സിങ്ക് ടെല്ലുറൈഡ് (ZnTe) ഉത്പാദന പ്രക്രിയ

ഒരു പ്രധാന II-VI സെമികണ്ടക്ടർ വസ്തുവായ സിങ്ക് ടെല്ലുറൈഡ് (ZnTe) ഇൻഫ്രാറെഡ് ഡിറ്റക്ഷൻ, സോളാർ സെല്ലുകൾ, ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവയിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. നാനോ ടെക്‌നോളജിയിലും ഗ്രീൻ കെമിസ്ട്രിയിലുമുള്ള സമീപകാല പുരോഗതി അതിന്റെ ഉൽ‌പാദനം ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്‌തു. പരമ്പരാഗത രീതികളും ആധുനിക മെച്ചപ്പെടുത്തലുകളും ഉൾപ്പെടെയുള്ള നിലവിലെ മുഖ്യധാരാ ZnTe ഉൽ‌പാദന പ്രക്രിയകളും പ്രധാന പാരാമീറ്ററുകളും ചുവടെയുണ്ട്:
_______________________________________
I. പരമ്പരാഗത ഉൽ‌പാദന പ്രക്രിയ (നേരിട്ടുള്ള സിന്തസിസ്)
1. അസംസ്കൃത വസ്തുക്കൾ തയ്യാറാക്കൽ
• ഉയർന്ന പരിശുദ്ധിയുള്ള സിങ്ക് (Zn), ടെല്ലൂറിയം (Te): പരിശുദ്ധി ≥99.999% (5N ഗ്രേഡ്), 1:1 മോളാർ അനുപാതത്തിൽ കലർത്തി.
• സംരക്ഷണ വാതകം: ഓക്സീകരണം തടയുന്നതിന് ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള ആർഗോൺ (Ar) അല്ലെങ്കിൽ നൈട്രജൻ (N₂).
2. പ്രോസസ് ഫ്ലോ
• ഘട്ടം 1: വാക്വം മെൽറ്റിംഗ് സിന്തസിസ്
o ഒരു ക്വാർട്സ് ട്യൂബിൽ Zn, Te പൊടികൾ കലർത്തി ≤10⁻³ Pa ലേക്ക് മാറ്റുക.
o ഹീറ്റിംഗ് പ്രോഗ്രാം: 5–10°C/മിനിറ്റ് മുതൽ 500–700°C വരെ ചൂടാക്കുക, 4–6 മണിക്കൂർ പിടിക്കുക.
o പ്രതിപ്രവർത്തന സമവാക്യം:Zn+Te→ΔZnTeZn+TeΔZnTe
• ഘട്ടം 2: അനിയലിംഗ്
o ലാറ്റിസ് തകരാറുകൾ കുറയ്ക്കുന്നതിന് അസംസ്കൃത ഉൽപ്പന്നം 400–500°C ൽ 2–3 മണിക്കൂർ കത്തിക്കുക.
• ഘട്ടം 3: പൊടിക്കലും അരിച്ചെടുക്കലും
o ബൾക്ക് മെറ്റീരിയൽ ലക്ഷ്യ കണികാ വലുപ്പത്തിലേക്ക് പൊടിക്കാൻ ഒരു ബോൾ മിൽ ഉപയോഗിക്കുക (നാനോസ്കെയിലിനായി ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ബോൾ മില്ലിംഗ്).
3. പ്രധാന പാരാമീറ്ററുകൾ
• താപനില നിയന്ത്രണ കൃത്യത: ±5°C
• തണുപ്പിക്കൽ നിരക്ക്: 2–5°C/മിനിറ്റ് (താപ സമ്മർദ്ദ വിള്ളലുകൾ ഒഴിവാക്കാൻ)
• അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളുടെ കണിക വലുപ്പം: Zn (100–200 മെഷ്), Te (200–300 മെഷ്)
_______________________________________
II. ആധുനിക മെച്ചപ്പെടുത്തിയ പ്രക്രിയ (സോൾവോതെർമൽ രീതി)
നാനോസ്കെയിൽ ZnTe ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള മുഖ്യധാരാ സാങ്കേതികതയാണ് സോൾവോതെർമൽ രീതി, ഇത് നിയന്ത്രിക്കാവുന്ന കണിക വലിപ്പം, കുറഞ്ഞ ഊർജ്ജ ഉപഭോഗം തുടങ്ങിയ ഗുണങ്ങൾ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു.
1. അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളും ലായകങ്ങളും
• മുൻഗാമികൾ: സിങ്ക് നൈട്രേറ്റ് (Zn(NO₃)₂), സോഡിയം ടെല്ലുറൈറ്റ് (Na₂TeO₃) അല്ലെങ്കിൽ ടെല്ലൂറിയം പൊടി (Te).
• കുറയ്ക്കുന്ന ഏജന്റുകൾ: ഹൈഡ്രാസിൻ ഹൈഡ്രേറ്റ് (N₂H₄·H₂O) അല്ലെങ്കിൽ സോഡിയം ബോറോഹൈഡ്രൈഡ് (NaBH₄).
• ലായകങ്ങൾ: എത്തലീനെഡിയമൈൻ (EDA) അല്ലെങ്കിൽ ഡീയോണൈസ്ഡ് വെള്ളം (DI വെള്ളം).
2. പ്രോസസ് ഫ്ലോ
• ഘട്ടം 1: പ്രീകർസർ ഡിസൊല്യൂഷൻ
o ലായകത്തിൽ 1:1 മോളാർ അനുപാതത്തിൽ Zn(NO₃)₂ ഉം Na₂TeO₃ ഉം ലയിപ്പിച്ച് ഇളക്കുക.
• ഘട്ടം 2: റിഡക്ഷൻ റിയാക്ഷൻ
o റിഡ്യൂസിംഗ് ഏജന്റ് (ഉദാ: N₂H₄·H₂O) ചേർത്ത് ഉയർന്ന മർദ്ദമുള്ള ഓട്ടോക്ലേവിൽ അടയ്ക്കുക.
പ്രതികരണ വ്യവസ്ഥകൾ:
 താപനില: 180–220°C
 സമയം: 12–24 മണിക്കൂർ
 മർദ്ദം: സ്വയം സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ടത് (3–5 MPa)
o പ്രതിപ്രവർത്തന സമവാക്യം: Zn2++TeO32−+കുറയ്ക്കുന്ന ഏജന്റ്→ZnTe+ഉപഉൽപ്പന്നങ്ങൾ (ഉദാ. H₂O, N₂)Zn2++TeO32−+കുറയ്ക്കുന്ന ഏജന്റ്→ZnTe+ഉപഉൽപ്പന്നങ്ങൾ (ഉദാ. H₂O, N₂)
• ഘട്ടം 3: ചികിത്സയ്ക്ക് ശേഷം
o ഉൽപ്പന്നം വേർതിരിക്കാൻ സെൻട്രിഫ്യൂജ് ഉപയോഗിക്കുക, എത്തനോൾ, DI വെള്ളം എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് 3–5 തവണ കഴുകുക.
o വാക്വം (60–80°C താപനിലയിൽ 4–6 മണിക്കൂർ) ഉണക്കുക.
3. പ്രധാന പാരാമീറ്ററുകൾ
• പ്രീകർസർ സാന്ദ്രത: 0.1–0.5 മോൾ/ലിറ്റർ
• pH നിയന്ത്രണം: 9–11 (ക്ഷാര സാഹചര്യങ്ങൾ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന് അനുകൂലമാണ്)
• കണിക വലുപ്പ നിയന്ത്രണം: ലായക തരം വഴി ക്രമീകരിക്കുക (ഉദാ. EDA നാനോവയറുകൾ നൽകുന്നു; ജലീയ ഘട്ടം നാനോകണങ്ങൾ നൽകുന്നു).
_______________________________________
III. മറ്റ് നൂതന പ്രക്രിയകൾ
1. കെമിക്കൽ വേപ്പർ ഡിപ്പോസിഷൻ (CVD)
• പ്രയോഗം: നേർത്ത ഫിലിം തയ്യാറാക്കൽ (ഉദാ. സോളാർ സെല്ലുകൾ).
• മുൻഗാമികൾ: ഡൈതൈൽസിങ്ക് (Zn(C₂H₅)₂), ഡൈതൈൽടെല്ലൂറിയം (Te(C₂H₅)₂).
• പാരാമീറ്ററുകൾ:
o നിക്ഷേപ താപനില: 350–450°C
o കാരിയർ വാതകം: H₂/Ar മിശ്രിതം (പ്രവാഹ നിരക്ക്: 50–100 sccm)
o മർദ്ദം: 10⁻²–10⁻³ ടോർ
2. മെക്കാനിക്കൽ അലോയിംഗ് (ബോൾ മില്ലിംഗ്)
• സവിശേഷതകൾ: ലായക രഹിത, താഴ്ന്ന താപനിലയിലുള്ള സിന്തസിസ്.
• പാരാമീറ്ററുകൾ:
o പന്ത്-പൊടി അനുപാതം: 10:1
o മില്ലിങ് സമയം: 20–40 മണിക്കൂർ
o ഭ്രമണ വേഗത: 300–500 rpm
_______________________________________
IV. ഗുണനിലവാര നിയന്ത്രണവും സ്വഭാവരൂപീകരണവും
1. ശുദ്ധതാ വിശകലനം: ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയ്ക്കുള്ള എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ (XRD) (പ്രധാന കൊടുമുടി 2θ ≈25.3°).
2. രൂപഘടന നിയന്ത്രണം: നാനോപാർട്ടിക്കിൾ വലുപ്പത്തിനായുള്ള ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി (TEM) (സാധാരണ: 10–50 nm).
3. മൂലക അനുപാതം: Zn ≈1:1 സ്ഥിരീകരിക്കുന്നതിന് എനർജി-ഡിസ്പേഴ്സീവ് എക്സ്-റേ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി (EDS) അല്ലെങ്കിൽ ഇൻഡക്റ്റീവ് കപ്പിൾഡ് പ്ലാസ്മ മാസ് സ്പെക്ട്രോമെട്രി (ICP-MS).
_______________________________________
വി. സുരക്ഷയും പാരിസ്ഥിതിക പരിഗണനകളും
1. മാലിന്യ വാതക സംസ്കരണം: ആൽക്കലൈൻ ലായനികൾ (ഉദാ. NaOH) ഉപയോഗിച്ച് H₂Te ആഗിരണം ചെയ്യുക.
2. ലായക വീണ്ടെടുക്കൽ: ഡിസ്റ്റിലേഷൻ വഴി ജൈവ ലായകങ്ങൾ (ഉദാ. EDA) പുനരുപയോഗം ചെയ്യുക.
3. സംരക്ഷണ നടപടികൾ: ഗ്യാസ് മാസ്കുകളും (H₂Te സംരക്ഷണത്തിനായി) നാശന പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള കയ്യുറകളും ഉപയോഗിക്കുക.
_______________________________________
VI. സാങ്കേതിക പ്രവണതകൾ
• ഗ്രീൻ സിന്തസിസ്: ജൈവ ലായകങ്ങളുടെ ഉപയോഗം കുറയ്ക്കുന്നതിന് ജല-ഘട്ട സംവിധാനങ്ങൾ വികസിപ്പിക്കുക.
• ഡോപ്പിംഗ് പരിഷ്കരണം: Cu, Ag, മുതലായവ ഉപയോഗിച്ച് ഡോപ്പിംഗ് നടത്തി ചാലകത വർദ്ധിപ്പിക്കുക.
• വലിയ തോതിലുള്ള ഉൽ‌പാദനം: കിലോഗ്രാം-സ്കെയിൽ ബാച്ചുകൾ നേടുന്നതിന് തുടർച്ചയായ പ്രവാഹ റിയാക്ടറുകൾ സ്വീകരിക്കുക.