Thermal laser epitaxy
थर्मल लेजर एपिटैक्सी (टी. एल. ई.) एक भौतिक वाष्प निक्षेपण तकनीक है जो एक सब्सट्रेट पर फिल्मों को विकसित करने के लिए स्थानीय रूप से निरंतर-तरंग लेजर से गर्मी स्रोतों में विकिरण का उपयोग करती है। इस तकनीक को अति-उच्च निर्वात दबाव के तहत या ऑक्साइड फिल्मों को जमा करने के लिए ओजोन जैसे पृष्ठभूमि वातावरण की उपस्थिति में किया जा सकता है। टी. एल. ई. 104-106 डब्ल्यू/से. मी. 2 के बीच शक्ति घनत्व पर काम करता है, जिसके परिणामस्वरूप स्रोत सामग्री का वाष्पीकरण या उदात्तीकरण होता है, जिसमें कोई प्लाज्मा या उच्च-ऊर्जा कण प्रजाति का उत्पादन नहीं होता है। तुलनात्मक रूप से कम शक्ति घनत्व पर काम करने के बावजूद, टी. एल. ई. अपवर्तक धातुओं सहित कम वाष्प दबाव के साथ कई सामग्रियों को जमा करने में सक्षम है, एक ऐसी प्रक्रिया जो आणविक बीम एपिटैक्सी के साथ प्रदर्शन करने के लिए चुनौतीपूर्ण है। भौतिक प्रक्रिया टी. एल. ई. वाष्पीकरण या उदात्तीकरण के माध्यम से वाष्प का प्रवाह उत्पन्न करने के लिए सामग्री के स्रोतों को गर्म करने के लिए निर्वात कक्ष के बाहर स्थित निरंतर-तरंग लेजर (आमतौर पर लगभग 1000 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ) का उपयोग करता है। लेजर द्वारा प्रेरित गर्मी की स्थानीय प्रकृति के कारण, स्रोत का एक हिस्सा तरल अवस्था में बदल सकता है जबकि बाकी ठोस रहता है, जैसे कि स्रोत अपने स्वयं के क्रूसिबल के रूप में कार्य करता है। प्रकाश का मजबूत अवशोषण लेजर-प्रेरित गर्मी को लेजर बीम के छोटे व्यास के माध्यम से अत्यधिक स्थानीयकृत करने का कारण बनता है, जो गर्मी को स्रोत के अक्ष तक सीमित करने का प्रभाव भी डाल सकता है। परिणामस्वरूप अवशोषण कई सामग्रियों के α ~ 105 सेमी-1 के उच्च अवशोषण गुणांक के कारण 2 एनएम के क्रम पर एक विशिष्ट फोटॉन प्रवेश गहराई से मेल खाता है। चालन और विकिरण के माध्यम से गर्मी का नुकसान स्रोत की विकिरणित सतह के करीब उच्च तापमान वाले क्षेत्र को और स्थानीयकृत करता है। हीटिंग का स्थानीयकृत चरित्र टी. एल. ई. द्वारा क्रूसिबल के बिना फ्रीस्टैंडिंग स्रोतों से कई सामग्रियों को उगाने में सक्षम बनाता है। लेजर से स्रोत तक ऊर्जा के सीधे हस्तांतरण के कारण, टी. एल. ई. वाष्पीकरण और आणविक बीम एपिटैक्सी जैसी अन्य वाष्पीकरण तकनीकों की तुलना में अधिक कुशल है, जो आमतौर पर उच्च तापमान तक पहुंचने के लिए तार-आधारित जूल हीटर पर निर्भर करते हैं। स्रोत को गर्म करने से, वाष्प का एक प्रवाह उत्पन्न होता है, जिसके दबाव का अक्सर तापमान के साथ लगभग घातीय संबंध होता है। इसके बाद वाष्प को एक सब्सट्रेट पर जमा किया जाता है, जिसे लेजर के माध्यम से गर्म किया जाता है। यह लेजर-गर्म सब्सट्रेट आणविक बीम एपिटैक्सी के समान अधिशोषण-नियंत्रित विकास विधियों के उपयोग की अनुमति देता है, जो जमा की गई फिल्म के स्टोइकिओमेट्री और तापमान का सटीक नियंत्रण सुनिश्चित करता है। यह सटीक नियंत्रण उच्च-टी. सी. सुपरकंडक्टर्स जैसी जटिल सामग्रियों की पतली-फिल्म विषम संरचनाओं को विकसित करने के लिए मूल्यवान है। वाष्पीकरण कक्ष के बाहर सभी लेजरों को स्थापित करके, इन सीटू हीटरों के उपयोग की तुलना में संदूषण को कम किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप अत्यधिक शुद्ध जमा फिल्म होती हैं। सब्सट्रेट पर पड़ने वाले वाष्प की जमाव दर को आपतित स्रोत लेजर की शक्ति को समायोजित करके नियंत्रित किया जाता है। निक्षेपण दर अक्सर स्रोत तापमान के साथ तेजी से बढ़ती है, जो बदले में आपतित लेजर शक्ति के साथ रैखिक रूप से बढ़ती है। ऑक्सीजन या ओजोन वायुमंडल के जुड़ने के साथ, ऑक्साइड फिल्मों को आसानी से टी. एल. ई. के साथ 10−2 एच. पी. ए. तक के दबाव पर उगाया जा सकता है। इतिहास 1960 में थियोडोर मैमन द्वारा लेजर के आविष्कार के कुछ ही समय बाद, यह जल्दी से पहचाना गया कि एक लेजर पतली फिल्मों को बनाने के लिए वैक्यूम कक्ष में स्रोत सामग्री को वाष्पित करने के लिए एक बिंदु स्रोत के रूप में कार्य कर सकता है। 1965 में, स्मिथ और टर्नर एक रूबी लेजर का उपयोग करके पतली फिल्मों को जमा करने में सफल रहे, जिसके बाद ग्रोह ने 1968 में एक निरंतर-तरंग CO2 लेजर का उपयोग करके पतली फिल्मों को जमा किया। आगे के काम ने प्रदर्शित किया कि लेजर-प्रेरित वाष्पीकरण अस्तरक और अर्धचालक फिल्मों को जमा करने का एक प्रभावी तरीका है। हालांकि, स्टोइकिओमेट्री और जमा की गई फिल्मों की एकरूपता के संबंध में मुद्दे सामने आए, इस प्रकार अन्य तकनीकों द्वारा जमा की गई फिल्मों की तुलना में उनकी गुणवत्ता कम हो गई। उच्च शक्ति घनत्व पर एक स्पंदित लेजर का उपयोग करके पतली फिल्मों के निक्षेपण की जांच करने के प्रयोगों ने स्पंदित लेजर निक्षेपण की नींव रखी, जो एक अत्यंत सफल विकास तकनीक है जिसका आज व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। निरंतर-तरंग लेजर का उपयोग करने वाले प्रयोग बीसवीं शताब्दी के उत्तरार्ध में जारी रहे, जिसमें कम शक्ति घनत्व सहित निरंतर-तरंग लेजर वाष्पीकरण के कई लाभों पर प्रकाश डाला गया, जो संवेदनशील फिल्मों को सतह की क्षति को कम कर सकते हैं। निरंतर-तरंग लेजर का उपयोग करके यौगिक स्रोतों से सर्वांगसम वाष्पीकरण प्राप्त करना चुनौतीपूर्ण साबित हुआ, और फिल्म निक्षेपण आमतौर पर उपलब्ध कम निरंतर तरंग शक्ति घनत्वों के कारण उच्च वाष्प दबाव वाले स्रोतों तक सीमित था। 2019 में, मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर सॉलिड स्टेट रिसर्च में निरंतर-तरंग लेजर का उपयोग करके स्रोतों के वाष्पीकरण की फिर से खोज की गई और इसे "थर्मल लेजर एपिटैक्सी" कहा गया। यह नई तकनीक उच्च-शक्ति निरंतर-तरंग लेजर (आमतौर पर 1000 एनएम की तरंग दैर्ध्य पर लगभग 1 किलोवाट की चरम शक्तियों के साथ) द्वारा प्रकाशित मौलिक स्रोतों का उपयोग करती है, इस प्रकार कार्बन और टंगस्टन जैसी कम-वाष्प-दबाव वाली सामग्री के जमाव की अनुमति देती है, जबकि यौगिक स्रोतों से समरूप वाष्पीकरण के मुद्दों से बचती है। संदर्भ बाहरी लिंक थर्मल लेजर 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