Thermal laser epitaxy
થર્મલ લેસર એપિટેક્સી (ટી. એલ. ઇ.) એ એક ભૌતિક વરાળ જમા કરવાની તકનીક છે જે સબસ્ટ્રેટ પર ફિલ્મો વિકસાવવા માટે સ્થાનિક રીતે સતત-તરંગ લેસરોમાંથી ઉષ્મા સ્ત્રોતોમાં ઇરેડિયેશનનો ઉપયોગ કરે છે. આ તકનીક અતિ-ઉચ્ચ વેક્યૂમ દબાણ હેઠળ અથવા ઓઝોન જેવા પૃષ્ઠભૂમિ વાતાવરણની હાજરીમાં ઓક્સાઇડ ફિલ્મો જમા કરવા માટે કરી શકાય છે. ટી. એલ. ઇ. 104-106 ડબલ્યુ/સે. મી. 2 વચ્ચે શક્તિ ઘનતા પર કામ કરે છે, જે સ્રોત સામગ્રીના બાષ્પીભવન અથવા ઉદાત્તીકરણમાં પરિણમે છે, જેમાં કોઈ પ્લાઝ્મા અથવા ઉચ્ચ-ઊર્જા કણ પ્રજાતિઓ ઉત્પન્ન થતી નથી. તુલનાત્મક રીતે ઓછી શક્તિની ઘનતા પર કાર્યરત હોવા છતાં, ટી. એલ. ઇ. પ્રત્યાવર્તન ધાતુઓ સહિત નીચા વરાળ દબાણ સાથે ઘણી સામગ્રી જમા કરવામાં સક્ષમ છે, જે પ્રક્રિયા મોલેક્યુલર બીમ એપિટેક્સી સાથે કરવા માટે પડકારજનક છે. ભૌતિક પ્રક્રિયા TLE બાષ્પીભવન અથવા ઉદાત્તીકરણ દ્વારા વરાળનો પ્રવાહ પેદા કરવા માટે સામગ્રીના સ્રોતોને ગરમ કરવા માટે વેક્યૂમ ચેમ્બરની બહાર સ્થિત સતત-તરંગ લેસરો (સામાન્ય રીતે આશરે 1000 nm તરંગલંબાઇ સાથે) નો ઉપયોગ કરે છે. લેસર દ્વારા પ્રેરિત ગરમીની સ્થાનિક પ્રકૃતિને કારણે, સ્રોતનો એક ભાગ પ્રવાહી સ્થિતિમાં રૂપાંતરિત થઈ શકે છે જ્યારે બાકીનો ભાગ ઘન રહે છે, જેમ કે સ્રોત તેના પોતાના ક્રુસિબલ તરીકે કાર્ય કરે છે. પ્રકાશના મજબૂત શોષણને કારણે લેસર-પ્રેરિત ગરમી લેસર બીમના નાના વ્યાસ દ્વારા ખૂબ જ સ્થાનિક બને છે, જે ઉષ્માને સ્ત્રોતની ધરી સુધી મર્યાદિત રાખવાની અસર પણ કરી શકે છે. પરિણામી શોષણ ઘણી સામગ્રીના α ~ 105 cm−1 ના ઉચ્ચ શોષણ ગુણાંકને કારણે 2 nm ના ક્રમ પર લાક્ષણિક ફોટોન પ્રવેશ ઊંડાઈને અનુરૂપ છે. વહન અને કિરણોત્સર્ગ દ્વારા ગરમીનું નુકસાન સ્ત્રોતની ઇરેડિયેટેડ સપાટીની નજીકના ઉચ્ચ-તાપમાનના પ્રદેશને વધુ સ્થાનિક બનાવે છે. ગરમીનું સ્થાનિક સ્વરૂપ TLE દ્વારા ક્રુસિબલ વિના ફ્રીસ્ટેન્ડિંગ સ્રોતોમાંથી ઘણી સામગ્રી ઉગાડવા માટે સક્ષમ બનાવે છે. લેસરમાંથી સ્ત્રોતમાં ઊર્જાના સીધા સ્થાનાંતરણને કારણે, TLE બાષ્પીભવન અને મોલેક્યુલર બીમ એપિટેક્સિસ જેવી અન્ય બાષ્પીભવન તકનીકો કરતાં વધુ કાર્યક્ષમ છે, જે સામાન્ય રીતે ઊંચા તાપમાન સુધી પહોંચવા માટે વાયર-આધારિત જુલ હીટર પર આધાર રાખે છે. સ્ત્રોતને ગરમ કરવાથી, વરાળનો પ્રવાહ ઉત્પન્ન થાય છે, જેનું દબાણ વારંવાર તાપમાન સાથે લગભગ ઘાતાંકીય સંબંધ ધરાવે છે. વરાળ પછી સબસ્ટ્રેટ પર જમા થાય છે, જેને લેસર દ્વારા ગરમ કરવામાં આવે છે. આ લેસર-હીટેડ સબસ્ટ્રેટ એડોસોર્પ્શન-નિયંત્રિત વૃદ્ધિ સ્થિતિઓનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે, જે મોલેક્યુલર બીમ એપિટેક્સી જેવી જ છે, જે જમા થયેલી ફિલ્મના સ્ટોઇકિઓમેટ્રી અને તાપમાનનું ચોક્કસ નિયંત્રણ સુનિશ્ચિત કરે છે. આ ચોક્કસ નિયંત્રણ ઉચ્ચ-ટી. સી. સુપરકન્ડક્ટર્સ જેવી જટિલ સામગ્રીની પાતળા-પટલની વિજાતીય રચનાઓ વિકસાવવા માટે મૂલ્યવાન છે. બધા લેસરોને બાષ્પીભવન ચેમ્બરની બહાર મૂકીને, ઇન્-સિટુ હીટરનો ઉપયોગ કરવાની સરખામણીમાં દૂષિતતા ઘટાડી શકાય છે, પરિણામે અત્યંત શુદ્ધ જમા થયેલી ફિલ્મો બને છે. સબસ્ટ્રેટ પર અસર કરતી વરાળનો જમા થવાનો દર ઇન્સિડેન્ટ સોર્સ લેસરની શક્તિને સમાયોજિત કરીને નિયંત્રિત થાય છે. સંચય દર વારંવાર સ્ત્રોત તાપમાન સાથે ઝડપથી વધે છે, જે બદલામાં ઘટના લેસર શક્તિ સાથે રેખીય રીતે વધે છે. ઓક્સિજન અથવા ઓઝોન વાતાવરણના ઉમેરા સાથે, ઓક્સાઇડ ફિલ્મો સરળતાથી 10−2 એચપીએ સુધીના દબાણ પર ટી. એલ. ઇ. સાથે ઉગાડી શકાય છે. ઇતિહાસ 1960 માં થિયોડોર મૈમન દ્વારા લેસરની શોધના થોડા સમય પછી, તે ઝડપથી ઓળખવામાં આવ્યું હતું કે લેસર પાતળા ફિલ્મો બનાવવા માટે વેક્યૂમ ચેમ્બરમાં સ્રોત સામગ્રીને બાષ્પીભવન કરવા માટે બિંદુ સ્રોત તરીકે કામ કરી શકે છે. 1965માં, સ્મિથ અને ટર્નર રૂબી લેસરનો ઉપયોગ કરીને પાતળી ફિલ્મો જમા કરવામાં સફળ રહ્યા હતા, ત્યારબાદ ગ્રોહે 1968માં સતત-તરંગ CO2 લેજરનો ઉપયોગ કરીને પાતળી ફિલ્મો જમા કરી હતી. વધુ સંશોધન દર્શાવે છે કે લેસર-પ્રેરિત બાષ્પીભવન એ ડાઇલેક્ટ્રિક અને સેમિકન્ડક્ટર ફિલ્મો જમા કરવાની અસરકારક રીત છે. જો કે, સ્ટોઇકિયોમેટ્રી અને જમા થયેલી ફિલ્મોની એકરૂપતાને લગતા મુદ્દાઓ આવ્યા હતા, આમ અન્ય તકનીકો દ્વારા જમા કરવામાં આવેલી ફિલ્મોની સરખામણીમાં તેમની ગુણવત્તામાં ઘટાડો થયો હતો. ઉચ્ચ શક્તિની ઘનતા પર સ્પંદિત લેસરનો ઉપયોગ કરીને પાતળી ફિલ્મોની જુબાનીની તપાસ કરવાના પ્રયોગોએ સ્પંદિત લેસર જુબાની માટેનો પાયો નાખ્યો, જે આજે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી અત્યંત સફળ વૃદ્ધિ તકનીક છે. વીસમી સદીના ઉત્તરાર્ધમાં સતત-તરંગ લેસરોનો ઉપયોગ કરતા પ્રયોગો ચાલુ રહ્યા, જેમાં ઓછી શક્તિની ઘનતા સહિત સતત-તરંગ લેસર બાષ્પીભવનના ઘણા ફાયદાઓ પર પ્રકાશ પાડવામાં આવ્યો, જે સંવેદનશીલ ફિલ્મોની સપાટીને થતા નુકસાનને ઘટાડી શકે છે. સતત-તરંગ લેસર્સનો ઉપયોગ કરીને સંયોજન સ્રોતોમાંથી એકરૂપ બાષ્પીભવન પ્રાપ્ત કરવું પડકારજનક સાબિત થયું, અને ફિલ્મ જમા સામાન્ય રીતે ઉપલબ્ધ ઓછી સતત તરંગ શક્તિ ગીચતાને કારણે ઉચ્ચ વરાળ દબાણ ધરાવતા સ્રોતો સુધી મર્યાદિત હતી. 2019 માં, મેક્સ પ્લેન્ક ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ફોર સોલિડ સ્ટેટ રિસર્ચ ખાતે સતત-તરંગ લેસર્સનો ઉપયોગ કરીને સ્રોતોના બાષ્પીભવનની પુનઃ શોધ કરવામાં આવી હતી અને તેને "થર્મલ લેસર એપિટેક્સી" નામ આપવામાં આવ્યું હતું. આ નવી તકનીક ઉચ્ચ-શક્તિ સતત-તરંગ લેસરો (સામાન્ય રીતે 1000 એનએમની તરંગલંબાઇ પર લગભગ 1 કિલોવોટની ટોચની શક્તિઓ સાથે) દ્વારા પ્રકાશિત તાત્વિક સ્રોતોનો ઉપયોગ કરે છે, આમ કાર્બન અને ટંગસ્ટન જેવી ઓછી-વરાળ-દબાણ સામગ્રીના સંચયને મંજૂરી આપે છે જ્યારે સંયોજન સ્રોતોમાંથી એકરૂપ બાષ્પીભવનની સમસ્યાઓને ટાળે છે. સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ થર્મલ લેસર એપિટેક્સ-મેક્સ પ્લેન્ક ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ફોર સોલિડ સ્ટેટ રિસર્ચ થિન ફિલ્મ ડિપોઝિશન સેમિકન્ડક્ટર ડિવાઇસ ફેબ્રિકેશન ક્રિસ્ટલોગ્રાફી સ્ફટિક વૃદ્ધિની પદ્ધતિઓ