ਇੱਕ ਇਨਕਲਾਬੀ ਨਵੀਂ ਸਮੱਗਰੀ - ਬਲੈਕ ਸਿਲੀਕਾਨ
ਬਲੈਕ ਸਿਲੀਕਾਨ ਇੱਕ ਨਵੀਂ ਕਿਸਮ ਦਾ ਸਿਲੀਕਾਨ ਪਦਾਰਥ ਹੈ ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਸ਼ਾਨਦਾਰ ਆਪਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਗੁਣ ਹਨ। ਇਹ ਲੇਖ ਹਾਲ ਹੀ ਦੇ ਸਾਲਾਂ ਵਿੱਚ ਏਰਿਕ ਮਜ਼ੁਰ ਅਤੇ ਹੋਰ ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਦੁਆਰਾ ਕਾਲੇ ਸਿਲੀਕਾਨ 'ਤੇ ਕੀਤੇ ਗਏ ਖੋਜ ਕਾਰਜ ਦਾ ਸਾਰ ਦਿੰਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਕਾਲੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਦੀ ਤਿਆਰੀ ਅਤੇ ਗਠਨ ਵਿਧੀ ਦੇ ਨਾਲ-ਨਾਲ ਇਸਦੇ ਗੁਣਾਂ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਸੋਖਣਾ, ਚਮਕ, ਫੀਲਡ ਐਮੀਸ਼ਨ ਅਤੇ ਸਪੈਕਟ੍ਰਲ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਦਾ ਵੇਰਵਾ ਦਿੱਤਾ ਗਿਆ ਹੈ। ਇਹ ਇਨਫਰਾਰੈੱਡ ਡਿਟੈਕਟਰਾਂ, ਸੋਲਰ ਸੈੱਲਾਂ ਅਤੇ ਫਲੈਟ-ਪੈਨਲ ਡਿਸਪਲੇਅ ਵਿੱਚ ਕਾਲੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਦੇ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਸੰਭਾਵੀ ਉਪਯੋਗਾਂ ਨੂੰ ਵੀ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ।
ਕ੍ਰਿਸਟਲਿਨ ਸਿਲੀਕਾਨ ਨੂੰ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਉਦਯੋਗ ਵਿੱਚ ਵਿਆਪਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਇਸਦੇ ਫਾਇਦਿਆਂ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਸ਼ੁੱਧੀਕਰਨ ਦੀ ਸੌਖ, ਡੋਪਿੰਗ ਦੀ ਸੌਖ, ਅਤੇ ਉੱਚ-ਤਾਪਮਾਨ ਪ੍ਰਤੀਰੋਧ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਇਸ ਵਿੱਚ ਕਈ ਕਮੀਆਂ ਵੀ ਹਨ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਇਸਦੀ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਦਿਖਾਈ ਦੇਣ ਵਾਲੀ ਅਤੇ ਇਨਫਰਾਰੈੱਡ ਰੋਸ਼ਨੀ ਦੀ ਉੱਚ ਪ੍ਰਤੀਬਿੰਬਤਾ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਇਸਦੇ ਵੱਡੇ ਬੈਂਡ ਗੈਪ ਦੇ ਕਾਰਨ,ਕ੍ਰਿਸਟਲਿਨ ਸਿਲੀਕਾਨ1100 nm ਤੋਂ ਵੱਧ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਵਾਲੇ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਨੂੰ ਸੋਖ ਨਹੀਂ ਸਕਦੇ। ਜਦੋਂ ਘਟਨਾ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਦੀ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ 1100 nm ਤੋਂ ਵੱਧ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਤਾਂ ਸਿਲੀਕਾਨ ਡਿਟੈਕਟਰਾਂ ਦੀ ਸੋਖਣ ਅਤੇ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਦਰ ਬਹੁਤ ਘੱਟ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਇਹਨਾਂ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਦਾ ਪਤਾ ਲਗਾਉਣ ਲਈ ਜਰਮੇਨੀਅਮ ਅਤੇ ਇੰਡੀਅਮ ਗੈਲਿਅਮ ਆਰਸੈਨਾਈਡ ਵਰਗੀਆਂ ਹੋਰ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਜਾਣੀ ਚਾਹੀਦੀ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਉੱਚ ਕੀਮਤ, ਮਾੜੀ ਥਰਮੋਡਾਇਨਾਮਿਕ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਅਤੇ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਗੁਣਵੱਤਾ, ਅਤੇ ਮੌਜੂਦਾ ਪਰਿਪੱਕ ਸਿਲੀਕਾਨ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆਵਾਂ ਨਾਲ ਅਸੰਗਤਤਾ ਸਿਲੀਕਾਨ-ਅਧਾਰਿਤ ਯੰਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਉਹਨਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਨੂੰ ਸੀਮਤ ਕਰਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਕ੍ਰਿਸਟਲਿਨ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤਹਾਂ ਦੇ ਪ੍ਰਤੀਬਿੰਬ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣਾ ਅਤੇ ਸਿਲੀਕਾਨ-ਅਧਾਰਿਤ ਅਤੇ ਸਿਲੀਕਾਨ-ਅਨੁਕੂਲ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰਾਂ ਦੀ ਖੋਜ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਸੀਮਾ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣਾ ਇੱਕ ਗਰਮ ਖੋਜ ਵਿਸ਼ਾ ਬਣਿਆ ਹੋਇਆ ਹੈ।
ਕ੍ਰਿਸਟਲਿਨ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤਹਾਂ ਦੇ ਪ੍ਰਤੀਬਿੰਬ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣ ਲਈ, ਬਹੁਤ ਸਾਰੇ ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਤਰੀਕਿਆਂ ਅਤੇ ਤਕਨੀਕਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਗਈ ਹੈ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਫੋਟੋਲਿਥੋਗ੍ਰਾਫੀ, ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲ ਆਇਨ ਐਚਿੰਗ, ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਮੀਕਲ ਐਚਿੰਗ। ਇਹ ਤਕਨੀਕਾਂ, ਕੁਝ ਹੱਦ ਤੱਕ, ਕ੍ਰਿਸਟਲਿਨ ਸਿਲੀਕਾਨ ਦੀ ਸਤ੍ਹਾ ਅਤੇ ਨੇੜੇ-ਸਤਹ ਰੂਪ ਵਿਗਿਆਨ ਨੂੰ ਬਦਲ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ, ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਘਟਾ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ।ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤ੍ਹਾ ਪ੍ਰਤੀਬਿੰਬ। ਦ੍ਰਿਸ਼ਮਾਨ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਰੇਂਜ ਵਿੱਚ, ਪ੍ਰਤੀਬਿੰਬ ਘਟਾਉਣ ਨਾਲ ਸੋਖਣ ਵਧ ਸਕਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਡਿਵਾਈਸ ਦੀ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, 1100 nm ਤੋਂ ਵੱਧ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ 'ਤੇ, ਜੇਕਰ ਸਿਲੀਕਾਨ ਬੈਂਡ ਗੈਪ ਵਿੱਚ ਕੋਈ ਸੋਖਣ ਊਰਜਾ ਪੱਧਰ ਨਹੀਂ ਪਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਘਟਿਆ ਹੋਇਆ ਪ੍ਰਤੀਬਿੰਬ ਸਿਰਫ ਵਧੇ ਹੋਏ ਪ੍ਰਸਾਰਣ ਵੱਲ ਲੈ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਕਿਉਂਕਿ ਸਿਲੀਕਾਨ ਦਾ ਬੈਂਡ ਗੈਪ ਅੰਤ ਵਿੱਚ ਲੰਬੀ-ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਵਾਲੀ ਰੋਸ਼ਨੀ ਦੇ ਸੋਖਣ ਨੂੰ ਸੀਮਤ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਸਿਲੀਕਾਨ-ਅਧਾਰਤ ਅਤੇ ਸਿਲੀਕਾਨ-ਅਨੁਕੂਲ ਯੰਤਰਾਂ ਦੀ ਸੰਵੇਦਨਸ਼ੀਲ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਰੇਂਜ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਲਈ, ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤ੍ਹਾ ਪ੍ਰਤੀਬਿੰਬ ਨੂੰ ਘਟਾਉਂਦੇ ਹੋਏ ਬੈਂਡ ਗੈਪ ਦੇ ਅੰਦਰ ਫੋਟੋਨ ਸੋਖਣ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣਾ ਜ਼ਰੂਰੀ ਹੈ।
1990 ਦੇ ਦਹਾਕੇ ਦੇ ਅਖੀਰ ਵਿੱਚ, ਹਾਰਵਰਡ ਯੂਨੀਵਰਸਿਟੀ ਦੇ ਪ੍ਰੋਫੈਸਰ ਏਰਿਕ ਮਜ਼ੁਰ ਅਤੇ ਹੋਰਾਂ ਨੇ ਫੈਮਟੋਸੈਕੰਡ ਲੇਜ਼ਰਾਂ ਦੇ ਪਦਾਰਥ ਨਾਲ ਪਰਸਪਰ ਪ੍ਰਭਾਵ 'ਤੇ ਆਪਣੀ ਖੋਜ ਦੌਰਾਨ ਇੱਕ ਨਵੀਂ ਸਮੱਗਰੀ - ਕਾਲਾ ਸਿਲੀਕਾਨ - ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਚਿੱਤਰ 1 ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਕਾਲੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਦੇ ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਗੁਣਾਂ ਦਾ ਅਧਿਐਨ ਕਰਦੇ ਹੋਏ, ਏਰਿਕ ਮਜ਼ੁਰ ਅਤੇ ਉਨ੍ਹਾਂ ਦੇ ਸਹਿਯੋਗੀ ਇਹ ਜਾਣ ਕੇ ਹੈਰਾਨ ਹੋਏ ਕਿ ਇਸ ਮਾਈਕ੍ਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰਡ ਸਿਲੀਕਾਨ ਪਦਾਰਥ ਵਿੱਚ ਵਿਲੱਖਣ ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਗੁਣ ਹਨ। ਇਹ ਲਗਭਗ ਸਾਰੀ ਰੋਸ਼ਨੀ ਨੂੰ ਨੇੜੇ-ਅਲਟਰਾਵਾਇਲਟ ਅਤੇ ਨੇੜੇ-ਇਨਫਰਾਰੈੱਡ ਰੇਂਜ (0.25–2.5 μm) ਵਿੱਚ ਸੋਖ ਲੈਂਦਾ ਹੈ, ਸ਼ਾਨਦਾਰ ਦ੍ਰਿਸ਼ਮਾਨ ਅਤੇ ਨੇੜੇ-ਇਨਫਰਾਰੈੱਡ ਲੂਮੀਨੇਸੈਂਸ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਅਤੇ ਚੰਗੇ ਫੀਲਡ ਐਮੀਸ਼ਨ ਗੁਣਾਂ ਦਾ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਖੋਜ ਨੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਉਦਯੋਗ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਸਨਸਨੀ ਪੈਦਾ ਕਰ ਦਿੱਤੀ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਮੁੱਖ ਰਸਾਲੇ ਇਸ 'ਤੇ ਰਿਪੋਰਟ ਕਰਨ ਲਈ ਮੁਕਾਬਲਾ ਕਰ ਰਹੇ ਸਨ। 1999 ਵਿੱਚ, ਸਾਇੰਟਿਫਿਕ ਅਮਰੀਕਨ ਅਤੇ ਡਿਸਕਵਰ ਮੈਗਜ਼ੀਨਾਂ, 2000 ਵਿੱਚ ਲਾਸ ਏਂਜਲਸ ਟਾਈਮਜ਼ ਸਾਇੰਸ ਸੈਕਸ਼ਨ, ਅਤੇ 2001 ਵਿੱਚ ਨਿਊ ਸਾਇੰਟਿਸਟ ਮੈਗਜ਼ੀਨ ਨੇ ਕਾਲੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਦੀ ਖੋਜ ਅਤੇ ਇਸਦੇ ਸੰਭਾਵੀ ਉਪਯੋਗਾਂ ਬਾਰੇ ਚਰਚਾ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਫੀਚਰ ਲੇਖ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ਿਤ ਕੀਤੇ, ਇਹ ਵਿਸ਼ਵਾਸ ਕਰਦੇ ਹੋਏ ਕਿ ਇਸਦਾ ਰਿਮੋਟ ਸੈਂਸਿੰਗ, ਆਪਟੀਕਲ ਸੰਚਾਰ ਅਤੇ ਮਾਈਕ੍ਰੋਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਿਕਸ ਵਰਗੇ ਖੇਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਸੰਭਾਵੀ ਮੁੱਲ ਹੈ।
ਵਰਤਮਾਨ ਵਿੱਚ, ਫਰਾਂਸ ਤੋਂ ਟੀ. ਸੈਮੇਟ, ਆਇਰਲੈਂਡ ਤੋਂ ਐਨੋਇਫ ਐਮ. ਮੋਲੋਨੀ, ਚੀਨ ਦੀ ਫੁਡਾਨ ਯੂਨੀਵਰਸਿਟੀ ਤੋਂ ਝਾਓ ਲੀ, ਅਤੇ ਚਾਈਨੀਜ਼ ਅਕੈਡਮੀ ਆਫ਼ ਸਾਇੰਸਿਜ਼ ਤੋਂ ਮੈਨ ਹੇਨਿੰਗ ਨੇ ਕਾਲੇ ਸਿਲੀਕਾਨ 'ਤੇ ਵਿਆਪਕ ਖੋਜ ਕੀਤੀ ਹੈ ਅਤੇ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਨਤੀਜੇ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੇ ਹਨ। ਮੈਸੇਚਿਉਸੇਟਸ, ਅਮਰੀਕਾ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਕੰਪਨੀ, ਸਿਓਨਿਕਸ ਨੇ ਹੋਰ ਕੰਪਨੀਆਂ ਲਈ ਇੱਕ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਵਿਕਾਸ ਪਲੇਟਫਾਰਮ ਵਜੋਂ ਸੇਵਾ ਕਰਨ ਲਈ $11 ਮਿਲੀਅਨ ਦੀ ਉੱਦਮ ਪੂੰਜੀ ਵੀ ਇਕੱਠੀ ਕੀਤੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਸੈਂਸਰ-ਅਧਾਰਤ ਕਾਲੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਵੇਫਰਾਂ ਦਾ ਵਪਾਰਕ ਉਤਪਾਦਨ ਸ਼ੁਰੂ ਕਰ ਦਿੱਤਾ ਹੈ, ਅਗਲੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਇਨਫਰਾਰੈੱਡ ਇਮੇਜਿੰਗ ਪ੍ਰਣਾਲੀਆਂ ਵਿੱਚ ਤਿਆਰ ਉਤਪਾਦਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨ ਦੀ ਤਿਆਰੀ ਕਰ ਰਿਹਾ ਹੈ। ਸਿਓਨਿਕਸ ਦੇ ਸੀਈਓ ਸਟੀਫਨ ਸਾਇਲਰ ਨੇ ਕਿਹਾ ਕਿ ਕਾਲੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਦੇ ਘੱਟ ਲਾਗਤ ਅਤੇ ਉੱਚ ਸੰਵੇਦਨਸ਼ੀਲਤਾ ਦੇ ਫਾਇਦੇ ਲਾਜ਼ਮੀ ਤੌਰ 'ਤੇ ਖੋਜ ਅਤੇ ਮੈਡੀਕਲ ਇਮੇਜਿੰਗ ਬਾਜ਼ਾਰਾਂ 'ਤੇ ਕੇਂਦ੍ਰਿਤ ਕੰਪਨੀਆਂ ਦਾ ਧਿਆਨ ਆਪਣੇ ਵੱਲ ਖਿੱਚਣਗੇ। ਭਵਿੱਖ ਵਿੱਚ, ਇਹ ਬਹੁ-ਅਰਬ ਡਾਲਰ ਦੇ ਡਿਜੀਟਲ ਕੈਮਰਾ ਅਤੇ ਕੈਮਕੋਰਡਰ ਬਾਜ਼ਾਰ ਵਿੱਚ ਵੀ ਦਾਖਲ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਸਿਓਨਿਕਸ ਇਸ ਸਮੇਂ ਕਾਲੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਦੇ ਫੋਟੋਵੋਲਟੇਇਕ ਗੁਣਾਂ ਨਾਲ ਵੀ ਪ੍ਰਯੋਗ ਕਰ ਰਿਹਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਹ ਬਹੁਤ ਸੰਭਾਵਨਾ ਹੈ ਕਿਕਾਲਾ ਸਿਲੀਕਾਨਭਵਿੱਖ ਵਿੱਚ ਸੂਰਜੀ ਸੈੱਲਾਂ ਵਿੱਚ ਵਰਤਿਆ ਜਾਵੇਗਾ। 1. ਕਾਲੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਦੇ ਗਠਨ ਦੀ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ
1.1 ਤਿਆਰੀ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ
ਸਿੰਗਲ-ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਸਿਲੀਕਾਨ ਵੇਫਰਾਂ ਨੂੰ ਟ੍ਰਾਈਕਲੋਰੋਇਥੀਲੀਨ, ਐਸੀਟੋਨ ਅਤੇ ਮੀਥੇਨੌਲ ਨਾਲ ਕ੍ਰਮਵਾਰ ਸਾਫ਼ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਫਿਰ ਇੱਕ ਵੈਕਿਊਮ ਚੈਂਬਰ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਤਿੰਨ-ਅਯਾਮੀ ਤੌਰ 'ਤੇ ਚੱਲਣਯੋਗ ਟਾਰਗੇਟ ਸਟੇਜ 'ਤੇ ਰੱਖਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਵੈਕਿਊਮ ਚੈਂਬਰ ਦਾ ਬੇਸ ਪ੍ਰੈਸ਼ਰ 1.3 × 10⁻² Pa ਤੋਂ ਘੱਟ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਕੰਮ ਕਰਨ ਵਾਲੀ ਗੈਸ SF₆, Cl₂, N₂, ਹਵਾ, H₂S, H₂, SiH₄, ਆਦਿ ਹੋ ਸਕਦੀ ਹੈ, ਜਿਸਦਾ ਕੰਮ ਕਰਨ ਵਾਲਾ ਦਬਾਅ 6.7 × 10⁴ Pa ਹੈ। ਵਿਕਲਪਕ ਤੌਰ 'ਤੇ, ਇੱਕ ਵੈਕਿਊਮ ਵਾਤਾਵਰਣ ਵਰਤਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਾਂ S, Se, ਜਾਂ Te ਦੇ ਐਲੀਮੈਂਟਲ ਪਾਊਡਰ ਨੂੰ ਵੈਕਿਊਮ ਵਿੱਚ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਲੇਪ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਟਾਰਗੇਟ ਸਟੇਜ ਨੂੰ ਪਾਣੀ ਵਿੱਚ ਵੀ ਡੁਬੋਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। Ti:sapphire ਲੇਜ਼ਰ ਰੀਜਨਰੇਟਿਵ ਐਂਪਲੀਫਾਇਰ ਦੁਆਰਾ ਤਿਆਰ ਕੀਤੇ ਗਏ Femtosecond ਪਲਸ (800 nm, 100 fs, 500 μJ, 1 kHz) ਇੱਕ ਲੈਂਸ ਦੁਆਰਾ ਫੋਕਸ ਕੀਤੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਲੰਬਵਤ ਤੌਰ 'ਤੇ ਇਰੇਡਿਏਟ ਕੀਤੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ (ਲੇਜ਼ਰ ਆਉਟਪੁੱਟ ਊਰਜਾ ਨੂੰ ਇੱਕ ਐਟੀਨੂਏਟਰ ਦੁਆਰਾ ਨਿਯੰਤਰਿਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਅੱਧ-ਵੇਵ ਪਲੇਟ ਅਤੇ ਇੱਕ ਪੋਲਰਾਈਜ਼ਰ ਹੁੰਦਾ ਹੈ)। ਲੇਜ਼ਰ ਸਪਾਟ ਨਾਲ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤ੍ਹਾ ਨੂੰ ਸਕੈਨ ਕਰਨ ਲਈ ਟਾਰਗੇਟ ਸਟੇਜ ਨੂੰ ਹਿਲਾ ਕੇ, ਵੱਡੇ-ਖੇਤਰ ਵਾਲਾ ਕਾਲਾ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਮੱਗਰੀ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਲੈਂਸ ਅਤੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਵੇਫਰ ਵਿਚਕਾਰ ਦੂਰੀ ਨੂੰ ਬਦਲਣ ਨਾਲ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਇਰੇਡਿਏਟ ਕੀਤੇ ਗਏ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਸਥਾਨ ਦੇ ਆਕਾਰ ਨੂੰ ਵਿਵਸਥਿਤ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਲੇਜ਼ਰ ਫਲੂਐਂਸ ਬਦਲਦਾ ਹੈ; ਜਦੋਂ ਸਪਾਟ ਦਾ ਆਕਾਰ ਸਥਿਰ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਟਾਰਗੇਟ ਸਟੇਜ ਦੀ ਗਤੀ ਨੂੰ ਬਦਲਣ ਨਾਲ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤ੍ਹਾ ਦੇ ਇੱਕ ਯੂਨਿਟ ਖੇਤਰ 'ਤੇ ਇਰੇਡਿਏਟ ਕੀਤੇ ਗਏ ਦਾਲਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਨੂੰ ਵਿਵਸਥਿਤ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਕੰਮ ਕਰਨ ਵਾਲੀ ਗੈਸ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤ੍ਹਾ ਦੇ ਮਾਈਕ੍ਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਦੀ ਸ਼ਕਲ ਨੂੰ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਕਰਦੀ ਹੈ। ਜਦੋਂ ਕੰਮ ਕਰਨ ਵਾਲੀ ਗੈਸ ਸਥਿਰ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਤਾਂ ਲੇਜ਼ਰ ਫਲੂਐਂਸ ਅਤੇ ਪ੍ਰਤੀ ਯੂਨਿਟ ਖੇਤਰ ਪ੍ਰਾਪਤ ਹੋਣ ਵਾਲੀਆਂ ਦਾਲਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਨੂੰ ਬਦਲਣ ਨਾਲ ਮਾਈਕ੍ਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਦੀ ਉਚਾਈ, ਪਹਿਲੂ ਅਨੁਪਾਤ ਅਤੇ ਸਪੇਸਿੰਗ ਨੂੰ ਨਿਯੰਤਰਿਤ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ।
1.2 ਸੂਖਮ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ
ਫੈਮਟੋਸੈਕੰਡ ਲੇਜ਼ਰ ਕਿਰਨੀਕਰਨ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, ਮੂਲ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਨਿਰਵਿਘਨ ਕ੍ਰਿਸਟਲਿਨ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤਹ ਅਰਧ-ਨਿਯਮਿਤ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਿਵਸਥਿਤ ਛੋਟੇ ਸ਼ੰਕੂ ਬਣਤਰਾਂ ਦੀ ਇੱਕ ਲੜੀ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਿਤ ਕਰਦੀ ਹੈ। ਕੋਨ ਟਾਪ ਆਲੇ ਦੁਆਲੇ ਦੇ ਅਨਿਰੇਡੀਏਟਿਡ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤਹ ਦੇ ਸਮਾਨ ਸਮਤਲ 'ਤੇ ਹਨ। ਸ਼ੰਕੂ ਬਣਤਰ ਦੀ ਸ਼ਕਲ ਕਾਰਜਸ਼ੀਲ ਗੈਸ ਨਾਲ ਸੰਬੰਧਿਤ ਹੈ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਚਿੱਤਰ 2 ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ, ਜਿੱਥੇ (a), (b), ਅਤੇ (c) ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਏ ਗਏ ਸ਼ੰਕੂ ਬਣਤਰ ਕ੍ਰਮਵਾਰ SF₆, S, ਅਤੇ N₂ ਵਾਯੂਮੰਡਲ ਵਿੱਚ ਬਣਦੇ ਹਨ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਕੋਨ ਟਾਪ ਦੀ ਦਿਸ਼ਾ ਗੈਸ ਤੋਂ ਸੁਤੰਤਰ ਹੁੰਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਹਮੇਸ਼ਾ ਲੇਜ਼ਰ ਘਟਨਾ ਦੀ ਦਿਸ਼ਾ ਵੱਲ ਇਸ਼ਾਰਾ ਕਰਦੀ ਹੈ, ਗੁਰੂਤਾ ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਨਹੀਂ ਹੁੰਦੀ, ਅਤੇ ਕ੍ਰਿਸਟਲਿਨ ਸਿਲੀਕਾਨ ਦੀ ਡੋਪਿੰਗ ਕਿਸਮ, ਪ੍ਰਤੀਰੋਧਕਤਾ ਅਤੇ ਕ੍ਰਿਸਟਲਿਨ ਸਥਿਤੀ ਤੋਂ ਵੀ ਸੁਤੰਤਰ ਹੁੰਦੀ ਹੈ; ਕੋਨ ਬੇਸ ਅਸਮਿਤ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਉਹਨਾਂ ਦੇ ਛੋਟੇ ਧੁਰੇ ਲੇਜ਼ਰ ਧਰੁਵੀਕਰਨ ਦਿਸ਼ਾ ਦੇ ਸਮਾਨਾਂਤਰ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਹਵਾ ਵਿੱਚ ਬਣੀਆਂ ਸ਼ੰਕੂ ਬਣਤਰਾਂ ਸਭ ਤੋਂ ਖੁਰਦਰੀਆਂ ਹੁੰਦੀਆਂ ਹਨ, ਅਤੇ ਉਹਨਾਂ ਦੀਆਂ ਸਤਹਾਂ 10-100 nm ਦੇ ਹੋਰ ਵੀ ਬਾਰੀਕ ਡੈਂਡਰਟਿਕ ਨੈਨੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਨਾਲ ਢੱਕੀਆਂ ਹੁੰਦੀਆਂ ਹਨ।
ਲੇਜ਼ਰ ਫਲੂਐਂਸ ਜਿੰਨਾ ਉੱਚਾ ਹੋਵੇਗਾ ਅਤੇ ਪਲਸਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਜਿੰਨੀ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੋਵੇਗੀ, ਕੋਨਿਕਲ ਸਟ੍ਰਕਚਰ ਓਨੇ ਹੀ ਉੱਚੇ ਅਤੇ ਚੌੜੇ ਹੋਣਗੇ। SF6 ਗੈਸ ਵਿੱਚ, ਕੋਨਿਕਲ ਸਟ੍ਰਕਚਰ ਦੀ ਉਚਾਈ h ਅਤੇ ਸਪੇਸਿੰਗ d ਦਾ ਇੱਕ ਗੈਰ-ਰੇਖਿਕ ਸਬੰਧ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਜਿਸਨੂੰ ਲਗਭਗ h∝dp ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਦਰਸਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਿੱਥੇ p=2.4±0.1; ਉਚਾਈ h ਅਤੇ ਸਪੇਸਿੰਗ d ਦੋਵੇਂ ਵਧਦੇ ਲੇਜ਼ਰ ਫਲੂਐਂਸ ਦੇ ਨਾਲ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਧਦੇ ਹਨ। ਜਦੋਂ ਫਲੂਐਂਸ 5 kJ/m² ਤੋਂ 10 kJ/m² ਤੱਕ ਵਧਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਸਪੇਸਿੰਗ d 3 ਗੁਣਾ ਵਧਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ h ਅਤੇ d ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਸਬੰਧ ਦੇ ਨਾਲ, ਉਚਾਈ h 12 ਗੁਣਾ ਵਧਦਾ ਹੈ।
ਇੱਕ ਵੈਕਿਊਮ ਵਿੱਚ ਉੱਚ-ਤਾਪਮਾਨ ਐਨੀਲਿੰਗ (1200 K, 3 h) ਤੋਂ ਬਾਅਦ, ਦੇ ਸ਼ੰਕੂਦਾਰ ਢਾਂਚੇਕਾਲਾ ਸਿਲੀਕਾਨਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਨਹੀਂ ਬਦਲਿਆ, ਪਰ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ 10-100 nm ਡੈਂਡਰਟਿਕ ਨੈਨੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਬਹੁਤ ਘੱਟ ਗਏ ਸਨ। ਆਇਨ ਚੈਨਲਿੰਗ ਸਪੈਕਟ੍ਰੋਸਕੋਪੀ ਨੇ ਦਿਖਾਇਆ ਕਿ ਐਨੀਲਿੰਗ ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਕੋਨਿਕਲ ਸਤਹ 'ਤੇ ਵਿਕਾਰ ਘੱਟ ਗਿਆ, ਪਰ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਵਿਕਾਰਿਤ ਬਣਤਰ ਇਹਨਾਂ ਐਨੀਲਿੰਗ ਹਾਲਤਾਂ ਵਿੱਚ ਨਹੀਂ ਬਦਲੇ।
1.3 ਗਠਨ ਵਿਧੀ
ਵਰਤਮਾਨ ਵਿੱਚ, ਕਾਲੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਦੇ ਗਠਨ ਦੀ ਵਿਧੀ ਸਪੱਸ਼ਟ ਨਹੀਂ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਏਰਿਕ ਮਜ਼ੁਰ ਅਤੇ ਹੋਰਾਂ ਨੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤਹ ਦੇ ਮਾਈਕ੍ਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਦੇ ਕੰਮ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਵਾਤਾਵਰਣ ਦੇ ਨਾਲ ਆਕਾਰ ਵਿੱਚ ਤਬਦੀਲੀ ਦੇ ਆਧਾਰ 'ਤੇ ਅੰਦਾਜ਼ਾ ਲਗਾਇਆ ਕਿ ਉੱਚ-ਤੀਬਰਤਾ ਵਾਲੇ ਫੈਮਟੋਸੈਕੰਡ ਲੇਜ਼ਰਾਂ ਦੀ ਉਤੇਜਨਾ ਦੇ ਅਧੀਨ, ਗੈਸ ਅਤੇ ਕ੍ਰਿਸਟਲਿਨ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤਹ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਇੱਕ ਰਸਾਇਣਕ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤਹ ਨੂੰ ਕੁਝ ਗੈਸਾਂ ਦੁਆਰਾ ਨੱਕਾਸ਼ੀ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਤਿੱਖੇ ਕੋਨ ਬਣਦੇ ਹਨ। ਏਰਿਕ ਮਜ਼ੁਰ ਅਤੇ ਹੋਰਾਂ ਨੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤਹ ਦੇ ਮਾਈਕ੍ਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਗਠਨ ਦੇ ਭੌਤਿਕ ਅਤੇ ਰਸਾਇਣਕ ਵਿਧੀਆਂ ਨੂੰ ਇਸ ਲਈ ਜ਼ਿੰਮੇਵਾਰ ਠਹਿਰਾਇਆ: ਉੱਚ-ਪ੍ਰਵਾਹ ਲੇਜ਼ਰ ਪਲਸਾਂ ਦੇ ਕਾਰਨ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦਾ ਪਿਘਲਣਾ ਅਤੇ ਐਬਲੇਸ਼ਨ; ਮਜ਼ਬੂਤ ਲੇਜ਼ਰ ਖੇਤਰ ਦੁਆਰਾ ਪੈਦਾ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲ ਆਇਨਾਂ ਅਤੇ ਕਣਾਂ ਦੁਆਰਾ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦਾ ਐਚਿੰਗ; ਅਤੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਿਲੀਕਾਨ ਦੇ ਐਬਲੇਟਿਡ ਹਿੱਸੇ ਦਾ ਰੀਕ੍ਰਿਸਟਲਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ।
ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਸ਼ੰਕੂ-ਆਕਾਰ ਦੀਆਂ ਬਣਤਰਾਂ ਆਪਣੇ ਆਪ ਬਣ ਜਾਂਦੀਆਂ ਹਨ, ਅਤੇ ਮਾਸਕ ਤੋਂ ਬਿਨਾਂ ਇੱਕ ਅਰਧ-ਨਿਯਮਤ ਐਰੇ ਬਣਾਈ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ। MY Shen et al. ਨੇ ਇੱਕ ਮਾਸਕ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤ੍ਹਾ ਨਾਲ 2 μm ਮੋਟੀ ਟ੍ਰਾਂਸਮਿਸ਼ਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਮਾਈਕ੍ਰੋਸਕੋਪ ਤਾਂਬੇ ਦੀ ਜਾਲ ਜੋੜੀ, ਅਤੇ ਫਿਰ ਇੱਕ ਫੈਮਟੋਸੈਕੰਡ ਲੇਜ਼ਰ ਨਾਲ SF6 ਗੈਸ ਵਿੱਚ ਸਿਲੀਕਾਨ ਵੇਫਰ ਨੂੰ ਇਰੇਡੀਏਟ ਕੀਤਾ। ਉਨ੍ਹਾਂ ਨੇ ਮਾਸਕ ਪੈਟਰਨ ਦੇ ਅਨੁਸਾਰ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਸ਼ੰਕੂ-ਆਕਾਰ ਦੀਆਂ ਬਣਤਰਾਂ ਦੀ ਇੱਕ ਬਹੁਤ ਹੀ ਨਿਯਮਿਤ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਿਵਸਥਿਤ ਐਰੇ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ (ਚਿੱਤਰ 4 ਵੇਖੋ)। ਮਾਸਕ ਦਾ ਅਪਰਚਰ ਆਕਾਰ ਸ਼ੰਕੂ-ਆਕਾਰ ਦੀਆਂ ਬਣਤਰਾਂ ਦੀ ਵਿਵਸਥਾ ਨੂੰ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਮਾਸਕ ਅਪਰਚਰ ਦੁਆਰਾ ਘਟਨਾ ਲੇਜ਼ਰ ਦਾ ਵਿਭਿੰਨਤਾ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਲੇਜ਼ਰ ਊਰਜਾ ਦੀ ਇੱਕ ਗੈਰ-ਇਕਸਾਰ ਵੰਡ ਦਾ ਕਾਰਨ ਬਣਦਾ ਹੈ, ਜਿਸਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਸਮੇਂ-ਸਮੇਂ 'ਤੇ ਤਾਪਮਾਨ ਵੰਡ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਅੰਤ ਵਿੱਚ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਤ੍ਹਾ ਬਣਤਰ ਐਰੇ ਨੂੰ ਨਿਯਮਤ ਬਣਨ ਲਈ ਮਜਬੂਰ ਕਰਦਾ ਹੈ।