आर्गन फ्लोराइड लेजर

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आर्गन फ्लोराइड लेज़र (ArF लेज़र) एक विशेष प्रकार का उत्‍तेजद्वयी लेज़र है,[1] जिसे कभी-कभी (अधिक सही रूप से) एक्सिप्लेक्स लेसर कहा जाता है। इसकी 193-नैनोमीटर तरंग दैर्ध्य के साथ, यह एक स्थायी पराबैंगनी लेसर है, जिसका उपयोग सामान्य रूप से अर्धचालक एकीकृत परिपथ, नेत्र शल्य चिकित्सा, सूक्ष्म-मशीनन और वैज्ञानिक अनुसंधान के उत्पादन में किया जाता है। 'उत्‍तेजित द्वितय' के लिए ''उत्‍तेजद्वयी (एक्साइमर)'' छोटा है, जबकि उत्तेजित सम्मिश्रण के लिए ''एक्सिप्लेक्स'' छोटा है। उत्‍तेजद्वयी लेसर सामान्य रूप से उत्कृष्ट गैस (आर्गन, क्रिप्टन, या क्सीनन) और एक हलोजन गैस (फ्लोरीन या क्लोरीन) के मिश्रण का उपयोग करता है, जो विद्युत उद्दीपन और उच्च दबाव की उपयुक्त परिस्थितियों में पराबैंगनी परास में सुसंगत उत्तेजित विकिरण (लेसर प्रकाश) का उत्सर्जन करता है।

आर्गन फ्लोराइड (और KrF) उत्‍तेजद्वयी लेज़रों का व्यापक रूप से उच्च विभेदन फोटोलिथोग्राफी ( प्रकाशअश्मलेखन) मशीनों में उपयोग किया जाता है, जो सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिक चिप निर्माण के लिए एक महत्वपूर्ण तकनीक है। उत्‍तेजद्वयी लेसर लिथोग्राफी[2][3] ने संक्रामक सुविधा के आकार को 1990 में 800 नैनोमीटर से 2018 में 7 नैनोमीटर तक कम करने में सक्षम बनाया है।[4][5][6] अत्याधिक पराबैंगनी लिथोग्राफी मशीनों ने कुछ स्थितियों में ArF फोटोलिथोग्राफी मशीनों को परिवर्तित कर दिया है क्योंकि वे उत्पादकता में वृद्धि करते हुए छोटे विशिष्ट आकार को भी सक्षम करते हैं, क्योंकि अत्यधिक पराबैंगनी (ईयूवी) मशीनें कम प्रावस्थाओ में पर्याप्त वियोजन प्रदान कर सकती हैं।[7]

उत्‍तेजद्वयी लेसर लिथोग्राफी के विकास को लेसर के 50 साल के इतिहास में एक प्रमुख लक्ष्य के रूप में स्पष्ट किया गया है।[8][9]


सिद्धांत

आर्गन फ्लोराइड लेसर एक स्रोत से ऊर्जा को अवशोषित करता है, जिसके कारण आर्गन गैस उत्तेजित ऊर्जा अवस्था में आर्गन मोनोफ्लोराइड, अस्थायी सम्मिश्रण (रसायन विज्ञान) का उत्पादन करने वाली एक अधातु तत्त्व गैस के साथ प्रतिक्रिया करती है:

2 Ar + F
2 → 2 ArF

सम्मिश्रण सामान्य या उत्तेजित उत्सर्जन से गुजर सकता है, इसकी ऊर्जा स्थिति को एक मितस्थायी, लेकिन अत्यधिक प्रतिकारक स्थिति में कम कर सकता है। निम्नतम अवस्था सम्मिश्रण तेजी से अनाबद्ध परमाणुओं में अलग हो जाता है:

2 ArF → 2 Ar + F
2

परिणाम एक उत्‍तेजद्वयी लेज़र है जो 193 नैनोमीटर पर ऊर्जा का विकिरण करता है, जो स्पेक्ट्रम के दूर पराबैंगनी भाग में स्थित है, जो निम्नतम अवस्था और सम्मिश्रण की उत्तेजित अवस्था के बीच 6.4 इलेक्ट्रॉन वोल्ट के ऊर्जा अंतर के अनुरूप है।

अनुप्रयोग

आर्गन फ्लोराइड उत्‍तेजद्वयी लेज़रों का [2][3] सूक्ष्म-इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों (अर्थात अर्धचालक एकीकृत परिपथ या "चिप्स") के निर्माण के लिए आर्गन फ्लोराइड एक्सीमर लेसरों का सबसे व्यापक औद्योगिक अनुप्रयोग स्थायी-पराबैंगनी फोटोलिथोग्राफी में रहा है। 1960 के दशक के प्रारंभ से लेकर 1980 के दशक के मध्य तक, 436, 405 और 365 नैनोमीटर तरंग दैर्ध्य पर लिथोग्राफी के लिए Hg-Xe लैंप का उपयोग किया गया था। हालांकि, अर्धचालक उद्योग को सूक्ष्म विघटन (सघन और तेज चिप्स के लिए) और उच्च उत्पादन प्रवाह क्षमता (कम कीमत के लिए) दोनों की आवश्यकता के साथ, लैंप-आधारित लिथोग्राफी ( प्रकाश-आश्मिकी) उपकरण अब उद्योग की आवश्यकताओं को पूरा करने में सक्षम नहीं थे।

यह चुनौती तब दूर हो गई जब 1982 में एक अग्रणी विकास में, के. जैन द्वारा आईबीएम में स्थायी पराबैंगनी उत्‍तेजद्वयी लेसर लिथोग्राफी का आविष्कार और प्रदर्शन किया गया।[2][3][10] अगले दो दशकों में उपकरण प्रौद्योगिकी में हुई प्रगति के साथ, उत्‍तेजद्वयी लेसर लिथोग्राफी का उपयोग करके निर्मित अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का वार्षिक उत्पादन $400 बिलियन तक पहुंच गया। परिणामस्वरूप,[5] उत्‍तेजद्वयी लेज़र लिथोग्राफी (ArF और KrF लेसर दोनों के साथ) तथाकथित मूर के नियम की निरंतर विकास में एक महत्वपूर्ण कारक रहा है।[6]

आर्गन फ्लोराइड लेसर से पराबैंगनी प्रकाश जैविक पदार्थ और कार्बनिक यौगिकों द्वारा अच्छी तरह से अवशोषित होता है। पदार्थ को जलाने या काटने के अतिरिक्त, आर्गन फ्लोराइड लेसर सतह के ऊतकों के आणविक बंधनों को अलग कर देता है, जो उत्तेजक के अतिरिक्त पृथक्करण के माध्यम से वायु में दृढ़ता से नियंत्रित तरीके से विघटित हो जाता है। इस प्रकार आर्गन फ्लोराइड और अन्य उत्‍तेजद्वयी लेसरों के पास उपयोगी गुण है कि वे सतह पदार्थ के असाधारण सूक्ष्म परतों को लगभग बिना किसी ऊष्मा के हटा सकते हैं या शेष पदार्थ को अपरिवर्तित छोड़ सकते हैं। ये गुण इस तरह के लेज़रों को परिशुद्ध सूक्ष्म-मशीनन कार्बनिक पदार्थों (कुछ बहुलक और प्लास्टिक सहित) और विशेष रूप से उत्कृष्ट शल्य चिकित्सा जैसे नेत्र शल्य चिकित्सा (जैसे, एलएएसआईके, एलएएसईके) के अनुकूल बनाते हैं।[11]

हाल ही में, दो सूक्ष्म-लेंस सरणियों से बना एक नए विवर्तनिक विसृत प्रणाली के उपयोग के माध्यम से, आर्गन फ्लोराइड लेसर द्वारा संगलित सिलिका पर सतह सूक्ष्म-मशीनन को उप-सूक्ष्ममापी परिशुद्धता के साथ प्रदर्शित किया गया है।[12]

2021 में, संयुक्त राज्य नौसेना अनुसंधान प्रयोगशाला ने 16% तक ऊर्जा दक्षता प्रदान करते हुए जड़त्वीय बंधन संलयन में उपयोग के लिए एक आर्गन फ्लोराइड पर कार्य प्रारंभ किया।[13]


सुरक्षा

आर्गन फ्लोराइड द्वारा उत्सर्जित प्रकाश मानव आंखों के लिए अदृश्य है, इसलिए इस लेसर के साथ कार्य करते समय विपथित किरणपुंज से संरक्षित के लिए अतिरिक्त सुरक्षा सावधानी आवश्यक है। मानव शरीर को उसके संभवतः कैंसरकारी गुणों से संरक्षित करने के लिए दस्ताने (ग्लव) की आवश्यकता होती है, और आँखों की सुरक्षा के लिए पराबैंगनी चश्मे की आवश्यकता होती है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Basting, D.; Marowsky, G. (2005), "Introductory Remarks", Excimer Laser Technology, Berlin/Heidelberg: Springer-Verlag, pp. 1–7, Bibcode:2005elt..book....1B, doi:10.1007/3-540-26667-4_1, ISBN 3-540-20056-8, retrieved 2021-10-25
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 Jain, K.; Willson, C.G.; Lin, B.J. (1982). "एक्साइमर लेज़रों के साथ अल्ट्राफास्ट डीप यूवी लिथोग्राफी". IEEE Electron Device Letters. 3 (3): 53–55. Bibcode:1982IEDL....3...53J. doi:10.1109/EDL.1982.25476. S2CID 43335574.
  3. ↑ 3.0 3.1 3.2 Jain, Kanti (1987-03-11). Luk, Ting-Shan (ed.). "एक्साइमर लेजर लिथोग्राफी में प्रगति". Excimer Lasers and Optics. SPIE. 0710: 35. Bibcode:1987SPIE..710...35J. doi:10.1117/12.937294. S2CID 136477292.
  4. ↑ "सैमसंग ने 10-नैनोमीटर FinFET तकनीक के साथ सिस्टम-ऑन-चिप का उद्योग का पहला बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू किया". news.samsung.com (in English). Retrieved 2021-10-25.
  5. ↑ 5.0 5.1 "लेज़र और मूर का नियम". spie.org. Retrieved 2021-10-25.
  6. ↑ 6.0 6.1 "TSMC Kicks Off Volume Production of 7nm Chips". AnandTech. 2018-04-28. Retrieved 2018-10-20.
  7. ↑ "ईयूवी लिथोग्राफी अंततः चिप निर्माण के लिए तैयार है". IEEE Spectrum. January 5, 2018.
  8. ↑ "SPIE / Advancing the Laser / 50 Years and into the Future" (PDF).
  9. ↑ "U.K. Engineering & Physical Sciences Research Council / Lasers in Our Lives / 50 Years of Impact" (PDF). Archived from the original (PDF) on September 13, 2011.
  10. ↑ Basting, D.; Djeu, N.; Jain, K. (2005), Basting, D.; Marowskyeditor-first2=G. (eds.), "Historical Review of Excimer Laser Development", Excimer Laser Technology, Berlin/Heidelberg: Springer-Verlag, pp. 8–21, Bibcode:2005elt..book....8B, doi:10.1007/3-540-26667-4_2, ISBN 3-540-20056-8, retrieved 2021-10-25
  11. ↑ Kuryan J, Cheema A, Chuck RS (2017). "मायोपिया को ठीक करने के लिए लेज़र-असिस्टेड सबपीथेलियल कोरटक्टॉमी (LASEK) बनाम लेज़र-असिस्टेड इन-सीटू केराटोमिलेसिस (LASIK)". Cochrane Database Syst Rev. 2017 (2): CD011080. doi:10.1002/14651858.CD011080.pub2. PMC 5408355. PMID 28197998.
  12. ↑ Zhou, Andrew F. (2011). "माइक्रोमशीनिंग अनुप्रयोगों के लिए यूवी एक्साइमर लेजर बीम समरूपता". Optics and Photonics Letters. 4 (2): 75–81. doi:10.1142/S1793528811000226.
  13. ↑ Szondy, David (2021-10-24). "आर्गन फ्लोराइड लेजर व्यावहारिक संलयन रिएक्टरों को जन्म दे सकता है". New Atlas (in English). Archived from the original on 2021-10-25. Retrieved 2021-10-25.
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