Thermal laser epitaxy
ಥರ್ಮಲ್ ಲೇಸರ್ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ (ಟಿಎಲ್ಇ) ಒಂದು ಭೌತಿಕ ಆವಿ ಶೇಖರಣೆ ತಂತ್ರವಾಗಿದ್ದು, ಇದು ನಿರಂತರ-ತರಂಗ ಲೇಸರ್ಗಳಿಂದ ವಿಕಿರಣವನ್ನು ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ ಫಿಲ್ಮ್ಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಯಲು ಸ್ಥಳೀಯವಾಗಿ ಶಾಖ ಮೂಲಗಳಿಗೆ ಬಳಸುತ್ತದೆ. ಈ ತಂತ್ರವನ್ನು ಅತಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿರ್ವಾತ ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿ ಅಥವಾ ಓಝೋನ್ನಂತಹ ಹಿನ್ನೆಲೆ ವಾತಾವರಣದ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಫಿಲ್ಮ್ಗಳನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸಲು ಮಾಡಬಹುದು. ಟಿಎಲ್ಇ 104-106 ಡಬ್ಲ್ಯೂ/ಸೆಂ 2 ನಡುವಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಮೂಲ ವಸ್ತುವಿನ ಆವಿಯಾಗುವಿಕೆ ಅಥವಾ ಉತ್ಪತನಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ, ಯಾವುದೇ ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಅಥವಾ ಹೆಚ್ಚಿನ-ಶಕ್ತಿಯ ಕಣ ಪ್ರಭೇದಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತಿದ್ದರೂ, ಟಿಎಲ್ಇ ಕಡಿಮೆ ಆವಿ ಒತ್ತಡದೊಂದಿಗೆ ಅನೇಕ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಠೇವಣಿ ಮಾಡುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಇದರಲ್ಲಿ ವಕ್ರೀಕಾರಕ ಲೋಹಗಳು ಸೇರಿವೆ, ಇದು ಆಣ್ವಿಕ ಕಿರಣದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯೊಂದಿಗೆ ನಿರ್ವಹಿಸಲು ಸವಾಲಿನ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಾಗಿದೆ. ಭೌತಿಕ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ ಟಿಎಲ್ಇ ಆವಿಯಾಗುವಿಕೆ ಅಥವಾ ಉತ್ಪತನದ ಮೂಲಕ ಆವಿಯ ಹರಿವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ಸಲುವಾಗಿ ವಸ್ತುವಿನ ಮೂಲಗಳನ್ನು ಬಿಸಿಮಾಡಲು ನಿರ್ವಾತ ಕೊಠಡಿಯ ಹೊರಗೆ ಇರುವ ನಿರಂತರ-ತರಂಗ ಲೇಸರ್ಗಳನ್ನು (ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಸುಮಾರು 1000 ಎನ್ಎಂ ತರಂಗಾಂತರದೊಂದಿಗೆ) ಬಳಸುತ್ತದೆ. ಲೇಸರ್ನಿಂದ ಪ್ರಚೋದಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಶಾಖದ ಸ್ಥಳೀಯ ಸ್ವರೂಪದಿಂದಾಗಿ, ಮೂಲದ ಒಂದು ಭಾಗವನ್ನು ದ್ರವ ಸ್ಥಿತಿಯಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಬಹುದು, ಉಳಿದವು ಘನವಾಗಿ ಉಳಿಯುತ್ತದೆ, ಅಂದರೆ ಮೂಲವು ತನ್ನದೇ ಆದ ಶಿಲುಬೆಯಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಬೆಳಕಿನ ಬಲವಾದ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯು ಲೇಸರ್-ಪ್ರೇರಿತ ಶಾಖವನ್ನು ಲೇಸರ್ ಕಿರಣದ ಸಣ್ಣ ವ್ಯಾಸದ ಮೂಲಕ ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಥಳೀಕರಿಸಲು ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಶಾಖವನ್ನು ಮೂಲದ ಅಕ್ಷಕ್ಕೆ ಸೀಮಿತಗೊಳಿಸುವ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಸಹ ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಅನೇಕ ವಸ್ತುಗಳ α ~ 105 cm−1 ಹೆಚ್ಚಿನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಗುಣಾಂಕಗಳ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯು 2 nm ಕ್ರಮದಲ್ಲಿ ಒಂದು ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ ಫೋಟಾನ್ ನುಗ್ಗುವಿಕೆಯ ಆಳಕ್ಕೆ ಅನುರೂಪವಾಗಿದೆ. ವಹನ ಮತ್ತು ವಿಕಿರಣದ ಮೂಲಕ ಶಾಖದ ನಷ್ಟವು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಮೂಲದ ವಿಕಿರಣಗೊಂಡ ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಹತ್ತಿರವಾಗಿಸುತ್ತದೆ. ತಾಪನದ ಸ್ಥಳೀಯ ಸ್ವರೂಪವು ಶಿಲುಬೆಯಿಲ್ಲದೆ ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗಿ ನಿಂತಿರುವ ಮೂಲಗಳಿಂದ ಟಿಎಲ್ಇಯಿಂದ ಅನೇಕ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಯಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ. ಲೇಸರ್ನಿಂದ ಮೂಲಕ್ಕೆ ಶಕ್ತಿಯ ನೇರ ವರ್ಗಾವಣೆಯಿಂದಾಗಿ, ಟಿಎಲ್ಇ ಆವಿಯಾಗುವಿಕೆ ಮತ್ತು ಆಣ್ವಿಕ ಕಿರಣದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಂತಹ ಇತರ ಆವಿಯಾಗುವಿಕೆ ತಂತ್ರಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿದೆ, ಇದು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ತಲುಪಲು ತಂತಿ ಆಧಾರಿತ ಜೂಲ್ ಹೀಟರ್ಗಳನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ. ಮೂಲವನ್ನು ಬಿಸಿಮಾಡುವ ಮೂಲಕ, ಆವಿಯ ಹರಿವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಅದರ ಒತ್ತಡವು ಆಗಾಗ್ಗೆ ತಾಪಮಾನಕ್ಕೆ ಸರಿಸುಮಾರು ಘಾತೀಯ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಆವಿಯನ್ನು ನಂತರ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ ಸಂಗ್ರಹಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದನ್ನು ಲೇಸರ್ ಮೂಲಕ ಬಿಸಿಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಲೇಸರ್-ಬಿಸಿಮಾಡಿದ ತಲಾಧಾರವು ಆಣ್ವಿಕ ಕಿರಣದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಂತೆಯೇ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ-ನಿಯಂತ್ರಿತ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಬಳಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ, ಇದು ಸ್ಟೊಯ್ಕಿಯೊಮೆಟ್ರಿ ಮತ್ತು ಠೇವಣಿ ಮಾಡಲಾದ ಪದರದ ತಾಪಮಾನದ ನಿಖರವಾದ ನಿಯಂತ್ರಣವನ್ನು ಖಾತ್ರಿಪಡಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ನಿಖರವಾದ ನಿಯಂತ್ರಣವು ಹೈ-ಟಿಸಿ ಸೂಪರ್ ಕಂಡಕ್ಟರ್ಗಳಂತಹ ಸಂಕೀರ್ಣ ವಸ್ತುಗಳ ತೆಳುವಾದ-ಪದರದ ವೈವಿಧ್ಯ ರಚನೆಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಸಲು ಮೌಲ್ಯಯುತವಾಗಿದೆ. ಎಲ್ಲಾ ಲೇಸರ್ಗಳನ್ನು ಆವಿಯಾಗುವ ಕೊಠಡಿಯ ಹೊರಗೆ ಇರಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಇನ್ ಸಿತು ಹೀಟರ್ಗಳ ಬಳಕೆಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಮಾಲಿನ್ಯವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಬಹುದು, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚು ಶುದ್ಧವಾಗಿ ಸಂಗ್ರಹಿಸಲಾದ ಫಿಲ್ಮ್ಗಳು ಕಂಡುಬರುತ್ತವೆ. ಇನ್ಸಿಡೆಂಟ್ ಸೋರ್ಸ್ ಲೇಸರ್ನ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸರಿಹೊಂದಿಸುವ ಮೂಲಕ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ ಬೀಳುವ ಆವಿಯ ಶೇಖರಣೆಯ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಶೇಖರಣೆಯ ಪ್ರಮಾಣವು ಆಗಾಗ್ಗೆ ಮೂಲ ತಾಪಮಾನದೊಂದಿಗೆ ಘಾತೀಯವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಘಟನೆಯ ಲೇಸರ್ ಶಕ್ತಿಯೊಂದಿಗೆ ರೇಖೀಯವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಆಮ್ಲಜನಕ ಅಥವಾ ಓಝೋನ್ ವಾತಾವರಣದ ಸೇರ್ಪಡೆಯೊಂದಿಗೆ, ಆಕ್ಸೈಡ್ ಫಿಲ್ಮ್ಗಳನ್ನು ಟಿಎಲ್ಇಯೊಂದಿಗೆ 10−2 ಎಚ್ಪಿಎ ವರೆಗಿನ ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿ ಸುಲಭವಾಗಿ ಬೆಳೆಸಬಹುದು. 1960 ರಲ್ಲಿ ಥಿಯೋಡೋರ್ ಮೈಮನ್ ಅವರು ಲೇಸರ್ ಅನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿದ ಸ್ವಲ್ಪ ಸಮಯದ ನಂತರ, ತೆಳುವಾದ ಫಿಲ್ಮ್ಗಳನ್ನು ತಯಾರಿಸಲು ನಿರ್ವಾತ ಕೊಠಡಿಯಲ್ಲಿ ಮೂಲ ವಸ್ತುವನ್ನು ಆವಿಯಾಗಿಸಲು ಲೇಸರ್ ಒಂದು ಬಿಂದು ಮೂಲವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ತ್ವರಿತವಾಗಿ ಗುರುತಿಸಲಾಯಿತು. 1965ರಲ್ಲಿ, ಸ್ಮಿತ್ ಮತ್ತು ಟರ್ನರ್ ರೂಬಿ ಲೇಸರ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ತೆಳುವಾದ ಫಿಲ್ಮ್ಗಳನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸುವಲ್ಲಿ ಯಶಸ್ವಿಯಾದರು, ಅದರ ನಂತರ ಗ್ರೋಹ್ 1968ರಲ್ಲಿ ನಿರಂತರ-ತರಂಗ CO2 ಲೇಸರ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ತೆಳುವಾದ ಫಿಲ್ಮ್ಗಳನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸಿದರು. ಲೇಸರ್-ಪ್ರೇರಿತ ಆವಿಯಾಗುವಿಕೆಯು ಡೈಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಮತ್ತು ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಫಿಲ್ಮ್ಗಳನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸಲು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಮಾರ್ಗವಾಗಿದೆ ಎಂದು ಹೆಚ್ಚಿನ ಅಧ್ಯಯನಗಳು ತೋರಿಸಿಕೊಟ್ಟವು. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಸ್ಟೋಯಿಕಿಯೋಮೆಟ್ರಿ ಮತ್ತು ಠೇವಣಿ ಮಾಡಲಾದ ಫಿಲ್ಮ್ಗಳ ಏಕರೂಪತೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಸಮಸ್ಯೆಗಳು ಸಂಭವಿಸಿದವು, ಹೀಗಾಗಿ ಇತರ ತಂತ್ರಗಳಿಂದ ಠೇವಣಿ ಮಾಡಲಾದ ಫಿಲ್ಮ್ಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಅವುಗಳ ಗುಣಮಟ್ಟವು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳಲ್ಲಿ ಪಲ್ಸ್ಡ್ ಲೇಸರ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ತೆಳುವಾದ ಫಿಲ್ಮ್ಗಳ ಶೇಖರಣೆಯನ್ನು ತನಿಖೆ ಮಾಡುವ ಪ್ರಯೋಗಗಳು ಪಲ್ಸ್ಡ್ ಲೇಸರ್ ಶೇಖರಣೆಗೆ ಅಡಿಪಾಯ ಹಾಕಿದವು, ಇದು ಇಂದು ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುವ ಅತ್ಯಂತ ಯಶಸ್ವಿ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ತಂತ್ರವಾಗಿದೆ. ನಿರಂತರ-ತರಂಗ ಲೇಸರ್ಗಳನ್ನು ಬಳಸುವ ಪ್ರಯೋಗಗಳು ಇಪ್ಪತ್ತನೇ ಶತಮಾನದ ಉತ್ತರಾರ್ಧದಲ್ಲಿ ಮುಂದುವರೆದವು, ಇದು ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಂತೆ ನಿರಂತರ-ತರಂಗ ಲೇಸರ್ ಆವಿಯಾಗುವಿಕೆಯ ಅನೇಕ ಪ್ರಯೋಜನಗಳನ್ನು ಎತ್ತಿ ತೋರಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಫಿಲ್ಮ್ಗಳಿಗೆ ಮೇಲ್ಮೈ ಹಾನಿಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ನಿರಂತರ-ತರಂಗ ಲೇಸರ್ಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಸಂಯುಕ್ತ ಮೂಲಗಳಿಂದ ಏಕರೂಪದ ಆವಿಯಾಗುವಿಕೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸುವುದು ಸವಾಲಾಗಿ ಪರಿಣಮಿಸಿತು, ಮತ್ತು ಫಿಲ್ಮ್ ಶೇಖರಣೆಯು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಲಭ್ಯವಿರುವ ಕಡಿಮೆ ನಿರಂತರ ತರಂಗ ಶಕ್ತಿ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳಿಂದಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಆವಿ ಒತ್ತಡವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಮೂಲಗಳಿಗೆ ಸೀಮಿತವಾಗಿತ್ತು. 2019ರಲ್ಲಿ, ನಿರಂತರ-ತರಂಗ ಲೇಸರ್ಗಳನ್ನು ಬಳಸುವ ಮೂಲಗಳ ಆವಿಯಾಗುವಿಕೆಯನ್ನು ಮ್ಯಾಕ್ಸ್ ಪ್ಲ್ಯಾಂಕ್ ಇನ್ಸ್ಟಿಟ್ಯೂಟ್ ಫಾರ್ ಸಾಲಿಡ್ ಸ್ಟೇಟ್ ರಿಸರ್ಚ್ನಲ್ಲಿ ಮರುಶೋಧಿಸಲಾಯಿತು ಮತ್ತು "ಥರ್ಮಲ್ ಲೇಸರ್ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ" ಎಂದು ಹೆಸರಿಸಲಾಯಿತು. ಈ ಹೊಸ ತಂತ್ರವು ಹೆಚ್ಚಿನ-ಶಕ್ತಿಯ ನಿರಂತರ-ತರಂಗ ಲೇಸರ್ಗಳಿಂದ (ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ 1000 ಎನ್ಎಂ ತರಂಗಾಂತರದಲ್ಲಿ ಸುಮಾರು 1 ಕಿಲೋವ್ಯಾಟ್ ಗರಿಷ್ಠ ಶಕ್ತಿಯೊಂದಿಗೆ) ಪ್ರಕಾಶಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಧಾತುರೂಪದ ಮೂಲಗಳನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ, ಹೀಗಾಗಿ ಇಂಗಾಲ ಮತ್ತು ಟಂಗ್ಸ್ಟನ್ನಂತಹ ಕಡಿಮೆ-ಆವಿ-ಒತ್ತಡದ ವಸ್ತುಗಳ ಶೇಖರಣೆಗೆ ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ. ಉಲ್ಲೇಖಗಳು ಬಾಹ್ಯ ಕೊಂಡಿಗಳು ಥರ್ಮಲ್ ಲೇಸರ್ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ-ಮ್ಯಾಕ್ಸ್ ಪ್ಲ್ಯಾಂಕ್ ಇನ್ಸ್ಟಿಟ್ಯೂಟ್ ಫಾರ್ ಸಾಲಿಡ್ ಸ್ಟೇಟ್ ರಿಸರ್ಚ್ ಥಿನ್ ಫಿಲ್ಮ್ ಶೇಖರಣೆ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಸಾಧನ ತಯಾರಿಕೆ ಸ್ಫಟಿಕಶಾಸ್ತ್ರ ಸ್ಫಟಿಕ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ವಿಧಾನಗಳು