कणक्षेपक निक्षेपण

कणक्षेपक निक्षेपण कणक्षेपण की घटना द्वारा पतली फिल्म निक्षेपण की एक भौतिक वाष्प निक्षेपण (पीवीडी) विधि है। इसमें एक लक्ष्य से सामग्री को बाहर निकालना सम्मिलित है जो एक कार्यद्रव्य पर एक स्रोत है जैसे कि सिलिकॉन पटलिका(इलेक्ट्रॉनिक्स)। Resputtering आयन या परमाणु बमबारी द्वारा निक्षेपण प्रक्रिया के दौरान जमा सामग्री का पुन: उत्सर्जन है। लक्ष्य से निकाले गए कणक्षेपक वाले परमाणुओं का व्यापक ऊर्जा वितरण होता है, सामान्यतः दसियों इलेक्ट्रॉनवोल्ट (100,000 केल्विन) तक। कणक्षेपक किए गए आयन (सामान्यतः उत्सर्जित कणों का केवल एक छोटा सा अंश आयनीकरण होता है - 1 प्रतिशत के क्रम में) सीधी रेखाओं में लक्ष्य से उड़ान भर सकता है और सबस्ट्रेट्स या निर्वात चैंबर (प्रतिस्पर्धी के कारण) पर ऊर्जावान रूप से प्रभाव डाल सकता है। वैकल्पिक रूप से, उच्च गैस दबावों पर, आयन गैस परमाणुओं से टकराते हैं जो एक संचालक के रूप में कार्य करते हैं और अलग-अलग चलते हैं, सबस्ट्रेट्स या निर्वात कक्ष की दीवार तक पहुंचते हैं और एक यादृच्छिक चलने के बाद संघनित होते हैं। उच्च-ऊर्जा बैलिस्टिक प्रभाव से लेकर कम-ऊर्जा तापीयकृत गति तक की पूरी श्रृंखला पृष्ठभूमि गैस के दबाव को बदलकर सुलभ है। कणक्षेपण  गैस प्रायः आर्गन जैसी अक्रिय गैस होती है। कुशल संवेग हस्तांतरण के लिए, कणक्षेपण  गैस का परमाणु भार लक्ष्य के परमाणु भार के करीब होना चाहिए, इसलिए कणक्षेपण  के लिए हल्के तत्व नियोन बेहतर होते हैं, जबकि भारी तत्वों के लिए  क्रीप्टोण  या क्सीनन का उपयोग किया जाता है। यौगिकों को कणक्षेपक करने के लिए प्रतिक्रियाशील गैसों का भी उपयोग किया जा सकता है। प्रक्रिया मापदंडों के आधार पर यौगिक को लक्ष्य सतह, इन-फ्लाइट या कार्यद्रव्य पर बनाया जा सकता है। कणक्षेपक निक्षेपण  को नियंत्रित करने वाले कई मापदंडों की उपलब्धता इसे एक जटिल प्रक्रिया बनाती है, लेकिन विशेषज्ञों को फिल्म के विकास और माइक्रोस्ट्रक्चर पर बड़े पैमाने पर नियंत्रण की अनुमति भी देती है।

उपयोग करता है
कणक्षेपक निक्षेपण के शुरुआती व्यापक व्यावसायिक अनुप्रयोगों में से एक, जो अभी भी इसके सबसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में से एक है, कंप्यूटर हार्ड डिस्क ड्राइव के उत्पादन में है। एकीकृत सर्किट प्रसंस्करण में विभिन्न सामग्रियों की पतली फिल्मों को जमा करने के लिए अर्धचालक उद्योग में कणक्षेपण  का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। प्रकाशिकी अनुप्रयोगों के लिए कांच पर पतली प्रति-परावर्तन कोटिंग्स भी कणक्षेपण  द्वारा जमा की जाती हैं। उपयोग किए गए कम कार्यद्रव्य तापमान के कारण, पतली पतली फिल्म वाला ट्रांजिस्टर के लिए संपर्क धातुओं को जमा करने के लिए कणक्षेपण  एक आदर्श तरीका है। कणक्षेपण  का एक अन्य परिचित अनुप्रयोग कांच पर कम-उत्सर्जन कोटिंग है, जिसका उपयोग डबल-फलक विंडो असेंबली में किया जाता है। कोटिंग एक बहुपरत है जिसमें जस्ता ऑक्साइड, ज़िंक ऑक्साइड या  रंजातु डाइऑक्साइड  जैसे चांदी और धातु ऑक्साइड होते हैं। एक बड़े उद्योग ने टाइटेनियम नाइट्राइड जैसे स्पटरेड नाइट्राइड का उपयोग करके टूल बिट कोटिंग के आसपास विकसित किया है, जो परिचित सोने के रंग का कठोर कोट बनाता है। सीडी और डीवीडी के निर्माण के दौरान कणक्षेपण  का उपयोग धातु (जैसे एल्यूमीनियम) परत को जमा करने की प्रक्रिया के रूप में भी किया जाता है।

हार्ड डिस्क सतहें स्पटरेड CrO का उपयोग करती हैंx व अन्य बिखरी सामग्री। कणक्षेपण ऑप्टिकल  waveguides  के निर्माण की मुख्य प्रक्रियाओं में से एक है और कुशल फोटोवोल्टिक सौर सेल बनाने का एक और तरीका है।

2022 में, IMEC के शोधकर्ताओं ने सीएमओएस-संगत फैब्रिकेशन तकनीकों जैसे कणक्षेपण निक्षेपण  और सबट्रैक्टिव ईच का उपयोग करते हुए 100 माइक्रोसेकंड|µs से अधिक सुसंगतता समय और 99.94% की औसत सिंगल-क्विबिट गेट फिडेलिटी के साथ लैब  अतिचालक  क्विबिट का निर्माण किया।

कणक्षेपक कोटिंग
स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी में कणक्षेपक कोटिंग एक कणक्षेपक निक्षेपण प्रक्रिया है संचालन सामग्री की एक पतली परत के साथ एक नमूना को कवर करने के लिए, सामान्यतः एक धातु, जैसे कि सोना/ दुर्ग  (Au/Pd) मिश्र धातु। पारंपरिक SEM मोड (उच्च वैक्यूम, उच्च वोल्टेज) में एक इलेक्ट्रॉन बीम के साथ एक नमूने को चार्ज करने से रोकने के लिए एक प्रवाहकीय कोटिंग की आवश्यकता होती है। जबकि मेटल कोटिंग सिग्नल-टू-शोर अनुपात को बढ़ाने के लिए भी उपयोगी हैं (भारी धातुएं अच्छे माध्यमिक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जक हैं), जब एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग किया जाता है तो वे निम्न गुणवत्ता वाले होते हैं। इस कारण से एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करते समय कार्बन कोटिंग को प्राथमिकता दी जाती है।

अन्य बयान विधियों के साथ तुलना
कणक्षेपक निक्षेपण का एक महत्वपूर्ण लाभ यह है कि बहुत अधिक गलनांक वाली सामग्री भी आसानी से कणक्षेपक जाती है, जबकि एक प्रतिरोध बाष्पीकरणकर्ता या नुडसन सेल  में इन सामग्रियों का वाष्पीकरण समस्याग्रस्त या असंभव है। कणक्षेपक जमा फिल्मों की संरचना स्रोत सामग्री के करीब होती है। अंतर अलग-अलग तत्वों के अलग-अलग द्रव्यमान के कारण अलग-अलग फैलने के कारण होता है (प्रकाश तत्व गैस द्वारा अधिक आसानी से विक्षेपित हो जाते हैं) लेकिन यह अंतर स्थिर है। कणक्षेपक वाली फिल्मों में सामान्यतः  वाष्पीकरण (जमाव) फिल्मों की तुलना में कार्यद्रव्य पर बेहतर आसंजन होता है। एक लक्ष्य में बड़ी मात्रा में सामग्री होती है और अल्ट्राहाई निर्वात अनुप्रयोगों के लिए तकनीक को अनुकूल बनाने वाली रखरखाव मुक्त होती है। कणक्षेपण  स्रोतों में कोई गर्म भाग नहीं होता है (गर्मी से बचने के लिए वे सामान्यतः  पानी से ठंडा होते हैं) और ऑक्सीजन जैसी प्रतिक्रियाशील गैसों के अनुकूल होते हैं। कणक्षेपण  को ऊपर से नीचे किया जा सकता है जबकि वाष्पीकरण को नीचे से ऊपर किया जाना चाहिए। एपिटैक्सियल ग्रोथ जैसी उन्नत प्रक्रियाएं संभव हैं।

कणक्षेपण प्रक्रिया के कुछ नुकसान यह हैं कि फिल्म की संरचना के लिए लिफ्ट-ऑफ (माइक्रोटेक्नोलॉजी) | लिफ्ट-ऑफ के साथ संयोजन करना अधिक कठिन है। इसका कारण यह है कि विसरित परिवहन, कणक्षेपण  की विशेषता, पूर्ण छाया को असंभव बना देता है। इस प्रकार, जहां परमाणु जाते हैं वहां पूरी तरह से प्रतिबंधित नहीं किया जा सकता है, जिससे संदूषण की समस्या हो सकती है। इसके अलावा, स्पंदित [[ लेज़र  जमाव]] की तुलना में परत-दर-परत वृद्धि के लिए सक्रिय नियंत्रण मुश्किल है और बढ़ती फिल्म में अक्रिय कणक्षेपण  गैसों को अशुद्धियों के रूप में बनाया जाता है। स्पंदित लेजर निक्षेपण  कणक्षेपण  निक्षेपण  तकनीक का एक प्रकार है जिसमें कणक्षेपण  के लिए लेजर बीम का उपयोग किया जाता है। स्पंदित लेजर निक्षेपण  प्रक्रिया के दौरान कणक्षेपक और रेस्प्यूटेड आयनों और पृष्ठभूमि गैस की भूमिका की पूरी तरह से जांच की जाती है।

कणक्षेपक निक्षेपण के प्रकार
कणक्षेपण स्रोत प्रायः मैग्नेट्रान का उपयोग करते हैं जो कणक्षेपक लक्ष्य की सतह के करीब आवेशित प्लाज्मा कणों को सीमित करने के लिए मजबूत विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करते हैं। एक चुंबकीय क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉन चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के चारों ओर पेचदार पथ का अनुसरण करते हैं, लक्ष्य सतह के पास गैसीय न्यूट्रल के साथ अधिक आयनकारी टक्करों से गुजरते हैं, अन्यथा ऐसा नहीं होता। (जैसा कि लक्ष्य सामग्री समाप्त हो जाती है, एक रेसट्रैक अपरदन प्रोफ़ाइल लक्ष्य की सतह पर दिखाई दे सकती है।) कणक्षेपक गैस सामान्यतः  आर्गन जैसी एक अक्रिय गैस होती है। इन टक्करों के परिणामस्वरूप निर्मित अतिरिक्त आर्गन आयन उच्च निक्षेपण दर की ओर ले जाते हैं। प्लाज्मा (भौतिकी) को भी कम दबाव में इस तरह से बनाए रखा जा सकता है। थूकने वाले परमाणु न्यूट्रल चार्ज होते हैं और इसलिए चुंबकीय जाल से अप्रभावित रहते हैं। इंसुलेटिंग लक्ष्यों पर चार्ज बिल्ड-अप को आरएफ कणक्षेपण  के उपयोग से टाला जा सकता है जहां एनोड-कैथोड पूर्वाग्रह का संकेत उच्च दर (सामान्यतः  आईएसएम बैंड|13.56 मेगाहर्ट्ज) पर भिन्न होता है। आरएफ कणक्षेपण  अत्यधिक इन्सुलेट ऑक्साइड फिल्मों का उत्पादन करने के लिए अच्छी तरह से काम करता है लेकिन आरएफ बिजली आपूर्ति और प्रतिबाधा मिलान नेटवर्क के अतिरिक्त खर्च के साथ। फेरोमैग्नेटिक टारगेट से लीक होने वाले आवारा चुंबकीय क्षेत्र भी कणक्षेपण  प्रक्रिया को परेशान करते हैं। असामान्य रूप से मजबूत स्थायी चुम्बकों के साथ विशेष रूप से डिज़ाइन की गई कणक्षेपक गन का प्रायः मुआवजे में उपयोग किया जाना चाहिए।

आयन-बीम कणक्षेपण
आयन-बीम कणक्षेपण (IBS) एक ऐसी विधि है जिसमें लक्ष्य आयन स्रोत के बाहर होता है। एक स्रोत बिना किसी चुंबकीय क्षेत्र के काम कर सकता है जैसे गर्म फिलामेंट आयनीकरण गेज में। एक हेरोल्ड आर. कॉफ़मैन स्रोत आयनों में इलेक्ट्रॉनों के साथ टकराव से उत्पन्न होते हैं जो एक चुंबक के रूप में एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा सीमित होते हैं। फिर वे एक ग्रिड से एक लक्ष्य की ओर निकलने वाले विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित होते हैं। जैसे ही आयन स्रोत छोड़ते हैं, वे दूसरे बाहरी फिलामेंट से इलेक्ट्रॉनों द्वारा बेअसर हो जाते हैं। आईबीएस का एक फायदा यह है कि आयनों की ऊर्जा और प्रवाह को स्वतंत्र रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। चूंकि फ्लक्स जो लक्ष्य पर हमला करता है वह तटस्थ परमाणुओं से बना होता है, या तो इन्सुलेट या संचालन करने वाले लक्ष्यों को कणक्षेपक किया जा सकता है। IBS ने हार्ड ड्राइव के लिए थिन-फिल्म हेड्स के निर्माण में आवेदन पाया है। आयन स्रोत और नमूना कक्ष के बीच एक दबाव प्रवणता स्रोत पर गैस इनलेट रखकर और एक ट्यूब के माध्यम से नमूना कक्ष में शूटिंग करके उत्पन्न होती है। यह गैस बचाता है और अति उच्च निर्वात अनुप्रयोगों में संदूषण को कम करता है। IBS की प्रमुख कमी आयन स्रोत को चालू रखने के लिए आवश्यक रखरखाव की बड़ी मात्रा है।

प्रतिक्रियाशील कणक्षेपण
प्रतिक्रियाशील कणक्षेपण में, एक लक्ष्य सामग्री से निकलने वाले कण एक रासायनिक प्रतिक्रिया से गुजरते हैं, जिसका उद्देश्य एक निश्चित कार्यद्रव्य पर एक अलग संरचना के साथ एक फिल्म जमा करना है। रासायनिक प्रतिक्रिया जो कणों से गुजरती है, क्रमशः ऑक्साइड और नाइट्राइड फिल्मों के उत्पादन को सक्षम करने वाली ऑक्सीजन या नाइट्रोजन जैसे कणक्षेपण  कक्ष में प्रस्तुत की गई प्रतिक्रियाशील गैस के साथ होती है। प्रक्रिया में एक अतिरिक्त तत्व की शुरूआत, यानी प्रतिक्रियाशील गैस का वांछित निक्षेपण  में महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, जिससे आदर्श कार्य बिंदुओं को खोजना अधिक कठिन हो जाता है। इसी तरह, प्रतिक्रियाशील-आधारित कणक्षेपण  प्रक्रियाओं का व्यापक बहुमत एक हिस्टैरिसीस-जैसे व्यवहार की विशेषता है, इस प्रकार इसमें सम्मिलित मापदंडों के उचित नियंत्रण की आवश्यकता होती है, उदा। इसे कम करने के लिए काम करने (या निष्क्रिय) और प्रतिक्रियाशील गैसों का आंशिक दबाव। बर्ग एट अल। कणक्षेपण  प्रक्रियाओं में प्रतिक्रियाशील गैस के अतिरिक्त प्रभाव का अनुमान लगाने के लिए एक महत्वपूर्ण मॉडल, यानी बर्ग मॉडल प्रस्तावित किया। सामान्यतः, प्रतिक्रियाशील गैस के सापेक्ष दबाव और प्रवाह का प्रभाव वांछित कार्यद्रव्य पर लक्ष्य के क्षरण और फिल्म की निक्षेपण  दर के अनुसार अनुमानित किया गया था। फिल्म की संरचना को निष्क्रिय और प्रतिक्रियाशील गैसों के सापेक्ष दबावों को बदलकर नियंत्रित किया जा सकता है। सी एन में तनाव जैसे कार्यात्मक गुणों के अनुकूलन के लिए फिल्म स्टोइकोमेट्री एक महत्वपूर्ण पैरामीटर हैx और SiO के अपवर्तन का सूचकांकx.

आयन-सहायता प्राप्त निक्षेपण
आयन-समर्थित निक्षेपण (IAD) में, कार्यद्रव्य कणक्षेपक गन की तुलना में कम शक्ति पर चलने वाले द्वितीयक आयन बीम के संपर्क में है। सामान्यतः  एक कॉफमैन स्रोत, जैसा कि IBS में उपयोग किया जाता है, द्वितीयक बीम की आपूर्ति करता है। आईएडी का उपयोग हीरे में कार्बन को जमा करने के लिए किया जा सकता है। एक कार्यद्रव्य पर हीरा जैसा रूप। कार्यद्रव्य पर उतरने वाला कोई भी कार्बन परमाणु जो हीरे के क्रिस्टल जाली में ठीक से बंधने में विफल रहता है, उसे द्वितीयक बीम द्वारा खटखटाया जाएगा। 1980 के दशक में नासा ने इस तकनीक का प्रयोग टर्बाइन ब्लेड पर हीरे की फिल्मों को जमा करने के प्रयोग के लिए किया था। IAD का उपयोग अन्य महत्वपूर्ण औद्योगिक अनुप्रयोगों में किया जाता है जैसे कि हार्ड डिस्क प्लैटर पर डायमंड जैसी कार्बन सतह कोटिंग्स और मेडिकल इम्प्लांट्स पर हार्ड ट्रांज़िशन मेटल नाइट्राइड कोटिंग्स बनाना।



उच्च-लक्ष्य-उपयोग कणक्षेपण (HiTUS)
कणक्षेपण उच्च घनत्व वाले प्लाज़्मा के दूरस्थ उत्पादन द्वारा भी किया जा सकता है। प्लाज्मा (भौतिकी) मुख्य प्रक्रिया कक्ष में खुलने वाले एक साइड चैंबर में उत्पन्न होता है, जिसमें लक्ष्य और सबस्ट्रेट (सामग्री विज्ञान) को लेपित किया जाता है। चूंकि प्लाज्मा दूरस्थ रूप से उत्पन्न होता है, और लक्ष्य से ही नहीं (पारंपरिक मैग्नेट्रॉन कणक्षेपण  के रूप में), लक्ष्य के लिए आयन वर्तमान लक्ष्य पर लागू वोल्टेज से स्वतंत्र होता है।

हाई-पावर इम्पल्स मैग्नेट्रॉन कणक्षेपण (HiPIMS)
HiPIMS पतली फिल्मों के भौतिक वाष्प निक्षेपण के लिए एक विधि है जो मैग्नेट्रॉन कणक्षेपक निक्षेपण पर आधारित है। HiPIMS kW/cm के क्रम के अत्यंत उच्च शक्ति घनत्व का उपयोग करता है2 <10% के कम कर्तव्य चक्र पर दसियों माइक्रोसेकंड की छोटी दालों (आवेगों) में।

गैस का प्रवाह कणक्षेपण
गैस प्रवाह कणक्षेपण खोखले कैथोड प्रभाव का उपयोग करता है, वही प्रभाव जिसके द्वारा खोखले कैथोड लैंप संचालित होते हैं। गैस के प्रवाह में, आर्गन जैसी कार्यशील गैस के कणक्षेपण  को एक ऋणात्मक विद्युत क्षमता के अधीन धातु में एक उद्घाटन के माध्यम से ले जाया जाता है।  उन्नत प्लाज्मा (भौतिकी) # आयनीकरण की डिग्री खोखले कैथोड में होती है, यदि कक्ष पी में दबाव और खोखले कैथोड के एक विशिष्ट आयाम एल पासचेन के कानून 0.5 Pa·m < p·L < 5 Pa·m का पालन करते हैं। यह आसपास की सतहों पर आयनों के एक उच्च प्रवाह और एक बड़े कणक्षेपक प्रभाव का कारण बनता है। खोखले-कैथोड आधारित गैस प्रवाह कणक्षेपण  इस प्रकार कुछ माइक्रोग्राम / मिनट के मूल्यों तक बड़ी जमा दर से जुड़ा हो सकता है।

संरचना और आकारिकी
1974 में जे. ए. थॉर्नटन ने कणक्षेपक निक्षेपण के लिए पतली फिल्म आकारिकी के विवरण के लिए संरचना क्षेत्र मॉडल लागू किया। डीसी कणक्षेपण द्वारा तैयार धातु की परतों पर एक अध्ययन में, उन्होंने थिन फिल्म#भौतिक निक्षेपण के लिए मोवचन और डेमचिशिन द्वारा शुरू की गई संरचना क्षेत्र अवधारणा का विस्तार किया। थॉर्नटन ने एक और संरचना क्षेत्र टी प्रस्तुत किया, जो कम आर्गन दबावों पर देखा गया था और घने रेशेदार अनाज की विशेषता थी। इस विस्तार का सबसे महत्वपूर्ण बिंदु दबाव p पर निर्णायक प्रक्रिया पैरामीटर के रूप में जोर देना था। विशेष रूप से, यदि अतितापीय तकनीकों जैसे कणक्षेपण  आदि का उपयोग स्रोत परमाणुओं के उर्ध्वपातन (रसायन विज्ञान) के लिए किया जाता है, तो दबाव औसत मुक्त पथ के माध्यम से ऊर्जा वितरण को नियंत्रित करता है जिसके साथ वे बढ़ती फिल्म की सतह पर टकराते हैं। निक्षेपण तापमान के आगे Tdएक बयान प्रक्रिया पर विचार करते समय कक्ष दबाव या औसत मुक्त पथ हमेशा निर्दिष्ट किया जाना चाहिए।

चूंकि कणक्षेपक निक्षेपण प्लाज्मा-सहायता प्राप्त प्रक्रियाओं के समूह से संबंधित है, तटस्थ परमाणुओं के बगल में भी आवेशित प्रजातियां (जैसे आर्गन आयन) बढ़ती फिल्म की सतह से टकराती हैं, और यह घटक एक बड़ा प्रभाव डाल सकता है। जे द्वारा आने वाले आयनों और परमाणुओं के प्रवाह को नकारनाiऔर जेa, यह पता चला कि जे का परिमाणi/जेaअनुपात फिल्म में प्राप्त सूक्ष्म संरचना और आकारिकी पर निर्णायक भूमिका निभाता है। आयन बमबारी का प्रभाव मात्रात्मक रूप से संरचनात्मक मापदंडों जैसे क्रिस्टलीय या बनावट (क्रिस्टलीय) के पसंदीदा अभिविन्यास और अवशिष्ट तनाव की स्थिति से प्राप्त किया जा सकता है। इसे हाल ही में दिखाया गया है कि बनावट और अवशिष्ट तनाव गैस-प्रवाह स्पटरेड टीआई परतों में उत्पन्न हो सकते हैं जो  शॉट peening  द्वारा एक गंभीर प्लास्टिक विरूपण के अधीन मैक्रोस्कोपिक टीआई वर्क पीस में प्राप्त की तुलना में हैं।

यह भी देखें

 * कलई करना

अग्रिम पठन

 * The Foundations of Vacuum Coating Technology by D. Mattox

बाहरी संबंध

 * Thin Film Evaporation Guide
 * Sputter Animation
 * Magnetron Sputtering Animation