High-power impulse magnetron sputtering
ہائی پاور امپلس میگنیٹرون سپٹرنگ (ایچ آئی پی آئی ایم ایس یا ایچ آئی پی آئی ایم ایس، جسے ہائی پاور پلسڈ میگنیٹرون سپٹرنگ، ایچ پی پی ایم ایس بھی کہا جاتا ہے) پتلی فلموں کے جسمانی بخارات کے جمع ہونے کا ایک طریقہ ہے جو میگنیٹرون سپٹر کے جمع ہونے پر مبنی ہے۔ ایچ آئی پی آئی ایم ایس 10 فیصد سے کم ڈیوٹی سائیکل (آن/آف ٹائم تناسب) پر دسیوں مائیکرو سیکنڈ کی مختصر دالوں (محرکات) میں کلو واٹ cm−2 کی ترتیب کی انتہائی اعلی طاقت کی کثافت کا استعمال کرتا ہے۔ ایچ آئی پی آئی ایم ایس کی امتیازی خصوصیات بکھرے ہوئے دھات کی اعلی درجے کی آئنائزیشن اور سالماتی گیس کی علیحدگی کی اعلی شرح ہے جس کے نتیجے میں جمع شدہ فلموں کی زیادہ کثافت ہوتی ہے۔ آئنائزیشن اور ڈس ایسوسی ایشن کی ڈگری چوٹی کیتھوڈ پاور کے مطابق بڑھتی ہے۔ حد کا تعین چمک سے آرک مرحلے میں خارج ہونے والے مادہ کی منتقلی سے ہوتا ہے۔ چوٹی کی طاقت اور ڈیوٹی سائیکل کا انتخاب کیا جاتا ہے تاکہ اوسط کیتھوڈ طاقت کو روایتی سپٹرنگ (1-10 W ⋅ cm−2) کی طرح برقرار رکھا جا سکے۔ ایچ آئی پی آئی ایم ایس کا استعمال اس لیے کیا جاتا ہے: ہائی مائیکرو اسٹرکچر ڈینسٹی کے ساتھ پتلی فلموں کے کوٹنگ ڈیپوزیشن (سبسٹریٹ ایچچنگ) کے جمع ہونے سے پہلے سبسٹریٹ کی پری ٹریٹمنٹ کو بڑھانے کے لیے ایچ آئی پی آئی ایم ایس پلازما ڈسچارج ایچ آئی پی آئی ایم ایس پلازما ایک چمکدار خارج ہونے والے مادہ سے پیدا ہوتا ہے جہاں خارج ہونے والے مادہ کی موجودہ کثافت کئی اے۔ سینٹی میٹر۔ 2 تک پہنچ سکتی ہے، جبکہ خارج ہونے والے مادہ کا وولٹیج کئی سو وولٹ پر برقرار رہتا ہے۔ خارج ہونے والا مادہ یکساں طور پر کیتھوڈ (ہدف) کی سطح پر تقسیم ہوتا ہے تاہم موجودہ کثافت کی ایک خاص حد سے اوپر یہ تنگ آئنائزیشن زونوں میں مرتکز ہو جاتا ہے جو ہدف کے کٹاؤ "ریس ٹریک" کے نام سے جانے والے راستے پر چلتے ہیں۔ ایچ آئی پی آئی ایم ایس 1013 آئنوں کی ترتیب کا ایک اعلی کثافت والا پلازما پیدا کرتا ہے جس میں ہدف دھات کے آئنوں کے اعلی حصے ہوتے ہیں۔ آئنائزیشن کا اہم طریقہ کار الیکٹران کا اثر ہے، جو چارج کے تبادلے، پھیلاؤ، اور شعلوں میں پلازما کے اخراج کے ذریعے متوازن ہوتا ہے۔ آئنائزیشن کی شرح پلازما کی کثافت پر منحصر ہے۔ دھات کے بخارات کی آئنائزیشن ڈگری خارج ہونے والے مادہ کی چوٹی موجودہ کثافت کا ایک مضبوط فعل ہے۔ ہائی کرنٹ ڈینسٹیز پر، 2 + اور اس سے زیادہ چارج والے-V کے لیے 5 + تک-بکھرے ہوئے آئن پیدا کیے جا سکتے ہیں۔ 1 + سے زیادہ چارج والی حالتوں والے ہدف آئنوں کی ظاہری شکل ممکنہ ثانوی الیکٹران کے اخراج کے عمل کے لیے ذمہ دار ہے جس میں روایتی چمک کے اخراج میں پائے جانے والے حرکی ثانوی اخراج سے زیادہ اخراج گتانک ہوتا ہے۔ ممکنہ ثانوی الیکٹران کے اخراج کا قیام خارج ہونے والے مادہ کے کرنٹ کو بڑھا سکتا ہے۔ ایچ آئی پی آئی ایم ایس عام طور پر کم ڈیوٹی سائیکل کے ساتھ شارٹ پلس (امپلس) موڈ میں چلایا جاتا ہے تاکہ ہدف اور نظام کے دیگر اجزاء کی زیادہ گرمی سے بچا جا سکے۔ ہر نبض میں خارج ہونے والا مادہ کئی مراحل سے گزرتا ہے: برقی خرابی گیس پلازما دھات پلازما مستحکم حالت، جو اس صورت میں پہنچ سکتی ہے جب دھات کا پلازما اتنا گھنے ہو کہ گیس پلازما پر مؤثر طریقے سے غلبہ حاصل کر سکے۔ سبسٹریٹ پر لاگو ہونے والا منفی وولٹیج (بائیس وولٹیج) سبسٹریٹ سے ٹکرانے والے مثبت چارج شدہ ذرات کی توانائی اور حرکت کی سمت کو متاثر کرتا ہے۔ آن آف سائیکل کی مدت ملی سیکنڈ کی ترتیب پر ہوتی ہے۔ کیونکہ ڈیوٹی سائیکل چھوٹا ہے (<10 ٪)، صرف کم اوسط کیتھوڈ پاور نتیجہ ہے (1-10 kW)۔ ہدف "آف ٹائم" کے دوران ٹھنڈا ہو سکتا ہے، اس طرح عمل کے استحکام کو برقرار رکھتا ہے۔ وہ خارج ہونے والا مادہ جو ایچ آئی پی آئی ایم ایس کو برقرار رکھتا ہے وہ ایک اعلی موجودہ چمک والا خارج ہونے والا مادہ ہے، جو عارضی یا غیر مستحکم ہے۔ ہر نبض ایک نازک مدت تک چمکتی رہتی ہے جس کے بعد یہ آرک ڈسچارج میں منتقل ہو جاتی ہے۔ اگر نبض کی لمبائی کو نازک مدت سے نیچے رکھا جائے تو خارج ہونے والا مادہ غیر معینہ مدت تک مستحکم انداز میں کام کرتا ہے۔ 2008 میں فاسٹ کیمرہ امیجنگ کے ابتدائی مشاہدات کو آزادانہ طور پر ریکارڈ کیا گیا، بہتر درستگی کے ساتھ مظاہرہ کیا گیا، اور اس بات کی تصدیق کی گئی کہ زیادہ تر آئنائزیشن کے عمل مقامی طور پر بہت محدود آئنائزیشن زون میں ہوتے ہیں۔ بہاؤ کی رفتار کو 104 میٹر/سیکنڈ کی ترتیب سے ماپا گیا، جو الیکٹران بہاؤ کی رفتار کا صرف 10 فیصد ہے۔ آٹوموٹو پارٹس، دھاتی کاٹنے کے اوزار اور آرائشی متعلقہ اشیاء جیسے مکینیکل اجزاء پر پتلی فلموں کے جمع ہونے سے پہلے پلازما کے ماحول میں ایچ آئی پی آئی ایم ایس سبسٹریٹ کے ذریعے سبسٹریٹ پری ٹریٹمنٹ کی ضرورت ہوتی ہے۔ سبسٹریٹس کو پلازما میں ڈوبا جاتا ہے اور چند سو وولٹ کے ہائی وولٹیج کے لیے متعصبانہ ہوتا ہے۔ یہ ہائی انرجی آئن بمباری کا سبب بنتا ہے جو کسی بھی آلودگی کو دور کر دیتا ہے۔ ایسے معاملات میں جب پلازما میں دھاتی آئن ہوتے ہیں، تو انہیں سبسٹریٹ میں چند این ایم کی گہرائی تک لگایا جا سکتا ہے۔ ایچ آئی پی آئی ایم ایس کا استعمال اعلی کثافت اور دھاتی آئنوں کے اعلی تناسب کے ساتھ پلازما پیدا کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ کراس سیکشن میں فلم سبسٹریٹ انٹرفیس کو دیکھتے وقت، کوئی بھی صاف انٹرفیس دیکھ سکتا ہے۔ ایپیٹیکس یا ایٹم رجسٹری نائٹرائڈ فلم کے کرسٹل اور دھاتی سبسٹریٹ کے کرسٹل کے درمیان عام ہے جب ایچ آئی پی آئی ایم ایس کو پری ٹریٹمنٹ کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ ایچ آئی پی آئی ایم ایس کا استعمال پہلی بار فروری 2001 میں اے پی کے ذریعے اسٹیل سبسٹریٹس کے پری ٹریٹمنٹ کے لیے کیا گیا ہے۔ ایہیسیرین۔ پری ٹریٹمنٹ کے دوران سبسٹریٹ بائیسنگ ہائی وولٹیج کا استعمال کرتا ہے، جس کے لیے مقصد سے ڈیزائن کردہ آرک کا پتہ لگانے اور دبانے کی ٹیکنالوجی کی ضرورت ہوتی ہے۔ ڈیڈیکیٹڈ ڈی سی سبسٹریٹ بائیسنگ یونٹس سب سے زیادہ ورسٹائل آپشن فراہم کرتے ہیں کیونکہ وہ سبسٹریٹ ایچ کی شرحوں کو زیادہ سے زیادہ کرتے ہیں، سبسٹریٹ کے نقصان کو کم سے کم کرتے ہیں، اور متعدد کیتھوڈ والے سسٹمز میں کام کر سکتے ہیں۔ ایک متبادل ماسٹر غلام ترتیب میں ہم آہنگ دو ایچ آئی پی آئی ایم ایس پاور سپلائیز کا استعمال ہے: ایک ڈسچارج کو قائم کرنے کے لیے اور ایک ایچ آئی پی آئی ایم ایس کے ذریعے پلسڈ سبسٹریٹ بائیس پتلی فلم جمع کرنے کے لیے۔ ہلکی فلمیں جو ایچ آئی پی آئی ایم ایس کے ذریعے ڈسچارج کرنٹ ڈینسٹی> 0.5 اے ⋅ سی ایم − 2 پر جمع کی جاتی ہیں ان میں ایک گھنے کالم نما ڈھانچہ ہوتا ہے جس میں کوئی خلا نہیں ہوتا ہے۔ ایچ آئی پی آئی ایم ایس کے ذریعہ تانبے کی فلموں کے جمع ہونے کی اطلاع پہلی بار وی کوزنیتسوو نے 1:1.2 ٹرانزیشن میٹل نائٹرائڈ (سی آر این) پتلی فلموں کے پہلو تناسب کے ساتھ 1 ایم کیو ایم ویاس کو بھرنے کے اطلاق کے لیے ایچ آئی پی آئی ایم ایس کے ذریعے پہلی بار فروری 2001 میں اے پی کے ذریعے جمع کی گئی تھی۔ ایہیسیرین۔ ٹی ای ایم کے ذریعے ایچ آئی پی آئی ایم ایس کے ذریعے جمع کی گئی فلموں کی پہلی مکمل تحقیقات نے ایک گھنے مائیکرو اسٹرکچر کا مظاہرہ کیا، جو بڑے پیمانے کے نقائص سے پاک ہے۔ فلموں میں زیادہ سختی، اچھی کٹاؤ مزاحمت اور کم سلائڈنگ پہننے کا گتانک تھا۔ اس کے بعد ایچ آئی پی آئی ایم ایس ہارڈ ویئر کی تجارتی کاری نے ٹیکنالوجی کو وسیع تر سائنسی برادری کے لیے قابل رسائی بنا دیا اور کئی شعبوں میں پیش رفت کو جنم دیا۔ ری ایکٹیو ہائی پمز اسی طرح جو روایتی ری ایکٹیو سپٹر جمع کرنے کے عمل میں دیکھا جاتا ہے، ہائی پمز کا استعمال کئی سبسٹریٹس پر آکسائڈ یا نائٹرائڈ پر مبنی فلمیں حاصل کرنے کے لیے بھی کیا گیا ہے، جیسا کہ نیچے دی گئی فہرست میں دیکھا گیا ہے۔ تاہم، چونکہ یہ ان طریقوں کی خصوصیت ہے، اس طرح کے بیانات کی کارکردگی میں نمایاں ہسٹیریسیس ہوتا ہے اور زیادہ سے زیادہ آپریشن پوائنٹس کا معائنہ کرنے کے لیے احتیاط سے جانچ پڑتال کی ضرورت ہوتی ہے۔ رد عمل والے ہائی پی آئی ایم ایس کے اہم جائزے اے اینڈرز اور کبرٹ اور دیگر نے شائع کیے۔ جمع کرنے کی مثالیں درج ذیل مواد، دوسروں کے درمیان، ایچ آئی پی آئی ایم ایس کے ذریعے کامیابی کے ساتھ جمع کیے گئے ہیں: کٹاؤ مزاحم: سی آر این/این بی این نانوسکل ملٹی لیئر آکسیڈیشن مزاحم: سی آر اے ایل وائی این/سی آر این نانوسکل ملٹی لیئر، ٹی-ال-سی-این، سی آر-ال-سی-این نانو کمپوزٹ آپٹیکل: اے جی، ٹی او او 2، زیڈ این او، آئی این ایس این او، زیڈ آر او 2، سی یو این جی اے ایس ای میکس مراحل: ٹی آئی ایس آئی سی مائیکرو الیکٹرانکس: سی یو، ٹی، ٹی این، ٹی اے این، ٹی اے این ہارڈ پہلی ایچ آئی پی آئی ایم ایس کوٹنگ یونٹس 2006 میں مارکیٹ میں نمودار ہوئیں۔ ایپل آئی فون 12 پرو کا گولڈ ورژن اس عمل کو ساختی سٹینلیس سٹیل بینڈ پر استعمال کرتا ہے جو ڈیوائس کے اینٹینا سسٹم کے طور پر بھی کام کرتا ہے۔ فوائد ایچ آئی پی آئی ایم ایس کوٹنگز کے اہم فوائد میں ایک گھنے کوٹنگ مورفولوجی اور روایتی پی وی ڈی کوٹنگز کے مقابلے ینگ کے ماڈیولس میں سختی کا بڑھتا ہوا تناسب شامل ہے۔ جبکہ موازنہ روایتی نینو ساختہ کوٹنگز میں 25 جی پی اے کی سختی اور 460 جی پی اے کا ینگ ماڈیولس ہوتا ہے، نئی ایچ آئی پی آئی ایم ایس کوٹنگ کی سختی 368 جی پی اے کے ینگ ماڈیولس کے ساتھ 30 جی پی اے سے زیادہ ہوتی ہے۔ سختی اور ینگ کے ماڈیولس کے درمیان تناسب کوٹنگ کی سختی کی خصوصیات کا ایک پیمانہ ہے۔ مطلوبہ حالت نسبتا چھوٹے ینگ ماڈیولس کے ساتھ زیادہ سختی ہے، جیسے کہ ایچ آئی پی آئی ایم ایس کوٹنگز میں پایا جا سکتا ہے۔ حال ہی میں، بائیو میڈیکل ایپلی کیشنز کے لیے ایچ آئی پی آئی ایم ایس لیپت سطحوں کی جدید ایپلی کیشنز کی اطلاع آرٹیمی اور دیگر نے دی تھی۔ پلازما (طبیعیات) مضامین کی فہرست بھی دیکھیں حوالہ جات مزید پڑھنا بیرونی لنکس https://www.cemecon.de/us-en/coating-plants/cc-800-hipims http://www.advanced-energy.com/en/SOLVIX.html http://materials.shu.ac.uk/ncpvd http://www.ifm.liu.se/plasma/reshppms.html http://www.melec.de http://www.ionautics.com http://www.starfireindustries.com/impulsetrade-pulsed-power-module.html کوٹنگز میٹریل سائنس پلازما ٹیکنالوجی اور ایپلی کیشنز