ಕ್ರಾಂತಿಕಾರಿ ಹೊಸ ವಸ್ತು - ಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್
ಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಹೊಸ ರೀತಿಯ ಸಿಲಿಕಾನ್ ವಸ್ತುವಾಗಿದೆ. ಈ ಲೇಖನವು ಇತ್ತೀಚಿನ ವರ್ಷಗಳಲ್ಲಿ ಎರಿಕ್ ಮಜೂರ್ ಮತ್ತು ಇತರ ಸಂಶೋಧಕರು ಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ನ ಕುರಿತು ನಡೆಸಿದ ಸಂಶೋಧನಾ ಕಾರ್ಯವನ್ನು ಸಂಕ್ಷೇಪಿಸುತ್ತದೆ, ಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ನ ತಯಾರಿಕೆ ಮತ್ತು ರಚನೆಯ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನವನ್ನು ಹಾಗೂ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ, ಪ್ರಕಾಶಮಾನತೆ, ಕ್ಷೇತ್ರ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆ ಮತ್ತು ರೋಹಿತದ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯಂತಹ ಅದರ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ. ಇದು ಅತಿಗೆಂಪು ಪತ್ತೆಕಾರಕಗಳು, ಸೌರ ಕೋಶಗಳು ಮತ್ತು ಫ್ಲಾಟ್-ಪ್ಯಾನಲ್ ಪ್ರದರ್ಶನಗಳಲ್ಲಿ ಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ನ ಪ್ರಮುಖ ಸಂಭಾವ್ಯ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳನ್ನು ಸಹ ಎತ್ತಿ ತೋರಿಸುತ್ತದೆ.
ಸ್ಫಟಿಕದಂತಹ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಅನ್ನು ಅರೆವಾಹಕ ಉದ್ಯಮದಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಶುದ್ಧೀಕರಣದ ಸುಲಭತೆ, ಡೋಪಿಂಗ್ ಸುಲಭತೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ಪ್ರತಿರೋಧದಂತಹ ಅನುಕೂಲಗಳಿವೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಇದು ಅನೇಕ ಅನಾನುಕೂಲಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಅದರ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಗೋಚರ ಮತ್ತು ಅತಿಗೆಂಪು ಬೆಳಕಿನ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರತಿಫಲನ. ಇದಲ್ಲದೆ, ಅದರ ದೊಡ್ಡ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂತರದಿಂದಾಗಿ,ಸ್ಫಟಿಕದಂತಹ ಸಿಲಿಕಾನ್1100 nm ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ತರಂಗಾಂತರಗಳೊಂದಿಗೆ ಬೆಳಕನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ಘಟನೆಯ ಬೆಳಕಿನ ತರಂಗಾಂತರವು 1100 nm ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ಗಳ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ದರವು ಬಹಳ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ತರಂಗಾಂತರಗಳನ್ನು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಲು ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ ಮತ್ತು ಇಂಡಿಯಮ್ ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ ಆರ್ಸೆನೈಡ್ನಂತಹ ಇತರ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಬಳಸಬೇಕು. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಹೆಚ್ಚಿನ ವೆಚ್ಚ, ಕಳಪೆ ಉಷ್ಣಬಲ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಮತ್ತು ಸ್ಫಟಿಕ ಗುಣಮಟ್ಟ ಮತ್ತು ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿರುವ ಪ್ರಬುದ್ಧ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಅಸಾಮರಸ್ಯವು ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿ ಅವುಗಳ ಅನ್ವಯವನ್ನು ಮಿತಿಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಸ್ಫಟಿಕದಂತಹ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈಗಳ ಪ್ರತಿಫಲನವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದು ಮತ್ತು ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಮತ್ತು ಸಿಲಿಕಾನ್-ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ಗಳ ಪತ್ತೆ ತರಂಗಾಂತರ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯನ್ನು ವಿಸ್ತರಿಸುವುದು ಬಿಸಿ ಸಂಶೋಧನಾ ವಿಷಯವಾಗಿ ಉಳಿದಿದೆ.
ಸ್ಫಟಿಕದಂತಹ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈಗಳ ಪ್ರತಿಫಲನವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು, ಫೋಟೋಲಿಥೋಗ್ರಫಿ, ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕ ಅಯಾನು ಎಚ್ಚಣೆ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಕಲ್ ಎಚ್ಚಣೆಯಂತಹ ಅನೇಕ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ವಿಧಾನಗಳು ಮತ್ತು ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸಲಾಗಿದೆ. ಈ ತಂತ್ರಗಳು ಸ್ವಲ್ಪ ಮಟ್ಟಿಗೆ, ಸ್ಫಟಿಕದಂತಹ ಸಿಲಿಕಾನ್ನ ಮೇಲ್ಮೈ ಮತ್ತು ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಸಮೀಪವಿರುವ ರೂಪವಿಜ್ಞಾನವನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಬಹುದು, ಹೀಗಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈ ಪ್ರತಿಫಲನ. ಗೋಚರ ಬೆಳಕಿನ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ, ಪ್ರತಿಫಲನವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದರಿಂದ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ಸಾಧನದ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಬಹುದು. ಆದಾಗ್ಯೂ, 1100 nm ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ತರಂಗಾಂತರಗಳಲ್ಲಿ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂತರಕ್ಕೆ ಯಾವುದೇ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟವನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸದಿದ್ದರೆ, ಕಡಿಮೆಯಾದ ಪ್ರತಿಫಲನವು ಪ್ರಸರಣವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಸಿಲಿಕಾನ್ನ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂತರವು ಅಂತಿಮವಾಗಿ ದೀರ್ಘ-ತರಂಗಾಂತರ ಬೆಳಕಿನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಮಿತಿಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಮತ್ತು ಸಿಲಿಕಾನ್-ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯ ಸಾಧನಗಳ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ತರಂಗಾಂತರ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯನ್ನು ವಿಸ್ತರಿಸಲು, ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂತರದೊಳಗೆ ಫೋಟಾನ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದು ಮತ್ತು ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈ ಪ್ರತಿಫಲನವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದು ಅವಶ್ಯಕ.
1990 ರ ದಶಕದ ಉತ್ತರಾರ್ಧದಲ್ಲಿ, ಹಾರ್ವರ್ಡ್ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯದ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕ ಎರಿಕ್ ಮಜುರ್ ಮತ್ತು ಇತರರು ಚಿತ್ರ 1 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ, ವಸ್ತುವಿನೊಂದಿಗೆ ಫೆಮ್ಟೋಸೆಕೆಂಡ್ ಲೇಸರ್ಗಳ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಯ ಕುರಿತು ತಮ್ಮ ಸಂಶೋಧನೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಹೊಸ ವಸ್ತು - ಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ - ಅನ್ನು ಪಡೆದರು. ಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ನ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡುವಾಗ, ಎರಿಕ್ ಮಜುರ್ ಮತ್ತು ಅವರ ಸಹೋದ್ಯೋಗಿಗಳು ಈ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ರಚನೆಯ ಸಿಲಿಕಾನ್ ವಸ್ತುವು ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ಕಂಡುಹಿಡಿದು ಆಶ್ಚರ್ಯಚಕಿತರಾದರು. ಇದು ನೇರಳಾತೀತ ಮತ್ತು ನೇರಳಾತೀತ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ (0.25–2.5 μm) ಬಹುತೇಕ ಎಲ್ಲಾ ಬೆಳಕನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ, ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಗೋಚರ ಮತ್ತು ನೇರಳಾತೀತ ಪ್ರಕಾಶಮಾನ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಮತ್ತು ಉತ್ತಮ ಕ್ಷೇತ್ರ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಆವಿಷ್ಕಾರವು ಅರೆವಾಹಕ ಉದ್ಯಮದಲ್ಲಿ ಒಂದು ಸಂವೇದನೆಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಿತು, ಪ್ರಮುಖ ನಿಯತಕಾಲಿಕೆಗಳು ಇದರ ಬಗ್ಗೆ ವರದಿ ಮಾಡಲು ಸ್ಪರ್ಧಿಸಿದವು. 1999 ರಲ್ಲಿ, ಸೈಂಟಿಫಿಕ್ ಅಮೇರಿಕನ್ ಮತ್ತು ಡಿಸ್ಕವರ್ ನಿಯತಕಾಲಿಕೆಗಳು, 2000 ರಲ್ಲಿ ಲಾಸ್ ಏಂಜಲೀಸ್ ಟೈಮ್ಸ್ ವಿಜ್ಞಾನ ವಿಭಾಗ ಮತ್ತು 2001 ರಲ್ಲಿ ನ್ಯೂ ಸೈಂಟಿಸ್ಟ್ ನಿಯತಕಾಲಿಕೆಗಳು ಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮತ್ತು ಅದರ ಸಂಭಾವ್ಯ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳ ಆವಿಷ್ಕಾರವನ್ನು ಚರ್ಚಿಸುವ ವೈಶಿಷ್ಟ್ಯ ಲೇಖನಗಳನ್ನು ಪ್ರಕಟಿಸಿದವು, ಇದು ರಿಮೋಟ್ ಸೆನ್ಸಿಂಗ್, ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಂವಹನ ಮತ್ತು ಮೈಕ್ರೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ನಂತಹ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಗಮನಾರ್ಹ ಸಂಭಾವ್ಯ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ನಂಬಿದ್ದರು.
ಪ್ರಸ್ತುತ, ಫ್ರಾನ್ಸ್ನ ಟಿ. ಸಮೆಟ್, ಐರ್ಲೆಂಡ್ನ ಅನೋಯ್ಫ್ ಎಂ. ಮೊಲೊನಿ, ಚೀನಾದ ಫುಡಾನ್ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯದ ಝಾವೋ ಲಿ ಮತ್ತು ಚೈನೀಸ್ ಅಕಾಡೆಮಿ ಆಫ್ ಸೈನ್ಸಸ್ನ ಮೆನ್ ಹೈನಿಂಗ್ ಎಲ್ಲರೂ ಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕುರಿತು ವ್ಯಾಪಕ ಸಂಶೋಧನೆ ನಡೆಸಿ ಪ್ರಾಥಮಿಕ ಫಲಿತಾಂಶಗಳನ್ನು ಸಾಧಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಅಮೆರಿಕದ ಮ್ಯಾಸಚೂಸೆಟ್ಸ್ನಲ್ಲಿರುವ ಸಿಯೋನಿಕ್ಸ್ ಕಂಪನಿಯು ಇತರ ಕಂಪನಿಗಳಿಗೆ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ ವೇದಿಕೆಯಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಲು $11 ಮಿಲಿಯನ್ ಸಾಹಸೋದ್ಯಮ ಬಂಡವಾಳವನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸಿದೆ ಮತ್ತು ಸಂವೇದಕ ಆಧಾರಿತ ಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ ವೇಫರ್ಗಳ ವಾಣಿಜ್ಯ ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಪ್ರಾರಂಭಿಸಿದೆ, ಮುಂದಿನ ಪೀಳಿಗೆಯ ಅತಿಗೆಂಪು ಇಮೇಜಿಂಗ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ಸಿದ್ಧಪಡಿಸಿದ ಉತ್ಪನ್ನಗಳನ್ನು ಬಳಸಲು ತಯಾರಿ ನಡೆಸುತ್ತಿದೆ. ಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಕಡಿಮೆ ವೆಚ್ಚ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆಯ ಅನುಕೂಲಗಳು ಸಂಶೋಧನೆ ಮತ್ತು ವೈದ್ಯಕೀಯ ಇಮೇಜಿಂಗ್ ಮಾರುಕಟ್ಟೆಗಳ ಮೇಲೆ ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸಿದ ಕಂಪನಿಗಳ ಗಮನವನ್ನು ಸೆಳೆಯುತ್ತವೆ ಎಂದು ಸಿಯೋನಿಕ್ಸ್ನ ಸಿಇಒ ಸ್ಟೀಫನ್ ಸೇಲರ್ ಹೇಳಿದ್ದಾರೆ. ಭವಿಷ್ಯದಲ್ಲಿ, ಇದು ಬಹು-ಶತಕೋಟಿ ಡಾಲರ್ ಡಿಜಿಟಲ್ ಕ್ಯಾಮೆರಾ ಮತ್ತು ಕ್ಯಾಮ್ಕಾರ್ಡರ್ ಮಾರುಕಟ್ಟೆಯನ್ನು ಸಹ ಪ್ರವೇಶಿಸಬಹುದು. ಸಿಯೋನಿಕ್ಸ್ ಪ್ರಸ್ತುತ ಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ನ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳೊಂದಿಗೆ ಪ್ರಯೋಗಿಸುತ್ತಿದೆ ಮತ್ತು ಅದು ಹೆಚ್ಚು ಸಾಧ್ಯತೆ ಇದೆಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ಭವಿಷ್ಯದಲ್ಲಿ ಸೌರ ಕೋಶಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುವುದು. 1. ಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ ರಚನೆಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ
೧.೧ ತಯಾರಿ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ
ಏಕ-ಸ್ಫಟಿಕ ಸಿಲಿಕಾನ್ ವೇಫರ್ಗಳನ್ನು ಟ್ರೈಕ್ಲೋರೋಎಥಿಲೀನ್, ಅಸಿಟೋನ್ ಮತ್ತು ಮೆಥನಾಲ್ನೊಂದಿಗೆ ಅನುಕ್ರಮವಾಗಿ ಸ್ವಚ್ಛಗೊಳಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ನಂತರ ನಿರ್ವಾತ ಕೊಠಡಿಯಲ್ಲಿ ಮೂರು ಆಯಾಮದ ಚಲಿಸಬಲ್ಲ ಗುರಿ ಹಂತದ ಮೇಲೆ ಇರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ನಿರ್ವಾತ ಕೊಠಡಿಯ ಮೂಲ ಒತ್ತಡವು 1.3 × 10⁻² Pa ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಿರುತ್ತದೆ. ಕೆಲಸ ಮಾಡುವ ಅನಿಲವು SF₆, Cl₂, N₂, ಗಾಳಿ, H₂S, H₂, SiH₄, ಇತ್ಯಾದಿ ಆಗಿರಬಹುದು, 6.7 × 10⁴ Pa ಕೆಲಸದ ಒತ್ತಡದೊಂದಿಗೆ. ಪರ್ಯಾಯವಾಗಿ, ನಿರ್ವಾತ ಪರಿಸರವನ್ನು ಬಳಸಬಹುದು, ಅಥವಾ S, Se, ಅಥವಾ Te ನ ಧಾತುರೂಪದ ಪುಡಿಗಳನ್ನು ನಿರ್ವಾತದಲ್ಲಿ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲೆ ಲೇಪಿಸಬಹುದು. ಗುರಿ ಹಂತವನ್ನು ನೀರಿನಲ್ಲಿಯೂ ಮುಳುಗಿಸಬಹುದು. Ti: ನೀಲಮಣಿ ಲೇಸರ್ ಪುನರುತ್ಪಾದಕ ಆಂಪ್ಲಿಫೈಯರ್ನಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಫೆಮ್ಟೋಸೆಕೆಂಡ್ ದ್ವಿದಳ ಧಾನ್ಯಗಳನ್ನು (800 nm, 100 fs, 500 μJ, 1 kHz) ಲೆನ್ಸ್ನಿಂದ ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಲಂಬವಾಗಿ ವಿಕಿರಣಗೊಳಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ (ಲೇಸರ್ ಔಟ್ಪುಟ್ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಅಟೆನ್ಯೂಯೇಟರ್ನಿಂದ ನಿಯಂತ್ರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಅರ್ಧ-ತರಂಗ ಪ್ಲೇಟ್ ಮತ್ತು ಧ್ರುವೀಕರಣವನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ). ಲೇಸರ್ ಸ್ಪಾಟ್ನೊಂದಿಗೆ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಸ್ಕ್ಯಾನ್ ಮಾಡಲು ಗುರಿ ಹಂತವನ್ನು ಚಲಿಸುವ ಮೂಲಕ, ದೊಡ್ಡ-ಪ್ರದೇಶದ ಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ ವಸ್ತುವನ್ನು ಪಡೆಯಬಹುದು. ಲೆನ್ಸ್ ಮತ್ತು ಸಿಲಿಕಾನ್ ವೇಫರ್ ನಡುವಿನ ಅಂತರವನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸುವುದರಿಂದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ವಿಕಿರಣಗೊಳಿಸಲಾದ ಬೆಳಕಿನ ತಾಣದ ಗಾತ್ರವನ್ನು ಸರಿಹೊಂದಿಸಬಹುದು, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಲೇಸರ್ ಫ್ಲೂಯೆನ್ಸ್ ಅನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಬಹುದು; ಸ್ಪಾಟ್ ಗಾತ್ರ ಸ್ಥಿರವಾಗಿದ್ದಾಗ, ಗುರಿ ಹಂತದ ಚಲಿಸುವ ವೇಗವನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸುವುದರಿಂದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈಯ ಒಂದು ಘಟಕ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ವಿಕಿರಣಗೊಳಿಸಲಾದ ದ್ವಿದಳ ಧಾನ್ಯಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಸರಿಹೊಂದಿಸಬಹುದು. ಕೆಲಸ ಮಾಡುವ ಅನಿಲವು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ರಚನೆಯ ಆಕಾರವನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ. ಕೆಲಸ ಮಾಡುವ ಅನಿಲವು ಸ್ಥಿರವಾಗಿದ್ದಾಗ, ಲೇಸರ್ ಫ್ಲೂಯೆನ್ಸ್ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿ ಯೂನಿಟ್ ಪ್ರದೇಶಕ್ಕೆ ಸ್ವೀಕರಿಸಿದ ದ್ವಿದಳ ಧಾನ್ಯಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸುವುದರಿಂದ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ರಚನೆಗಳ ಎತ್ತರ, ಆಕಾರ ಅನುಪಾತ ಮತ್ತು ಅಂತರವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸಬಹುದು.
೧.೨ ಸೂಕ್ಷ್ಮದರ್ಶಕೀಯ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು
ಫೆಮ್ಟೋಸೆಕೆಂಡ್ ಲೇಸರ್ ವಿಕಿರಣದ ನಂತರ, ಮೂಲತಃ ನಯವಾದ ಸ್ಫಟಿಕದಂತಹ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈ ಅರೆ-ನಿಯಮಿತವಾಗಿ ಜೋಡಿಸಲಾದ ಸಣ್ಣ ಶಂಕುವಿನಾಕಾರದ ರಚನೆಗಳ ಶ್ರೇಣಿಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ. ಕೋನ್ ಮೇಲ್ಭಾಗಗಳು ಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿನ ವಿಕಿರಣಗೊಳ್ಳದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈಯಂತೆಯೇ ಒಂದೇ ಸಮತಲದಲ್ಲಿವೆ. ಶಂಕುವಿನಾಕಾರದ ರಚನೆಯ ಆಕಾರವು ಕೆಲಸ ಮಾಡುವ ಅನಿಲಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ, ಚಿತ್ರ 2 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ, (a), (b), ಮತ್ತು (c) ನಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವ ಶಂಕುವಿನಾಕಾರದ ರಚನೆಗಳು ಕ್ರಮವಾಗಿ SF₆, S ಮತ್ತು N₂ ವಾತಾವರಣದಲ್ಲಿ ರೂಪುಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಕೋನ್ ಮೇಲ್ಭಾಗಗಳ ದಿಕ್ಕು ಅನಿಲದಿಂದ ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಯಾವಾಗಲೂ ಲೇಸರ್ ಘಟನೆಯ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ, ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಯಿಂದ ಪ್ರಭಾವಿತವಾಗುವುದಿಲ್ಲ ಮತ್ತು ಸ್ಫಟಿಕದಂತಹ ಸಿಲಿಕಾನ್ನ ಡೋಪಿಂಗ್ ಪ್ರಕಾರ, ಪ್ರತಿರೋಧಕತೆ ಮತ್ತು ಸ್ಫಟಿಕ ದೃಷ್ಟಿಕೋನದಿಂದ ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗಿರುತ್ತದೆ; ಕೋನ್ ಬೇಸ್ಗಳು ಅಸಮಪಾರ್ಶ್ವವಾಗಿರುತ್ತವೆ, ಅವುಗಳ ಸಣ್ಣ ಅಕ್ಷವು ಲೇಸರ್ ಧ್ರುವೀಕರಣ ದಿಕ್ಕಿಗೆ ಸಮಾನಾಂತರವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಗಾಳಿಯಲ್ಲಿ ರೂಪುಗೊಂಡ ಶಂಕುವಿನಾಕಾರದ ರಚನೆಗಳು ಅತ್ಯಂತ ಒರಟಾಗಿರುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ಮೇಲ್ಮೈಗಳು 10–100 nm ನ ಇನ್ನೂ ಸೂಕ್ಷ್ಮವಾದ ಡೆಂಡ್ರೈಟಿಕ್ ನ್ಯಾನೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ಗಳಿಂದ ಮುಚ್ಚಲ್ಪಟ್ಟಿರುತ್ತವೆ.
ಲೇಸರ್ ಫ್ಲೂಯೆನ್ಸ್ ಹೆಚ್ಚಾದಷ್ಟೂ ಮತ್ತು ಪಲ್ಸ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಹೆಚ್ಚಾದಷ್ಟೂ, ಶಂಕುವಿನಾಕಾರದ ರಚನೆಗಳು ಎತ್ತರ ಮತ್ತು ಅಗಲವಾಗುತ್ತವೆ. SF6 ಅನಿಲದಲ್ಲಿ, ಶಂಕುವಿನಾಕಾರದ ರಚನೆಗಳ ಎತ್ತರ h ಮತ್ತು ಅಂತರ d ರೇಖೀಯವಲ್ಲದ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ, ಇದನ್ನು ಸರಿಸುಮಾರು h∝dp ಎಂದು ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಬಹುದು, ಇಲ್ಲಿ p=2.4±0.1; ಹೆಚ್ಚುತ್ತಿರುವ ಲೇಸರ್ ಫ್ಲೂಯೆನ್ಸ್ನೊಂದಿಗೆ ಎತ್ತರ h ಮತ್ತು ಅಂತರ d ಎರಡೂ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತವೆ. ಫ್ಲೂಯೆನ್ಸ್ 5 kJ/m² ನಿಂದ 10 kJ/m² ಗೆ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ, ಅಂತರ d 3 ಪಟ್ಟು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು h ಮತ್ತು d ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧದೊಂದಿಗೆ ಸೇರಿಕೊಂಡಾಗ, ಎತ್ತರ h 12 ಪಟ್ಟು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.
ನಿರ್ವಾತದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ಅನೀಲಿಂಗ್ (1200 K, 3 h) ನಂತರ, ಶಂಕುವಿನಾಕಾರದ ರಚನೆಗಳುಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಬದಲಾಗಲಿಲ್ಲ, ಆದರೆ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ 10–100 nm ಡೆಂಡ್ರೈಟಿಕ್ ನ್ಯಾನೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ಗಳು ಬಹಳ ಕಡಿಮೆಯಾದವು. ಅಯಾನ್ ಚಾನೆಲಿಂಗ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ ಶಂಕುವಿನಾಕಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿನ ಅಸ್ವಸ್ಥತೆಯು ಅನೀಲಿಂಗ್ ನಂತರ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸಿದೆ, ಆದರೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಅಸ್ತವ್ಯಸ್ತವಾದ ರಚನೆಗಳು ಈ ಅನೀಲಿಂಗ್ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಬದಲಾಗಲಿಲ್ಲ.
೧.೩ ರಚನೆಯ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನ
ಪ್ರಸ್ತುತ, ಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ ರಚನೆಯ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನವು ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿಲ್ಲ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಎರಿಕ್ ಮಜುರ್ ಮತ್ತು ಇತರರು, ಕೆಲಸದ ವಾತಾವರಣದೊಂದಿಗೆ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ರಚನೆಯ ಆಕಾರದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಯ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, ಹೆಚ್ಚಿನ ತೀವ್ರತೆಯ ಫೆಮ್ಟೋಸೆಕೆಂಡ್ ಲೇಸರ್ಗಳ ಪ್ರಚೋದನೆಯ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ, ಅನಿಲ ಮತ್ತು ಸ್ಫಟಿಕದಂತಹ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈ ನಡುವೆ ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಯಿದೆ ಎಂದು ಊಹಿಸಿದ್ದಾರೆ, ಇದು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಕೆಲವು ಅನಿಲಗಳಿಂದ ಕೆತ್ತಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ, ಇದು ಚೂಪಾದ ಕೋನ್ಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ. ಎರಿಕ್ ಮಜುರ್ ಮತ್ತು ಇತರರು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ರಚನೆಯ ಭೌತಿಕ ಮತ್ತು ರಾಸಾಯನಿಕ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಕಾರಣವೆಂದು ಹೇಳಿದ್ದಾರೆ: ಹೆಚ್ಚಿನ ಫ್ಲೂಯೆನ್ಸ್ ಲೇಸರ್ ಪಲ್ಸ್ಗಳಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಸಿಲಿಕಾನ್ ತಲಾಧಾರದ ಕರಗುವಿಕೆ ಮತ್ತು ಕ್ಷಯಿಸುವಿಕೆ; ಬಲವಾದ ಲೇಸರ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕ ಅಯಾನುಗಳು ಮತ್ತು ಕಣಗಳಿಂದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ತಲಾಧಾರದ ಎಚ್ಚಣೆ; ಮತ್ತು ತಲಾಧಾರ ಸಿಲಿಕಾನ್ನ ಅಬ್ಲೇಟೆಡ್ ಭಾಗದ ಮರುಸ್ಫಟಿಕೀಕರಣ.
ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿರುವ ಶಂಕುವಿನಾಕಾರದ ರಚನೆಗಳು ಸ್ವಯಂಪ್ರೇರಿತವಾಗಿ ರೂಪುಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಮುಖವಾಡವಿಲ್ಲದೆಯೇ ಅರೆ-ನಿಯಮಿತ ಶ್ರೇಣಿಯನ್ನು ರಚಿಸಬಹುದು. MY ಶೆನ್ ಮತ್ತು ಇತರರು 2 μm ದಪ್ಪದ ಪ್ರಸರಣ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸೂಕ್ಷ್ಮದರ್ಶಕ ತಾಮ್ರ ಜಾಲರಿಯನ್ನು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಮುಖವಾಡವಾಗಿ ಜೋಡಿಸಿದರು ಮತ್ತು ನಂತರ ಫೆಮ್ಟೋಸೆಕೆಂಡ್ ಲೇಸರ್ನೊಂದಿಗೆ SF6 ಅನಿಲದಲ್ಲಿ ಸಿಲಿಕಾನ್ ವೇಫರ್ ಅನ್ನು ವಿಕಿರಣಗೊಳಿಸಿದರು. ಅವರು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ನಿಯಮಿತವಾಗಿ ಜೋಡಿಸಲಾದ ಶಂಕುವಿನಾಕಾರದ ರಚನೆಗಳ ಶ್ರೇಣಿಯನ್ನು ಪಡೆದರು, ಇದು ಮುಖವಾಡದ ಮಾದರಿಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿರುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 4 ನೋಡಿ). ಮುಖವಾಡದ ದ್ಯುತಿರಂಧ್ರ ಗಾತ್ರವು ಶಂಕುವಿನಾಕಾರದ ರಚನೆಗಳ ಜೋಡಣೆಯ ಮೇಲೆ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ. ಮಾಸ್ಕ್ ದ್ಯುತಿರಂಧ್ರಗಳಿಂದ ಘಟನೆಯ ಲೇಸರ್ನ ವಿವರ್ತನೆಯು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಲೇಸರ್ ಶಕ್ತಿಯ ಏಕರೂಪದ ವಿತರಣೆಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಆವರ್ತಕ ತಾಪಮಾನ ವಿತರಣೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಇದು ಅಂತಿಮವಾಗಿ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲ್ಮೈ ರಚನೆ ಶ್ರೇಣಿಯನ್ನು ನಿಯಮಿತವಾಗಿಸಲು ಒತ್ತಾಯಿಸುತ್ತದೆ.