Atomic-terrace low-angle shadowing
اٹامک ٹیرس لو اینگل شیڈوئنگ (اے ٹی ایل اے ایس) ایک سطحی سائنس کی تکنیک ہے جو ویسینل سطح پر مالیکیولر بیم ایپیٹیکس کا استعمال کرتے ہوئے پلینر نانووائر یا نینو ڈاٹ صفوں کی نشوونما کو قابل بناتی ہے۔ اے ٹی ایل اے ایس اس طرح کے نینو اسٹرکچرز کے لیے ٹیمپلیٹ کے طور پر سطح کے موروثی قدم اور چھت کے ڈھانچے کا استعمال کرتا ہے۔ اس تکنیک میں ویسینل سبسٹریٹس پر بہاؤ کے مواد کے کم زاویے کے واقعات شامل ہیں۔ ویسینل سبسٹریٹس جوہری مراحل پر مشتمل ہوتے ہیں جو جوہری مراحل سے الگ ہوتے ہیں۔ اے ٹی ایل اے ایس تکنیک پلازمونک نینو اسٹرکچرز کی اچھی طرح سے متعین پلانر صفوں کی تشکیل کی اجازت دیتی ہے، جن کے طول و عرض لیتھوگرافی کے ذریعہ ناقابل حصول ہیں۔ ایٹموں یا مالیکیولز کی ایک کولیمیٹڈ بیم کو سبسٹریٹ کی طرف مائل زاویے پر بخارات میں تبدیل کیا جاتا ہے۔ اس کی وجہ سے مراحل بیم کا "سایہ" بن جاتے ہیں، اور مالیکیولز صرف ان مراحل کے بے نقاب حصوں پر جذب ہوتے ہیں جو بخارات کی نظر کی براہ راست لکیر میں ہوتے ہیں۔ اس تکنیک کی بنیادی کشش اس کی نسبتا سادگی ہے، کیونکہ اس میں لیتھوگرافی کے متعدد مراحل شامل نہیں ہیں اور اسے دھات، سیمی کنڈکٹر یا آکسائڈ کی سطحوں پر یکساں طور پر لاگو کیا جا سکتا ہے۔ یہ تکنیک ایک "باٹم اپ" نقطہ نظر ہے اور صف کے اندر نینو اسٹرکچرز کی علیحدگی کے ساتھ ساتھ ان کی انفرادی چوڑائی پر بھی زبردست کنٹرول کی اجازت دیتی ہے۔ علیحدگی کو سبسٹریٹ کے جوہری چھتوں کے سائز سے کنٹرول کیا جاتا ہے، جس کا تعین پرنسپل انڈیکس سے اس کے غلط ہونے سے ہوتا ہے ؛ اور نینو اسٹرکچرز کی چوڑائی کو جمع کے مائل زاویے سے کنٹرول کیا جاتا ہے۔ اے ٹی ایل اے ایس کو ایک بہت ہی ورسٹائل تکنیک کے طور پر دکھایا گیا ہے، جس میں دھاتی، نیم موصل اور مقناطیسی نانووائر اور نینو ڈاٹس کی ترقی کا مظاہرہ مختلف قسم کے ماخذ مواد اور سبسٹریٹس کا استعمال کرتے ہوئے کیا گیا ہے۔ بنیادی اصول شکل 1 (اے) "نیچے کی طرف" یعنی بیرونی قدم کے کنارے سے نچلی چھت تک جمع ہونے کا خاکہ دکھاتا ہے۔ بیم اور سطح کے درمیان جمع ہونے کا زاویہ β چھوٹا (1°-3°) ہے تاکہ چھتوں کے کچھ علاقے بیم کے سامنے ہوں، اور دیگر ہندسی طور پر سایہ دار ہوں۔ جمع کرنے کا زاویہ β نینو اسٹرکچر کی چوڑائی کا تعین کرتا ہے، مندرجہ ذیل تعلق کے مطابق: جہاں ڈبلیو نینو اسٹرکچر کی چوڑائی ہے، a ایک قدم کی اونچائی ہے، α غلط زاویہ ہے اور β واقع بیم اور سطح کے درمیان جمع کرنے کا زاویہ ہے (α اور β کو چھوٹا سمجھا جاتا ہے اور ریڈینس میں ماپا جاتا ہے)۔ شکل 1 (بی) اسی طرح کی صورتحال کو ظاہر کرتی ہے، لیکن اس بار سبسٹریٹ کے ساتھ 180 ڈگری گھمایا گیا ہے تاکہ واقع بیم اب "اوپر کی طرف" سمت میں ہو، اور سطح کے تقریبا متوازی ہو۔ اس صورت میں، قدم کے چہرے بانڈنگ سائٹس فراہم کرتے ہیں اور جمع شدہ مواد قدم کے بہاؤ کی ترقی کے طریقہ کار کی طرح قدموں کے ساتھ بڑھتا ہے۔ پندرہ نینو میٹر یا اس سے کم چوڑائی والے نینو وائروں کو اگانے کے لیے، دونوں سمتوں کے لیے جمع ہونے والے درجہ حرارت کا انتخاب اس طرح کیا جانا چاہیے کہ سطح پر ایڈٹموں کا اوسط آزاد راستہ چند نینو میٹر تک محدود ہو۔ تجرباتی ترقی اے ٹی ایل اے ایس نظام اسکول آف فزکس، ٹرینیٹی کالج، ڈبلن میں اپلائیڈ فزکس گروپ کے اندر تیار کیا گیا تھا۔ لیتھوگرافی یا دیگر طریقوں کے مقابلے میں تجرباتی طریقہ کار نسبتا سیدھا ہے، جس کا مطلب ہے کہ صرف معیاری آلات کی ضرورت ہے۔ سیٹ اپ ایک الٹرا ہائی ویکیوم چیمبر (کم 10−10 ٹور رینج میں بیس پریشر) پر مشتمل ہوتا ہے، جس میں نمونہ بخارات کے منبع سے بڑے کام کے فاصلے (40-100 سینٹی میٹر) پر نصب ہوتا ہے۔ یہ بڑا فاصلہ اے ٹی ایل اے ایس تکنیک کے لیے درکار اعلی کولیمیشن فراہم کرتا ہے۔ نمونے کو خود ایک گردش کے مرحلے پر نصب کیا جاتا ہے اور اسے ± 0.5 ڈگری کی درستگی کے ساتھ 200 ڈگری تک جھکایا جا سکتا ہے۔ سبسٹریٹ کو جمع کرنے کے دوران سیمی کنڈکٹر کے نمونے کے ذریعے براہ راست کرنٹ منتقل کرکے یا آکسائڈ کو موصلیت دینے کے لیے سبسٹریٹ کے نیچے ایک علیحدہ حرارتی ورق کے ذریعے کرنٹ چلا کر گرم کیا جا سکتا ہے۔ استعداد نظام کی صلاحیتوں کا تجربہ سب سے پہلے دو قسم کے ویسینل سبسٹریٹس، سٹیپ بنچڈ سی (111) اور α-Al2O3 (0001) پر 10-30 این ایم چوڑے دھاتی نانووائر کی صفوں کو بڑھا کر کیا گیا۔ ان سبسٹریٹس پر اے یو اور اے جی کے جمع ہونے سے 15 این ایم اور 2 این ایم کی چوڑائی اور اونچائی کے ساتھ تاروں کی صفوں کی پیداوار ہوتی ہے، اور تقریبا 30 این ایم سے الگ ہوتی ہے۔ 2008 میں اس کے تعارف کے بعد سے، اے ٹی ایل اے ایس کو کئی سٹیپڈ سبسٹریٹس پر 15 این ایم کی چوڑائی اور 2 این ایم کی موٹائی تک مختلف قسم کے مواد کے نانووائر تیار کرنے کی ایک آسان تکنیک کے طور پر دکھایا گیا ہے۔ حدیں اگرچہ اے ٹی ایل اے ایس ایک ورسٹائل تکنیک ہے، لیکن کچھ حدود موجود ہیں۔ نینو وائروں کی ابتدائی نشوونما بعض ترجیحی جذب کرنے والی جگہوں پر مرکوز ہوتی ہے۔ یہ ایپیٹیکسیل بیج تشکیل دے سکتا ہے، جو ایک دوسرے سے آزادانہ طور پر بڑھتے ہیں، یہاں تک کہ وہ ملتے ہیں، جو مجموعی طور پر پولی کرسٹل لائن تار بناتا ہے۔ یہ پولی کرسٹلینیٹی ہوا کے سامنے آنے پر تار کے استحکام کو متاثر کر سکتی ہے، اور اس کی عیب دار نوعیت کی وجہ سے مزاحمت میں اضافہ کر سکتی ہے۔ یہ تحقیق کا ایک جاری موضوع ہے کہ جالی کے ملاپ کے ذریعے نانووائر کے معیار کو بڑھایا جائے، یا سبسٹریٹ کو گرم کرنے کے ذریعے ابتدائی نقل و حرکت میں اضافہ کیا جائے۔ ان حدود کے باوجود، اے ٹی ایل اے ایس کے 15 این ایم چوڑائی کے نتائج دیگر اتلی زاویہ کی تکنیکوں کے مقابلے میں سائز میں تقریبا پانچ گنا کمی ہے۔ حوالہ جات نینو میٹریل نینو الیکٹرانکس