آکسائیڈ زنک کی بنیاد سے لے کر اس کے استعمال تک

Thread Content

بینڈ ساخت، چارج شدہ تنہا ذرات کی حالتوں (یعنی الیکٹرونز یا ہولز) کی وضاحت کرتی ہے۔ چونکہ زنک آکسائیڈ ایک براہِ راست گیپ والا سیمی کنڈکٹر ہے، یعنی اس میں گول شکل کے اقصی نقاط موجود ہیں؛ لہذا اس کی انرجی بینڈز میں، ویلی انرجی بینڈ کا اقصی مقدار اور کنڈکشن بینڈ کا کم ترین مقدار، بریلیان زون میں ایک ہی نقطے پر واقع ہوتے ہیں، یعنی K = 0 کے G نقطے پر۔ ہمیں خاص طور پر اسی علاقے میں دلچسپی ہے۔ جیسا کہ اوپر بیان کیا گیا، کم ترین گائیڈنگ بینڈ، Zn2+ کی خالی 4s حالت یا غیربند sp3 ہائبرڈ حالت سے مل کر بنتا ہے۔ گروپ تھیوری کی مطابقت جدول، اور اس سے متعلق حوالہ جات، ہمیں بتاتے ہیں کہ گائیڈ بینڈ کی نچلی سطح پر، اگر اسپن کو نظرانداز کیا جائے تو G1 سمیٹری موجود ہے؛ جبکہ اگر اسپن کو مدِ نظر رکھا جائے تو G1×G7=G7 سمیٹری موجود ہے۔ مؤثر الیکٹرون کا ماس (درست الفاظ میں، پولارون کا ماس) تقریباً ہر سمت میں یکساں ہوتا ہے، اور اس کی قیمت تقریباً (0.28 ± 0.02) m0 ہے۔ اگر O2- سے متعلق 2p آربیٹلز، یا SP3 ہائبرڈ آربیٹلز کے ویلنس بینڈز کو اسپن کے عنصر کو نظرانداز کرتے ہوئے دیکھا جائے، تو ہیکساگونل کرسٹل فیلڈ کے اثر سے یہ دو حالتوں، یعنی Г5 اور Г1، میں تقسیم ہو جاتے ہیں۔ اسپن کو مدِ نظر رکھتے ہوئے، اسپن-آربیٹل کے باہمی تعلقات کی وجہ سے، انرجی بینڈز مزید تقسیم ہوکر تین متماثل ذیلی بینڈز بن جاتے ہیں، یعنی (Г1+Г5)×Г7=Г7+Г9+Г7۔ یہ انرجی بینڈز، تمام زنک سلفائیڈ ساخت والے سیمی کنڈکٹرز میں (جیسے ZnS، CdS، CdSe، یا GaN)، اعلیٰ انرجی سے کم انرجی کی جانب B، C، A ناموں سے مشخص کیے گئے ہیں۔ زیادہ تر صورتوں میں، انرجی لیولز کی ترتیب AГ9، BГ7، C7 کے حساب سے ہوتی ہے، اور اسپن-آربیٹل تقسیم، کرسٹل فیلڈ تقسیم کے مقابلے میں زیادہ ہوتی ہے۔ تاہم، ZNO کے بارے میں طویل عرصے سے بحث جاری ہے کہ آیا اس کے ویلنس بینڈز کا ترتیب عام ہے، یا پھر “منفی اسپن آربیٹل کپلنگ” کے اصول کے مطابق AГ7، BГ9، CГ7 کا ترتیب ہے، یا پھر ویلنس بینڈز کا ترتیب الٹا ہے۔ در حقیقت، اسپن-آربیٹل کپلنگ ہمیشہ مثبت ہی ہوتی ہے۔ لیکن چونکہ آکسیجن کا نیوکلیئر چارج کم ہے، اس لیے ہیکساگونل اور کیوبک IIb ساختوں والے سلفائڈز، سیلیفائڈز، ٹیلیفائڈز سے حاصل کردہ ڈیٹا کی بنیاد پر، آکسائڈز کے لیے یہ قیمت تقریباً 15 میگا الیکٹرون وولٹ ہوگی۔ یہ سطح (آکسیجن کی 2P سطح)، اور پوری طرح بھرپور حالت میں موجود زنک کی 4D سطح کے درمیان پیدا ہونے والی دوری کی وجہ سے، G7 سطح کو G9 سطح سے اونچا کرنا ممکن ہے؛ جس کے نتیجے میں قیمتی بینڈوں کا ترتیب الٹ جاتا ہے۔ Ib-VII گروہ کے سیمی کنڈکٹر CuCl میں بھی یہی صورتحال پائی جاتی ہے۔ چونکہ A اور B کی قیمتی بینڈوں کے درمیان فاصلہ صرف 5 ملی الیکٹرون وولٹ کے برابر ہے، اور انتخاب کے قواعد بھی تقریباً یکساں ہیں (AГ9 اور BГ7 جیسے اوپری قیمتی بینڈوں سے Г7 جیسے گائیڈ بینڈ میں منتقلی ڈپول کی شکل میں ہوتی ہے، جبکہ اسپن فلپ صرف EC کی شکل میں ہی ممکن ہے؛ CГ7 جیسے قیمتی بینڈ سے بھی صرف EC ہی ممکن ہے)، لہذا A اور B کی قیمتی بینڈوں کی سمتری کے بارے میں بحث کرنا بے معنی ہے۔ لیکن اس قسم کے مسائل میں عموماً بحث کرنے کے لئے بہت زیادہ وقت درکار ہوتا ہے۔ حال ہی میں لکھے گئے مقالات میں، ZnO میں قدرتی ویلنس بینڈز کے ترتیب کی حمایت میں پیش کیے گئے مختلف دلائل کی تصدیق نہیں ہو سکی۔ ہم نے ضمیمہ A میں، قیمتوں کے ترتیب کو الٹنے کے حق میں اور اس کے خلاف پیش کیے گئے دلائل اور متعلقہ لٹریچر کا خلاصہ پیش کیا ہے؛ نیز بینڈ ساخت کی حساب کتاب سے متعلق معلومات بھی درج کی گئی ہیں۔ لہذا، ہم درج ذیل الٹ ترتیب کا استعمال کرتے ہیں: AГ7، BГ9، CГ7۔ زنک آکسائیڈ میں، مؤثر خالی جگہوں کی خصوصیات ہر سمت میں یکساں ہوتی ہیں۔ A، B، اور C قیمتی بینڈوں کی خصوصیات بھی اسی طرح ہیں۔ کچھ تخمینوں کے مطابق (دیکھیں: منسلکہ A)، قیمتی بینڈوں میں شدید خصوصیاتی تفاوت موجود ہے، جیسا کہ CdS میں دیکھا گیا ہے۔ لیکن دستیاب تجرباتی اعداد و شمار سے یہ ثابت نہیں ہوتا کہ ZnO میں بھی ایسی خصوصیات موجود ہیں۔ G7 کی سمتری والے انرجی بینڈز میں شاید ایک چھوٹا سا k-لینئر ٹرم موجود ہو، لیکن شکل 7 میں دکھائے گئے A-ویلیو بینڈ میں صرف k⊥c ہی موجود ہے۔ گائیڈنگ بینڈ کے اس اثر کو نظرانداز کیا جا سکتا ہے۔ مضمون کا ماخذ: http://www.jszfxy.cn/news/show-212.html