कण क्षेपण

भौतिकी में, स्पटरिंग एक ऐसी घटना है जिसमें किसी ठोस पदार्थ के सूक्ष्म कण ों को उसकी सतह से बाहर निकाल दिया जाता है, जब सामग्री पर स्वयं  प्लाज्मा (भौतिकी)  या  गैस  के ऊर्जावान कणों द्वारा बमबारी की जाती है। यह बाहरी अंतरिक्ष में स्वाभाविक रूप से होता है, और सटीक घटकों में पहनने का एक अवांछित स्रोत हो सकता है। हालांकि, तथ्य यह है कि सामग्री की अत्यंत बारीक परतों पर कार्य करने के लिए इसे विज्ञान और उद्योग में उपयोग किया जाता है - वहां, इसका उपयोग सटीक नक़्क़ाशी करने, विश्लेषणात्मक तकनीकों को करने और  ऑप्टिकल कोटिंग ्स के निर्माण में  पतली फिल्म  परतों को जमा करने के लिए किया जाता है।, अर्धचालक उपकरण और  नैनो  प्रौद्योगिकी उत्पाद। यह एक भौतिक वाष्प निक्षेपण तकनीक है।

भौतिकी
जब ऊर्जावान आयन लक्ष्य सामग्री के परमाणुओं से टकराते हैं, तो उनके बीच गति  का आदान-प्रदान होता है।

इन आयनों, जिन्हें घटना आयनों के रूप में जाना जाता है, लक्ष्य में टकराव के झरनों को बंद कर देते हैं। ऐसे कैस्केड कई रास्ते ले सकते हैं; कुछ पीछे हटना लक्ष्य की सतह की ओर। यदि एक टक्कर झरना  लक्ष्य की सतह तक पहुंचता है, और इसकी शेष ऊर्जा लक्ष्य की सतह बाध्यकारी ऊर्जा से अधिक है, तो एक परमाणु बाहर निकल जाएगा। इस प्रक्रिया को स्पटरिंग के रूप में जाना जाता है। यदि लक्ष्य पतला है (परमाणु पैमाने पर), तो टक्कर झरना इसके पीछे की तरफ तक पहुंच सकता है; कहा जाता है कि इस तरह से निकाले गए परमाणु संचरण में सतह बाध्यकारी ऊर्जा से बच जाते हैं।

लक्ष्य प्रति घटना आयन से उत्सर्जित परमाणुओं की औसत संख्या को स्पटर यील्ड कहा जाता है। स्पटर की उपज कई चीजों पर निर्भर करती है: वह कोण जिस पर आयन सामग्री की सतह से टकराते हैं, वे कितनी ऊर्जा से टकराते हैं, उनका द्रव्यमान, लक्ष्य परमाणुओं का द्रव्यमान और लक्ष्य की सतह बाध्यकारी ऊर्जा। यदि लक्ष्य में क्रिस्टल लैटिस  संरचना है, तो सतह के संबंध में इसकी कुल्हाड़ियों का उन्मुखीकरण एक महत्वपूर्ण कारक है।

स्पटरिंग का कारण बनने वाले आयन विभिन्न स्रोतों से आते हैं - वे प्लाज्मा (भौतिकी), विशेष रूप से निर्मित आयन स्रोत ों,  कण त्वरक, बाहरी स्थान (जैसे सौर हवा), या रेडियोधर्मी सामग्री (जैसे  अल्फा विकिरण ) से आ सकते हैं।

अनाकार फ्लैट लक्ष्यों के लिए कैस्केड शासन में स्पटरिंग का वर्णन करने के लिए एक मॉडल थॉम्पसन का विश्लेषणात्मक मॉडल है। एक एल्गोरिथम जो उच्च ऊर्जा पर इलेक्ट्रॉनों को अलग करने सहित क्वांटम यांत्रिक उपचार के आधार पर स्पटरिंग का अनुकरण करता है, प्रोग्राम पदार्थ में आयनों का रुकना और परास  में लागू किया गया है। भौतिक स्पटरिंग के एक अन्य तंत्र को हीट स्पाइक स्पटरिंग कहा जाता है। यह तब हो सकता है जब ठोस पर्याप्त घना होता है, और आने वाला आयन काफी भारी होता है, कि टक्कर एक दूसरे के बहुत करीब होती है। इस मामले में, द्विआधारी टक्कर सन्निकटन अब मान्य नहीं है, और टकराव की प्रक्रिया को कई-निकाय प्रक्रिया के रूप में समझा जाना चाहिए। घनी टक्कर एक कोलिजन कैस्केड # हीट स्पाइक्स (थर्मल स्पाइक्स) (जिसे थर्मल स्पाइक भी कहा जाता है) को प्रेरित करती है, जो अनिवार्य रूप से क्रिस्टल के एक छोटे हिस्से को पिघला देती है। यदि वह भाग अपनी सतह के काफी करीब है, तो सतह पर तरल प्रवाह और/या सूक्ष्म विस्फोटों के कारण बड़ी संख्या में परमाणु बाहर निकल सकते हैं। भारी आयनों (जैसे Xe या Au या क्लस्टर आयनों) के लिए हीट स्पाइक स्पटरिंग सबसे महत्वपूर्ण है, जिसमें keV-MeV रेंज में ऊर्जा होती है, जो कम गलनांक (Ag, Au, Pb, आदि) के साथ घनी लेकिन नरम धातुओं पर बमबारी करती है। हीट स्पाइक स्पटरिंग अक्सर ऊर्जा के साथ गैर-रैखिक रूप से बढ़ता है, और छोटे क्लस्टर आयनों के लिए 10,000 के क्रम के प्रति क्लस्टर में नाटकीय स्पटरिंग पैदावार हो सकती है। ऐसी प्रक्रिया के एनिमेशन के लिए #बाहरी लिंक अनुभाग में पुन: विस्थापन कैस्केड 1 देखें।

भौतिक स्पटरिंग में एक अच्छी तरह से परिभाषित न्यूनतम ऊर्जा सीमा होती है, जो आयन ऊर्जा के बराबर या उससे बड़ी होती है, जिस पर आयन से लक्ष्य परमाणु में अधिकतम ऊर्जा हस्तांतरण सतह परमाणु की बाध्यकारी ऊर्जा के बराबर होता है। कहने का तात्पर्य यह है कि यह तभी हो सकता है जब कोई आयन लक्ष्य में उस ऊर्जा को स्थानांतरित करने में सक्षम हो, जो किसी परमाणु को उसकी सतह से मुक्त होने के लिए आवश्यक है।

यह दहलीज आमतौर पर दस से सौ इलेक्ट्रॉन-वोल्ट  की सीमा में होती है।

तरजीही स्पटरिंग शुरुआत में हो सकती है जब एक बहु-घटक ठोस लक्ष्य पर बमबारी की जाती है और कोई ठोस अवस्था प्रसार नहीं होता है। यदि लक्ष्य घटकों में से एक के लिए ऊर्जा हस्तांतरण अधिक कुशल है, या यह ठोस से कम मजबूती से जुड़ा हुआ है, तो यह दूसरे की तुलना में अधिक कुशलता से स्पटर करेगा। यदि एबी मिश्र धातु में घटक ए को अधिमानतः थूक दिया जाता है, तो ठोस इच्छा की सतह, लंबे समय तक बमबारी के दौरान, बी घटक में समृद्ध हो जाती है, जिससे संभावना बढ़ जाती है कि बी को इस तरह से थूक दिया जाता है कि थूक वाली सामग्री की संरचना अंततः वापस आ जाएगी एबी.

इलेक्ट्रॉनिक स्पटरिंग
इलेक्ट्रॉनिक स्पटरिंग शब्द का अर्थ या तो ऊर्जावान इलेक्ट्रॉनों से प्रेरित स्पटरिंग हो सकता है (उदाहरण के लिए ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में), या बहुत उच्च ऊर्जा या अत्यधिक चार्ज भारी आयनों के कारण स्पटरिंग जो ठोस को ऊर्जा खो देता है, ज्यादातर इलेक्ट्रॉनिक स्टॉपिंग पावर (कण विकिरण) द्वारा ), जहां इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना स्पटरिंग का कारण बनती है। इलेक्ट्रॉनिक स्पटरिंग इंसुलेटर (इलेक्ट्रिकल) से उच्च स्पटरिंग पैदावार पैदा करता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना जो स्पटरिंग का कारण बनती है, तुरंत बुझती नहीं है, क्योंकि वे एक कंडक्टर में होंगे। इसका एक उदाहरण बृहस्पति का बर्फ से ढका चंद्रमा यूरोपा (चंद्रमा)  है, जहां बृहस्पति के चुंबकमंडल से एक MeV सल्फर आयन 10,000 H तक बाहर निकल सकता है।2ओ अणु।

संभावित स्पटरिंग
कई आवेशित प्रक्षेप्य आयनों के मामले में इलेक्ट्रॉनिक स्पटरिंग का एक विशेष रूप हो सकता है जिसे संभावित स्पटरिंग कहा जाता है। इन मामलों में कई आवेशित आयनों में संग्रहीत स्थितिज ऊर्जा (अर्थात, अपने तटस्थ परमाणु से इस आवेश अवस्था के आयन को उत्पन्न करने के लिए आवश्यक ऊर्जा) मुक्त होती है जब आयन एक ठोस सतह ( खोखले परमाणु ओं के निर्माण) पर प्रभाव के दौरान पुनर्संयोजन करते हैं। यह स्पटरिंग प्रक्रिया इम्पिंगिंग आयन की चार्ज अवस्था पर देखे गए स्पटरिंग यील्ड की एक मजबूत निर्भरता की विशेषता है और पहले से ही भौतिक स्पटरिंग थ्रेशोल्ड के नीचे आयन प्रभाव ऊर्जा पर पहले से ही हो सकता है। संभावित स्पटरिंग केवल कुछ लक्षित प्रजातियों के लिए देखी गई है और न्यूनतम स्थितिज ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

नक़्क़ाशी और रासायनिक स्पटरिंग
अक्रिय गैस के साथ स्पटरिंग करके परमाणुओं को हटाना आयन मिलिंग मशीन  या आयन नक़्क़ाशी कहलाता है।

स्पटरिंग प्रतिक्रियाशील-आयन नक़्क़ाशी  (आरआईई) में भी एक भूमिका निभा सकता है, एक प्लाज्मा प्रक्रिया जो रासायनिक रूप से सक्रिय आयनों और रेडिकल्स के साथ की जाती है, जिसके लिए शुद्ध भौतिक स्पटरिंग की तुलना में स्पटरिंग उपज को काफी बढ़ाया जा सकता है। स्पटर दरों को बढ़ाने के लिए प्रतिक्रियाशील आयनों को अक्सर  माध्यमिक आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री  (एसआईएमएस) उपकरण में उपयोग किया जाता है। स्पटरिंग एन्हांसमेंट पैदा करने वाले तंत्र को हमेशा अच्छी तरह से नहीं समझा जाता है, हालांकि सी के फ्लोरीन नक़्क़ाशी के मामले को सैद्धांतिक रूप से अच्छी तरह से तैयार किया गया है। भौतिक स्पटरिंग की दहलीज ऊर्जा के नीचे होने वाले स्पटरिंग को अक्सर रासायनिक स्पटरिंग भी कहा जाता है। इस तरह के स्पटरिंग के पीछे के तंत्र को हमेशा अच्छी तरह से समझा नहीं जाता है, और रासायनिक नक़्क़ाशी से अंतर करना मुश्किल हो सकता है। ऊंचे तापमान पर, कार्बन के रासायनिक स्पटरिंग को नमूने में आने वाले आयनों के कमजोर बंधनों के कारण समझा जा सकता है, जो तब थर्मल सक्रियण द्वारा उतरते हैं। कम तापमान पर देखे गए कार्बन-आधारित पदार्थों के हाइड्रोजन-प्रेरित स्पटरिंग को एच आयनों द्वारा सी-सी बांडों के बीच प्रवेश करने और इस प्रकार उन्हें तोड़ने से समझाया गया है, एक तंत्र जिसे तेज रासायनिक स्पटरिंग कहा जाता है। रेफरी नाम = सलोनन2001>

अनुप्रयोग और घटना
स्पटरिंग तभी होती है जब आने वाले कणों की गतिज ऊर्जा पारंपरिक तापीय ऊर्जा (असमानता (गणित) |≫ 1 इलेक्ट्रॉनवोल्ट ) की तुलना में बहुत अधिक होती है। जब प्रत्यक्ष धारा (डीसी स्पटरिंग) के साथ किया जाता है, तो 3-5 केवी के वोल्टेज का उपयोग किया जाता है। जब  प्रत्यावर्ती धारा  ( आकाशवाणी आवृति  स्पटरिंग) के साथ किया जाता है, तो फ़्रीक्वेंसी 14 मेगाहर्ट्ज रेंज के आसपास होती है।

स्पटर सफाई
खालीपन में भौतिक स्पटरिंग का उपयोग करके ठोस पदार्थों की सतहों को दूषित पदार्थों से साफ किया जा सकता है। स्पटर सफाई का उपयोग अक्सर सतह विज्ञान,  निर्वात जमाव  और  आयन चढ़ाना  में किया जाता है। 1955 में Farnsworth, Schlier, George, और Burger ने कम-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन-विवर्तन (LEED) अध्ययनों के लिए अल्ट्रा-क्लीन सतहों को तैयार करने के लिए अल्ट्रा-हाई-वैक्यूम सिस्टम में स्पटर क्लीनिंग का उपयोग करने की सूचना दी।   स्पटर सफाई आयन चढ़ाना प्रक्रिया का एक अभिन्न अंग बन गया। जब साफ की जाने वाली सतहें बड़ी हों, तो इसी तरह की तकनीक,  प्लाज्मा सफाई  का उपयोग किया जा सकता है। स्पटर की सफाई में कुछ संभावित समस्याएं हैं जैसे कि अधिक गरम होना, सतह क्षेत्र में गैस का समावेश, सतह क्षेत्र में बमबारी (विकिरण) क्षति, और सतह का खुरदरापन, खासकर अगर पूरा हो गया हो। स्पटर सफाई के दौरान सतह को लगातार पुन: दूषित न करने के लिए एक स्वच्छ प्लाज्मा (भौतिकी) होना महत्वपूर्ण है। सब्सट्रेट पर स्पटर सामग्री का पुनर्स्थापन भी समस्याएं दे सकता है, खासकर उच्च स्पटरिंग दबाव पर। एक यौगिक या मिश्र धातु सामग्री की सतह के स्पटरिंग के परिणामस्वरूप सतह की संरचना बदल सकती है। अक्सर कम से कम द्रव्यमान या उच्चतम  वाष्प दबाव  वाली प्रजातियां सतह से अधिमानतः थूकती हैं।

फिल्म बयान
स्पटर डिपोजिशन, स्पटरिंग द्वारा पतली फिल्म बयान  पतली फिल्मों की एक विधि है जिसमें लक्ष्य स्रोत से सामग्री को सब्सट्रेट पर मिटाना शामिल है। एक सिलिकॉन  वेफर (अर्धचालक) , सौर सेल, ऑप्टिकल घटक, या कई अन्य संभावनाएं। इसके विपरीत,  प्रतिष्ठा  में जमा सामग्री का पुन: उत्सर्जन शामिल है, उदा। सिओ2 बयान के दौरान भी आयन बमबारी द्वारा।

थूक वाले परमाणु गैस चरण में बाहर निकल जाते हैं, लेकिन अपने थर्मोडायनामिक संतुलन  अवस्था में नहीं होते हैं, और निर्वात कक्ष में सभी सतहों पर जमा हो जाते हैं। कक्ष में रखा गया एक सब्सट्रेट (जैसे वेफर) को एक पतली फिल्म के साथ लेपित किया जाएगा। स्पटरिंग डिपोजिशन आमतौर पर एक  आर्गन  प्लाज्मा का उपयोग करता है क्योंकि आर्गन, एक महान गैस, लक्ष्य सामग्री के साथ प्रतिक्रिया नहीं करेगा।

स्पटर क्षति
स्पटर क्षति को आमतौर पर ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों पर पारदर्शी इलेक्ट्रोड जमाव के दौरान परिभाषित किया जाता है, जो आमतौर पर अत्यधिक ऊर्जावान प्रजातियों द्वारा सब्सट्रेट की बमबारी से उत्पन्न होता है। प्रक्रिया में शामिल मुख्य प्रजातियों और प्रतिनिधि ऊर्जाओं को सूचीबद्ध किया जा सकता है (मान यहां से लिए गए हैं:


 * लक्ष्य सतह (∼10 eV) से फटे हुए परमाणु (आयन), जिसका निर्माण मुख्य रूप से लक्ष्य सामग्री की बाध्यकारी ऊर्जा पर निर्भर करता है;
 * प्लाज्मा में बनने वाले ऋणात्मक आयन (वाहक गैस से उत्पन्न) (∼5–15 eV), जिसका निर्माण मुख्य रूप से प्लाज्मा क्षमता पर निर्भर करता है;
 * लक्ष्य सतह (400 eV तक) पर बने ऋणात्मक आयन, जिनका निर्माण मुख्य रूप से लक्ष्य वोल्टेज पर निर्भर करता है;•
 * प्लाज्मा में बने धनात्मक आयन (∼15 eV), जिसका निर्माण मुख्य रूप से फ्लोटिंग विभव पर एक सब्सट्रेट के सामने संभावित गिरावट पर निर्भर करता है;
 * लक्षित सतह (20-50 eV) से परावर्तित परमाणु और उदासीन आयन, जिनका निर्माण मुख्य रूप से पृष्ठभूमि गैस और थूक वाले तत्व के द्रव्यमान पर निर्भर करता है।

जैसा कि ऊपर दी गई सूची में देखा गया है, ऋणात्मक आयन (उदा., O .)- और In− for ITO स्पटरिंग) लक्ष्य सतह पर बनता है और सब्सट्रेट की ओर त्वरित होकर सबसे बड़ी ऊर्जा प्राप्त करता है, जो लक्ष्य और प्लाज्मा क्षमता के बीच की क्षमता से निर्धारित होता है। यद्यपि ऊर्जावान कणों का प्रवाह एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है, उच्च-ऊर्जा नकारात्मक O- आक्साइड के प्रतिक्रियाशील जमाव के मामले में आयन अतिरिक्त रूप से प्लाज्मा में सबसे प्रचुर प्रजाति हैं। हालांकि, अन्य आयनों/परमाणुओं की ऊर्जा (जैसे, Ar+, अरी0, या In0) डिस्चार्ज में पहले से ही सतह के बंधनों को अलग करने या कुछ डिवाइस प्रौद्योगिकियों में नरम परतों को खोदने के लिए पर्याप्त हो सकता है। इसके अलावा, प्लाज्मा (Ar, ऑक्सीजन आयन) से उच्च-ऊर्जा कणों का गति हस्तांतरण या लक्ष्य से थूकना भौतिक (जैसे, नक़्क़ाशी) या संवेदनशील सब्सट्रेट परतों के थर्मल क्षरण को ट्रिगर करने के लिए सब्सट्रेट तापमान को पर्याप्त रूप से बढ़ा या बढ़ा सकता है। जैसे पतली फिल्म धातु हलाइड पेरोव्स्काइट्स)।

यह अंतर्निहित चार्ज ट्रांसपोर्ट और पैसिवेशन लेयर्स और फोटोएक्टिव एब्जॉर्बर या एमिटर के कार्यात्मक गुणों को प्रभावित कर सकता है, डिवाइस के प्रदर्शन को खराब कर सकता है। उदाहरण के लिए, स्पटर क्षति के कारण, अपरिहार्य इंटरफेसियल परिणाम हो सकते हैं जैसे फर्मी स्तर की पिनिंग, क्षति से संबंधित इंटरफेस गैप राज्यों के कारण, जिसके परिणामस्वरूप शोट्की-बैरियर बाधा वाहक परिवहन का गठन होता है। स्पटर क्षति सामग्री की डोपिंग दक्षता और फोटोएक्टिव सामग्री में अतिरिक्त चार्ज वाहक के जीवनकाल को भी खराब कर सकती है; कुछ मामलों में, इसकी सीमा के आधार पर, इस तरह के नुकसान से शंट प्रतिरोध भी कम हो सकता है।

नक़्क़ाशी
सेमीकंडक्टर उद्योग में लक्ष्य को खोदने के लिए स्पटरिंग का उपयोग किया जाता है। स्पटर नक़्क़ाशी उन मामलों में चुना जाता है जहां उच्च स्तर की नक़्क़ाशी असमदिग्वर्ती होने की दशा  की आवश्यकता होती है और चयनात्मकता चिंता का विषय नहीं है। इस तकनीक का एक बड़ा दोष वेफर क्षति और उच्च वोल्टेज का उपयोग है।

विश्लेषण के लिए
स्पटरिंग का एक अन्य अनुप्रयोग लक्ष्य सामग्री को दूर करना है। ऐसा ही एक उदाहरण सेकेंडरी आयन जन स्पेक्ट्रोमेट्री  (SIMS) में होता है, जहां लक्ष्य नमूना एक स्थिर दर पर थूकता है। जैसे ही लक्ष्य को स्पटर किया जाता है, थूक वाले परमाणुओं की एकाग्रता और पहचान को मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग करके मापा जाता है। इस तरह लक्ष्य सामग्री की संरचना निर्धारित की जा सकती है और यहां तक ​​कि बहुत कम सांद्रता (20 μg/kg) अशुद्धियों का पता लगाया जा सकता है। इसके अलावा, क्योंकि स्पटरिंग लगातार नमूने में गहराई से खोदता है, गहराई के कार्य के रूप में एकाग्रता प्रोफाइल को मापा जा सकता है।

अंतरिक्ष में
स्पटरिंग अंतरिक्ष अपक्षय के रूपों में से एक है, एक प्रक्रिया जो वायुहीन पिंडों के भौतिक और रासायनिक गुणों को बदल देती है, जैसे कि क्षुद्रग्रह और चंद्रमा। बर्फीले चंद्रमाओं पर, विशेष रूप से यूरोपा (चंद्रमा) पर, सतह से फोटोलाइज्ड पानी के छींटे से हाइड्रोजन का शुद्ध नुकसान होता है और ऑक्सीजन युक्त सामग्री का संचय होता है जो जीवन के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है। स्पटरिंग भी संभावित तरीकों में से एक है कि मंगल ने अपना अधिकांश वायुमंडल  खो दिया है और बुध (ग्रह) लगातार अपने कमजोर सतह से घिरे  बहिर्मंडल  को भर देता है।

इस पृष्ठ में अनुपलब्ध आंतरिक कड़ियों की सूची

 * भौतिक रूप से वाष्प का जमाव
 * अर्धचालक युक्ति
 * घिसाव
 * एचिंग
 * वाह़य ​​अंतरिक्ष
 * बंधन ऊर्जा
 * सौर पवन
 * रोकने की शक्ति (कण विकिरण)
 * इन्सुलेटर (विद्युत)
 * एकदिश धारा
 * भूतल विज्ञान
 * मंगल ग्रह
 * बुध ग्रह)
 * चांद

बाहरी संबंध

 * Thin Film Evaporation Guide
 * What is Sputtering? - an introduction with animations
 * Sputtering Basics - animated film of a sputtering process
 * Free molecular dynamics simulation program (Kalypso) capable of modeling sputtering
 * American Vacuum Society short courses on thin film deposition
 * (The original paper on Kaufman sputter sources.)