کی پیداوار کے لیے موزوں ہے۔
• اعلی مصنوعات کی پاکیزگی

نقصانات:

• اعلی ردعمل کا درجہ حرارت، اعلی توانائی کی کھپت
• غیر یکساں اناج کے سائز کی تقسیم
• غیر رد عمل والے مواد کی تھوڑی مقدار پر مشتمل ہو سکتا ہے۔

3. ZnTe ترکیب کے لیے بخارات کی نقل و حمل کا طریقہ

3.1 اصول

بخارات کی نقل و حمل کا طریقہ ری ایکٹنٹ بخارات کو کم درجہ حرارت والے زون میں جمع کرنے کے لیے ایک کیریئر گیس کا استعمال کرتا ہے، درجہ حرارت کے میلان کو کنٹرول کرکے ZnTe کی دشاتمک نمو حاصل کرتا ہے۔ آئوڈین کو عام طور پر ٹرانسپورٹ ایجنٹ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے:

ZnTe(s) + I₂(g) ⇌ ZnI₂(g) + 1/2Te₂(g)

3.2 تفصیلی طریقہ کار

3.2.1 خام مال کی تیاری

1. مواد کا انتخاب: اعلی پیوریٹی ZnTe پاؤڈر (طہارت ≥99.999%) یا stoichiometrically مخلوط Zn اور Te پاؤڈر استعمال کریں۔
2. ٹرانسپورٹ ایجنٹ کی تیاری: اعلی پاکیزگی آئوڈین کرسٹل (طہارت ≥99.99%)، 5-10mg/cm³ ردعمل ٹیوب والیوم کی خوراک۔
3. کوارٹج ٹیوب ٹریٹمنٹ: ٹھوس ریاست کے رد عمل کے طریقہ کار کی طرح، لیکن طویل کوارٹج ٹیوبیں (300-400 ملی میٹر) درکار ہیں۔

3.2.2 ٹیوب لوڈنگ

1. مواد کی جگہ: کوارٹج ٹیوب کے ایک سرے پر ZnTe پاؤڈر یا Zn+Te مکسچر رکھیں۔
2. آیوڈین کا اضافہ: ایک دستانے کے خانے میں کوارٹج ٹیوب میں آیوڈین کرسٹل شامل کریں۔
3. انخلاء: ≤10⁻³Pa پر خالی کریں۔
4. سگ ماہی: ٹیوب کو افقی رکھتے ہوئے ہائیڈروجن آکسیجن کے شعلے سے سیل کریں۔

3.2.3 درجہ حرارت گریڈینٹ سیٹ اپ

1. گرم زون کا درجہ حرارت: 850-900 ° C پر سیٹ کریں۔
2. کولڈ زون کا درجہ حرارت: 750-800 °C پر سیٹ کریں۔
3. گریڈینٹ زون کی لمبائی: تقریباً 100-150 ملی میٹر۔

3.2.4 نمو کا عمل

1. پہلا مرحلہ: 3°C/منٹ پر 500°C پر گرم کریں، آیوڈین اور خام مال کے درمیان ابتدائی رد عمل کی اجازت دینے کے لیے 2 گھنٹے تک پکڑیں۔
2. دوسرا مرحلہ: مقررہ درجہ حرارت پر گرم کرنا جاری رکھیں، درجہ حرارت کے میلان کو برقرار رکھیں، اور 7-14 دنوں تک بڑھیں۔
3. کولنگ: نمو مکمل ہونے کے بعد، کمرے کے درجہ حرارت پر 1°C/منٹ پر ٹھنڈا کریں۔

3.2.5 مصنوعات کا مجموعہ

1. ٹیوب کھولنا: کوارٹج ٹیوب کو دستانے کے خانے میں کھولیں۔
2. مجموعہ: سرد سرے پر ZnTe سنگل کرسٹل جمع کریں۔
3. صفائی: سطح سے جذب شدہ آئوڈین کو ہٹانے کے لیے 5 منٹ تک اینہائیڈروس ایتھنول سے الٹراسونک طور پر صاف کریں۔

3.3 پروسیس کنٹرول پوائنٹس

1. آئوڈین کی مقدار کنٹرول: آئوڈین کی حراستی نقل و حمل کی شرح کو متاثر کرتی ہے۔ بہترین حد 5-8mg/cm³ ہے۔
2. درجہ حرارت کا میلان: 50-100 ° C کے اندر درجہ حرارت کو برقرار رکھیں۔
3. نمو کا وقت: مطلوبہ کرسٹل سائز پر منحصر ہے، عام طور پر 7-14 دن۔

3.4 فوائد اور نقصانات کا تجزیہ

فوائد:

• اعلی معیار کے سنگل کرسٹل حاصل کیے جاسکتے ہیں۔
• کرسٹل کے بڑے سائز
• اعلی پاکیزگی

نقصانات:

• لمبے نمو کے چکر
• اعلی سامان کی ضروریات
• کم پیداوار

4. ZnTe نانومیٹریل ترکیب کے لیے حل پر مبنی طریقہ

4.1 اصول

حل پر مبنی طریقے ZnTe نینو پارٹیکلز یا نانوائرز تیار کرنے کے لیے حل میں پیشگی رد عمل کو کنٹرول کرتے ہیں۔ ایک عام ردعمل ہے:

Zn²⁺ + HTe⁻ + OH⁻ → ZnTe + H₂O

4.2 تفصیلی طریقہ کار

4.2.1 ریجنٹ کی تیاری

1. زنک ماخذ: زنک ایسیٹیٹ (Zn(CH₃COO)₂·2H₂O)، طہارت ≥99.99%۔
2. ٹیلوریم ماخذ: ٹیلوریم ڈائی آکسائیڈ (TeO₂)، طہارت ≥99.99%۔
3. کم کرنے والا ایجنٹ: سوڈیم بوروہائیڈرائڈ (NaBH₄)، طہارت ≥98%۔
4. سالوینٹس: ڈیونائزڈ پانی، ایتھیلینیڈیامین، ایتھنول۔
5. سرفیکٹنٹ: Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB)۔

4.2.2 Tellurium Precursor کی تیاری

1. حل کی تیاری: 0.1mmol TeO₂ کو 20ml deionized پانی میں تحلیل کریں۔
2. کمی کا رد عمل: 0.5mmol NaBH₄ شامل کریں، HTe⁻ محلول پیدا کرنے کے لیے 30 منٹ تک مقناطیسی طور پر ہلائیں۔
   TeO₂ + 3BH₄⁻ + 3H₂O → HTe⁻ + 3B(OH)₃ + 3H₂↑
3. حفاظتی ماحول: آکسیکرن کو روکنے کے لیے نائٹروجن کے بہاؤ کو برقرار رکھیں۔

4.2.3 ZnTe نینو پارٹیکل ترکیب

1. زنک حل کی تیاری: 0.1 ملی میٹر زنک ایسیٹیٹ کو 30 ملی لیٹر ایتھیلینیڈیامین میں تحلیل کریں۔
2. مکسنگ ری ایکشن: زنک کے محلول میں آہستہ آہستہ HTe⁻ محلول شامل کریں، 80°C پر 6 گھنٹے تک رد عمل ظاہر کریں۔
3. سینٹرفیوگریشن: رد عمل کے بعد، مصنوعات کو جمع کرنے کے لیے 10،000rpm پر 10 منٹ کے لیے سینٹرفیوج کریں۔
4. دھونا: ایتھنول اور ڈیونائزڈ پانی سے تین بار متبادل دھونا۔
5. خشک کرنا: ویکیوم کو 60 ° C پر 6 گھنٹے تک خشک کریں۔

4.2.4 ZnTe نانوائر کی ترکیب

1. ٹیمپلیٹ کا اضافہ: زنک کے محلول میں 0.2 گرام CTAB شامل کریں۔
2. ہائیڈرو تھرمل ری ایکشن: مخلوط محلول کو 50 ملی لیٹر ٹیفلون لائن والے آٹوکلیو میں منتقل کریں، 12 گھنٹے تک 180 ° C پر رد عمل ظاہر کریں۔
3. پوسٹ پروسیسنگ: نینو پارٹیکلز کی طرح۔

4.3 پراسیس پیرامیٹر آپٹیمائزیشن

1. درجہ حرارت کا کنٹرول: نینو پارٹیکلز کے لیے 80-90°C، نینوائرز کے لیے 180-200°C۔
2. pH قدر: 9-11 کے درمیان برقرار رکھیں۔
3. رد عمل کا وقت: نینو پارٹیکلز کے لیے 4-6 گھنٹے، نینوائرز کے لیے 12-24 گھنٹے۔

4.4 فوائد اور نقصانات کا تجزیہ

فوائد:

• کم درجہ حرارت کا ردعمل، توانائی کی بچت
• قابل کنٹرول مورفولوجی اور سائز
• بڑے پیمانے پر پیداوار کے لیے موزوں ہے۔

نقصانات:

• مصنوعات میں نجاست ہو سکتی ہے۔
• پوسٹ پروسیسنگ کی ضرورت ہے۔
• کرسٹل کا کم معیار

5. ZnTe پتلی فلم کی تیاری کے لیے مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی (MBE)

5.1 اصول

MBE Zn اور Te کے مالیکیولر بیم کو انتہائی ہائی ویکیوم حالات میں سبسٹریٹ پر ڈائریکٹ کر کے ZnTe سنگل کرسٹل پتلی فلمیں اگاتا ہے، بیم فلوکس ریشوز اور سبسٹریٹ درجہ حرارت کو ٹھیک ٹھیک کنٹرول کرتا ہے۔

5.2 تفصیلی طریقہ کار

5.2.1 سسٹم کی تیاری

1. ویکیوم سسٹم: بیس ویکیوم ≤1×10⁻⁸Pa۔
2. ماخذ کی تیاری:
   • زنک کا ذریعہ: BN کروسیبل میں 6N اعلی طہارت زنک۔
   • ٹیلوریم ماخذ: PBN کروسیبل میں 6N اعلی پاکیزگی والا ٹیلوریم۔
3. سبسٹریٹ کی تیاری:
   • عام طور پر استعمال ہونے والا GaAs (100) سبسٹریٹ۔
   • سبسٹریٹ کی صفائی: نامیاتی سالوینٹس کی صفائی → ایسڈ اینچنگ → ڈیونائزڈ واٹر کلیننگ → نائٹروجن خشک کرنا۔

5.2.2 نمو کا عمل

1. سبسٹریٹ آؤٹ گیسنگ: سطح کے جذب کو دور کرنے کے لیے 200 ° C پر 1 گھنٹے کے لیے بیک کریں۔
2. آکسائیڈ ہٹانا: 580 ° C تک گرم کریں، سطح کے آکسائیڈز کو ہٹانے کے لیے 10 منٹ تک پکڑیں۔
3. بفر لیئر گروتھ: 300 ° C تک ٹھنڈا، 10nm ZnTe بفر لیئر بڑھائیں۔
4. اہم ترقی:
   • سبسٹریٹ درجہ حرارت: 280-320 ° C
   • زنک بیم مساوی دباؤ: 1×10⁻⁶Torr۔
   • ٹیلوریم بیم مساوی دباؤ: 2×10⁻⁶Torr۔
   • V/III تناسب 1.5-2.0 پر کنٹرول کیا گیا۔
   • شرح نمو: 0.5-1μm/h
5. اینیلنگ: بڑھنے کے بعد، 250 ڈگری سینٹی گریڈ پر 30 منٹ تک اینیل کریں۔

5.2.3 ان سیٹو مانیٹرنگ

1. RHEED مانیٹرنگ: سطح کی تعمیر نو اور ترقی کے موڈ کا حقیقی وقت کا مشاہدہ۔
2. ماس سپیکٹرو میٹری: مالیکیولر بیم کی شدت کی نگرانی کریں۔
3. اورکت تھرمومیٹری: عین مطابق سبسٹریٹ درجہ حرارت کنٹرول۔

5.3 پروسیس کنٹرول پوائنٹس

1. درجہ حرارت کنٹرول: سبسٹریٹ درجہ حرارت کرسٹل کے معیار اور سطح کی شکل کو متاثر کرتا ہے۔
2. بیم فلوکس تناسب: Te/Zn تناسب خرابی کی اقسام اور ارتکاز کو متاثر کرتا ہے۔
3. شرح نمو: کم شرحیں کرسٹل کے معیار کو بہتر کرتی ہیں۔

5.4 فوائد اور نقصانات کا تجزیہ

فوائد:

• عین مطابق ساخت اور ڈوپنگ کنٹرول۔
• اعلی معیار کی سنگل کرسٹل فلمیں۔
• جوہری طور پر فلیٹ سطحیں قابل حصول ہیں۔

نقصانات:

• مہنگا سامان۔
• سست ترقی کی شرح۔
• اعلی درجے کی آپریشنل مہارتوں کی ضرورت ہے۔

6. دیگر ترکیب کے طریقے

6.1 کیمیائی بخارات کا ذخیرہ (CVD)

1. پیش خیمہ: ڈائیتھائلزنک (DEZn) اور diisopropyltelluride (DIPTe)۔
2. رد عمل کا درجہ حرارت: 400-500 ° C۔
3. کیریئر گیس: اعلی طہارت نائٹروجن یا ہائیڈروجن۔
4. دباؤ: ماحول یا کم دباؤ (10-100Torr)۔

6.2 حرارتی بخارات

1. ماخذ مواد: اعلی طہارت ZnTe پاؤڈر.
2. ویکیوم لیول: ≤1×10⁻⁴Pa۔
3. بخارات کا درجہ حرارت: 1000-1100 °C۔
4. سبسٹریٹ درجہ حرارت: 200-300 ° C

7. نتیجہ

زنک ٹیلورائیڈ کی ترکیب کے لیے مختلف طریقے موجود ہیں، ہر ایک کے اپنے فوائد اور نقصانات ہیں۔ ٹھوس ریاست کا رد عمل بلک مواد کی تیاری کے لیے موزوں ہے، بخارات کی نقل و حمل سے اعلیٰ معیار کے سنگل کرسٹل حاصل ہوتے ہیں، حل کے طریقے نینو میٹریل کے لیے مثالی ہیں، اور MBE اعلیٰ قسم کی پتلی فلموں کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ عملی ایپلی کیشنز کو اعلی کارکردگی والے ZnTe مواد کو حاصل کرنے کے لیے عمل کے پیرامیٹرز کے سخت کنٹرول کے ساتھ، ضروریات کی بنیاد پر مناسب طریقہ کا انتخاب کرنا چاہیے۔ مستقبل کی سمتوں میں کم درجہ حرارت کی ترکیب، مورفولوجی کنٹرول، اور ڈوپنگ عمل کی اصلاح شامل ہے۔