कणक्षेपक निक्षेपण

स्पटर डिपोजिशन स्पटरिंग की घटना द्वारा पतली फिल्म डिपोजिशन की एक भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) विधि है। इसमें एक लक्ष्य से सामग्री को बाहर निकालना शामिल है जो एक सब्सट्रेट पर एक स्रोत है जैसे कि सिलिकॉन वेफर _ (इलेक्ट्रॉनिक्स)। Resputtering आयन या परमाणु बमबारी द्वारा निक्षेपण प्रक्रिया के दौरान जमा सामग्री का पुन: उत्सर्जन है। लक्ष्य से निकाले गए थूक वाले परमाणुओं का व्यापक ऊर्जा वितरण होता है, आमतौर पर दसियों इलेक्ट्रॉनवोल्ट (100,000 केल्विन) तक। स्पटर किए गए आयन (आमतौर पर 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 वैक्यूम 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 मॉडरेटर के रूप में कार्य करते हैं और अलग-अलग चलते हैं, सबस्ट्रेट्स या वैक्यूम 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। स्पटरिंग गैस अक्सर आर्गन जैसी अक्रिय गैस होती है। कुशल संवेग हस्तांतरण के लिए, स्पटरिंग गैस का परमाणु भार लक्ष्य के परमाणु भार के करीब होना चाहिए, इसलिए स्पटरिंग के लिए हल्के तत्व नियोन बेहतर होते हैं, जबकि भारी तत्वों के लिए क्रीप्टोण  या क्सीनन का उपयोग किया जाता है। यौगिकों को स्पटर करने के लिए प्रतिक्रियाशील गैसों का भी उपयोग किया जा सकता है। प्रक्रिया मापदंडों के आधार पर यौगिक को लक्ष्य सतह, इन-फ्लाइट या सब्सट्रेट पर बनाया जा सकता है। स्पटर जमाव 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
स्पटर जमाव 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 स्पटरिंग का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। प्रकाशिकी अनुप्रयोगों के लिए कांच पर पतली प्रति-परावर्तन कोटिंग्स भी स्पटरिंग द्वारा जमा की जाती हैं। उपयोग किए गए कम सब्सट्रेट तापमान के कारण, पतली पतली फिल्म वाला ट्रांजिस्टर के लिए संपर्क धातुओं को जमा करने के लिए स्पटरिंग एक आदर्श तरीका है। स्पटरिंग 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 स्पटरिंग 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। स्पटरिंग 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 स्पटरिंग डिपोजिशन 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।

स्पटर कोटिंग
स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी में स्पटर कोटिंग एक स्पटर डिपोजिशन प्रक्रिया है संचालन सामग्री की एक पतली परत के साथ एक नमूना को कवर करने के लिए, आमतौर पर 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
स्पटर डिपोजिशन का एक महत्वपूर्ण लाभ यह है कि बहुत अधिक गलनांक वाली सामग्री भी आसानी से थूक जाती है, जबकि एक प्रतिरोध बाष्पीकरणकर्ता या नुडसन सेल  में इन सामग्रियों का वाष्पीकरण समस्याग्रस्त या असंभव है। स्पटर 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। स्पटर वाली फिल्मों में आमतौर पर वाष्पीकरण (जमाव) फिल्मों की तुलना में सब्सट्रेट पर बेहतर आसंजन होता है। एक लक्ष्य में बड़ी मात्रा में सामग्री होती है और अल्ट्राहाई वैक्यूम अनुप्रयोगों के लिए तकनीक को अनुकूल बनाने वाली रखरखाव मुक्त होती है। स्पटरिंग स्रोतों में कोई गर्म भाग नहीं होता है (गर्मी से बचने के लिए वे आमतौर पर पानी से ठंडा होते हैं) और ऑक्सीजन जैसी प्रतिक्रियाशील गैसों के अनुकूल होते हैं। स्पटरिंग को ऊपर से नीचे किया जा सकता है जबकि वाष्पीकरण को नीचे से ऊपर किया जाना चाहिए। एपिटैक्सियल ग्रोथ जैसी उन्नत प्रक्रियाएं संभव हैं।

स्पटरिंग 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, स्पटरिंग 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 स्पटरिंग गैसों को अशुद्धियों के रूप में बनाया जाता है। स्पंदित लेजर जमाव स्पटरिंग डिपोजिशन तकनीक का एक प्रकार है जिसमें स्पटरिंग के लिए लेजर बीम का उपयोग किया जाता है। स्पंदित लेजर जमाव प्रक्रिया के दौरान थूक और रेस्प्यूटेड आयनों और पृष्ठभूमि गैस की भूमिका की पूरी तरह से जांच की जाती है।

स्पटर डिपोजिशन के प्रकार
स्पटरिंग स्रोत अक्सर मैग्नेट्रान का उपयोग करते हैं जो स्पटर 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।) स्पटर गैस आमतौर पर 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 स्पटरिंग के उपयोग से टाला जा सकता है जहां एनोड-कैथोड पूर्वाग्रह का संकेत उच्च दर (आमतौर पर आईएसएम बैंड|13.56 मेगाहर्ट्ज) पर भिन्न होता है। आरएफ स्पटरिंग 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 स्पटरिंग प्रक्रिया को परेशान करते हैं। असामान्य रूप से मजबूत स्थायी चुम्बकों के साथ विशेष रूप से डिज़ाइन की गई स्पटर गन का अक्सर मुआवजे में उपयोग किया जाना चाहिए।

आयन-बीम स्पटरिंग
आयन-बीम स्पटरिंग (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 स्पटर 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 वैक्यूम 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 स्पटरिंग
प्रतिक्रियाशील स्पटरिंग में, एक लक्ष्य सामग्री से निकलने वाले कण एक रासायनिक प्रतिक्रिया से गुजरते हैं, जिसका उद्देश्य एक निश्चित सब्सट्रेट 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 स्पटरिंग कक्ष में पेश की गई प्रतिक्रियाशील गैस के साथ होती है। प्रक्रिया में एक अतिरिक्त तत्व की शुरूआत, यानी प्रतिक्रियाशील गैस का वांछित जमाव में महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, जिससे आदर्श कार्य बिंदुओं को खोजना अधिक कठिन हो जाता है। इसी तरह, प्रतिक्रियाशील-आधारित स्पटरिंग प्रक्रियाओं का व्यापक बहुमत एक हिस्टैरिसीस-जैसे व्यवहार की विशेषता है, इस प्रकार इसमें शामिल 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। स्पटरिंग प्रक्रियाओं में प्रतिक्रियाशील गैस के अतिरिक्त प्रभाव का अनुमान लगाने के लिए एक महत्वपूर्ण मॉडल, यानी बर्ग मॉडल प्रस्तावित किया। आम तौर पर, प्रतिक्रियाशील गैस के सापेक्ष दबाव और प्रवाह का प्रभाव वांछित सब्सट्रेट पर लक्ष्य के क्षरण और फिल्म की जमाव 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 जमाव (IAD) में, सब्सट्रेट स्पटर गन की तुलना में कम शक्ति पर चलने वाले द्वितीयक आयन बीम के संपर्क में है। आमतौर पर 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 सब्सट्रेट पर हीरा जैसा रूप। सब्सट्रेट 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 स्पटरिंग (HiTUS)
स्पटरिंग 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 स्पटरिंग के रूप में), लक्ष्य के लिए आयन वर्तमान लक्ष्य पर लागू वोल्टेज से स्वतंत्र होता है।

हाई-पावर इम्पल्स मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग (HiPIMS)
HiPIMS पतली फिल्मों के भौतिक वाष्प जमाव के लिए एक विधि है जो मैग्नेट्रॉन स्पटर डिपोजिशन 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 स्पटरिंग
गैस प्रवाह स्पटरिंग 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 स्पटरिंग 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 स्पटर प्रभाव का कारण बनता है। खोखले-कैथोड आधारित गैस प्रवाह स्पटरिंग 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 स्पटर डिपोजिशन के लिए पतली फिल्म आकारिकी के विवरण के लिए संरचना क्षेत्र मॉडल लागू किया। डीसी स्पटरिंग 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 पेश 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 स्पटरिंग 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 स्पटर जमाव 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