Thermal laser epitaxy
تھرمل لیزر ایپیٹیکس (ٹی ایل ای) ایک جسمانی بخارات جمع کرنے کی تکنیک ہے جو کسی سبسٹریٹ پر فلمیں اگانے کے لیے مقامی طور پر مسلسل لہر والے لیزرز سے گرمی کے ذرائع تک تابکاری کا استعمال کرتی ہے۔ یہ تکنیک انتہائی اعلی ویکیوم دباؤ کے تحت یا پس منظر کے ماحول کی موجودگی میں انجام دی جا سکتی ہے، جیسے کہ اوزون، آکسائڈ فلمیں جمع کرنے کے لیے۔ ٹی ایل ای 104-106 ڈبلیو/سی ایم 2 کے درمیان طاقت کی کثافت پر کام کرتا ہے، جس کے نتیجے میں ماخذ مواد کی بخارات یا تخفیف ہوتی ہے، جس میں کوئی پلازما یا اعلی توانائی کے ذرہ پرجاتیوں کی پیداوار نہیں ہوتی ہے۔ نسبتا کم طاقت کی کثافت پر کام کرنے کے باوجود، ٹی ایل ای کم بخارات کے دباؤ کے ساتھ بہت سے مواد جمع کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے، بشمول ریفریکٹری دھاتیں، ایک ایسا عمل جو مالیکیولر بیم ایپیٹیکس کے ساتھ انجام دینا مشکل ہے۔ جسمانی عمل ٹی ایل ای مواد کے ذرائع کو گرم کرنے کے لیے ویکیوم چیمبر کے باہر واقع مسلسل لہر لیزرز (عام طور پر تقریبا 1000 این ایم کی طول موج کے ساتھ) کا استعمال کرتا ہے تاکہ بخارات یا تخفیف کے ذریعے بخارات کا بہاؤ پیدا کیا جا سکے۔ لیزر کے ذریعے پیدا ہونے والی حرارت کی مقامی نوعیت کی وجہ سے، ماخذ کا ایک حصہ مائع حالت میں تبدیل ہو سکتا ہے جبکہ باقی ٹھوس رہتا ہے، جیسے کہ ماخذ اپنے مصلوب کے طور پر کام کرتا ہے۔ روشنی کا مضبوط جذب لیزر بیم کے چھوٹے قطر کے ذریعے لیزر سے چلنے والی حرارت کو انتہائی مقامی بنانے کا سبب بنتا ہے، جس سے حرارت کو منبع کے محور تک محدود رکھنے کا اثر بھی پڑ سکتا ہے۔ نتیجے میں جذب بہت سے مواد کے α ~ 105 cm−1 کے اعلی جذب گتانک کی وجہ سے 2 nm کی ترتیب پر ایک عام فوٹون دخول کی گہرائی سے مطابقت رکھتا ہے۔ ترسیل اور تابکاری کے ذریعے حرارت کا نقصان ماخذ کی تابکاری سطح کے قریب اعلی درجہ حرارت والے علاقے کو مزید مقامی بناتا ہے۔ ہیٹنگ کی مقامی نوعیت بہت سے مواد کو ٹی ایل ای کے ذریعہ بغیر کسی مصلوب کے فری اسٹینڈنگ ذرائع سے اگانے کے قابل بناتی ہے۔ لیزر سے ماخذ تک توانائی کی براہ راست منتقلی کی وجہ سے، ٹی ایل ای بخارات کی دیگر تکنیکوں جیسے بخارات اور مالیکیولر بیم ایپیٹیکس کے مقابلے میں زیادہ موثر ہے، جو عام طور پر اعلی درجہ حرارت تک پہنچنے کے لیے تار پر مبنی جول ہیٹرز پر انحصار کرتے ہیں۔ ماخذ کو گرم کرنے سے، بخارات کا ایک بہاؤ پیدا ہوتا ہے، جس کے دباؤ کا اکثر درجہ حرارت سے تقریبا ایکسپونینشیل تعلق ہوتا ہے۔ اس کے بعد بخارات کو ایک سبسٹریٹ پر جمع کیا جاتا ہے، جسے لیزر کے ذریعے گرم کیا جاتا ہے۔ یہ لیزر سے گرم سبسٹریٹ سالماتی بیم ایپیٹیکس کی طرح جذب پر قابو پانے والے نمو کے طریقوں کے استعمال کی اجازت دیتا ہے، جو جمع شدہ فلم کے اسٹیوچیومیٹری اور درجہ حرارت کے عین مطابق کنٹرول کو یقینی بناتا ہے۔ یہ عین مطابق کنٹرول پیچیدہ مواد جیسے ہائی-ٹی سی سپر کنڈکٹرز کی پتلی فلم ہیٹرو اسٹرکچرز کو بڑھانے کے لیے قیمتی ہے۔ تمام لیزرز کو بخارات کے چیمبر سے باہر رکھ کر، ان سیٹو ہیٹرز کے استعمال کے مقابلے میں آلودگی کو کم کیا جا سکتا ہے، جس کے نتیجے میں انتہائی خالص جمع فلمیں بنتی ہیں۔ سبسٹریٹ پر پڑنے والے بخارات کے جمع ہونے کی شرح کو انسیڈنٹ سورس لیزر کی طاقت کو ایڈجسٹ کرکے کنٹرول کیا جاتا ہے۔ ماخذ درجہ حرارت کے ساتھ جمع ہونے کی شرح میں کثرت سے تیزی سے اضافہ ہوتا ہے، جو بدلے میں واقع لیزر پاور کے ساتھ لکیری طور پر بڑھتا ہے۔ آکسیجن یا اوزون ماحول کے اضافے کے ساتھ، آکسائڈ فلموں کو 10−2 ایچ پی اے تک کے دباؤ پر ٹی ایل ای کے ساتھ آسانی سے اگایا جا سکتا ہے۔ تاریخ 1960 میں تھیوڈور میمن کے ذریعے لیزر کی ایجاد کے فورا بعد، یہ جلد ہی تسلیم کر لیا گیا کہ لیزر پتلی فلمیں بنانے کے لیے ویکیوم چیمبر میں ماخذ مواد کو بخارات میں تبدیل کرنے کے لیے ایک نقطہ ذریعہ کے طور پر کام کر سکتا ہے۔ 1965 میں، اسمتھ اور ٹرنر روبی لیزر کا استعمال کرتے ہوئے پتلی فلمیں جمع کرنے میں کامیاب ہوئے، جس کے بعد گروہ نے 1968 میں مسلسل لہر والے CO2 لیزر کا استعمال کرتے ہوئے پتلی فلمیں جمع کیں۔ مزید کام سے یہ ظاہر ہوا کہ لیزر سے چلنے والا بخارات ڈائی الیکٹرک اور سیمی کنڈکٹر فلمیں جمع کرنے کا ایک موثر طریقہ ہے۔ تاہم، اسٹوچیومیٹری اور جمع شدہ فلموں کی یکسانیت کے حوالے سے مسائل پیدا ہوئے، اس طرح دیگر تکنیکوں کے ذریعے جمع کی گئی فلموں کے مقابلے میں ان کے معیار میں کمی واقع ہوئی۔ اعلی طاقت کی کثافت پر پلسڈ لیزر کا استعمال کرتے ہوئے پتلی فلموں کے جمع ہونے کی تحقیقات کے تجربات نے پلسڈ لیزر کے جمع ہونے کی بنیاد رکھی، جو ترقی کی ایک انتہائی کامیاب تکنیک ہے جو آج بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہے۔ مسلسل لہر لیزرز کا استعمال کرتے ہوئے تجربات بیسویں صدی کے آخری نصف میں جاری رہے، جس میں کم طاقت کی کثافت سمیت مسلسل لہر لیزر بخارات کے بہت سے فوائد کو اجاگر کیا گیا، جو حساس فلموں کو سطح کے نقصان کو کم کر سکتے ہیں۔ مسلسل لہر لیزرز کا استعمال کرتے ہوئے مرکب ذرائع سے ہم آہنگ بخارات حاصل کرنا مشکل ثابت ہوا، اور فلم کا جمع ہونا عام طور پر کم مسلسل لہر طاقت کی کثافت کی وجہ سے زیادہ بخارات کے دباؤ والے ذرائع تک محدود تھا۔ 2019 میں، مسلسل لہر لیزرز کا استعمال کرتے ہوئے ذرائع کے بخارات کو میکس پلانک انسٹی ٹیوٹ فار سالڈ اسٹیٹ ریسرچ میں دوبارہ دریافت کیا گیا اور اسے "تھرمل لیزر ایپیٹیکس" کا نام دیا گیا۔ یہ نئی تکنیک اعلی طاقت والے مسلسل لہر والے لیزرز (عام طور پر 1000 این ایم کی طول موج پر تقریبا 1 کلو واٹ کی چوٹی طاقت کے ساتھ) کے ذریعے روشن ہونے والے بنیادی ذرائع کا استعمال کرتی ہے، اس طرح کم بخارات والے مواد جیسے کاربن اور ٹونگسٹن کے جمع ہونے کی اجازت ملتی ہے جبکہ مرکب ذرائع سے ہم آہنگ بخارات کے مسائل سے گریز کیا جاتا ہے۔ حوالہ جات بیرونی روابط تھرمل لیزر ایپیٹیکس-میکس پلانک انسٹی ٹیوٹ فار سالڈ اسٹیٹ ریسرچ پتلی فلم جمع سیمی کنڈکٹر ڈیوائس من گھڑت کرسٹلگرافی کرسٹل کی نشوونما کے طریقے