আয়ন ইমপ্লান্টেশন: ধারণা, অপারেশনের নীতি, পদ্ধতি, উদ্দেশ্য এবং প্রয়োগ

2024 লেখক: Howard Calhoun | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2023-12-17 10:20

আয়ন ইমপ্লান্টেশন হল একটি নিম্ন-তাপমাত্রার প্রক্রিয়া যার মাধ্যমে একটি একক উপাদানের উপাদানগুলিকে একটি ওয়েফারের কঠিন পৃষ্ঠে ত্বরান্বিত করা হয়, যার ফলে এর ভৌত, রাসায়নিক বা বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য পরিবর্তন হয়। এই পদ্ধতিটি সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসের উত্পাদন এবং ধাতু সমাপ্তিতে, সেইসাথে পদার্থ বিজ্ঞান গবেষণায় ব্যবহৃত হয়। উপাদানগুলি প্লেটের মৌলিক গঠন পরিবর্তন করতে পারে যদি তারা থামে এবং এটিতে থাকে। আয়ন ইমপ্লান্টেশন রাসায়নিক এবং শারীরিক পরিবর্তন ঘটায় যখন পরমাণু উচ্চ শক্তিতে লক্ষ্যের সাথে সংঘর্ষ হয়। প্লেটের স্ফটিক কাঠামো ক্ষতিগ্রস্থ হতে পারে বা এমনকি সংঘর্ষের শক্তি ক্যাসকেড দ্বারা ধ্বংস হতে পারে এবং পর্যাপ্ত উচ্চ শক্তির কণা (10 MeV) পারমাণবিক রূপান্তর ঘটাতে পারে৷

আয়ন ইমপ্লান্টেশনের সাধারণ নীতি

যন্ত্রে সাধারণত একটি উৎস থাকে যেখানে কাঙ্খিত উপাদানের পরমাণু গঠিত হয়, একটি ত্বরণক যেখানে তারা ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিকভাবে উচ্চতায় ত্বরান্বিত হয়শক্তি, এবং লক্ষ্য কক্ষ যেখানে তারা লক্ষ্যের সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়, যা উপাদান। সুতরাং, এই প্রক্রিয়াটি কণা বিকিরণের একটি বিশেষ ক্ষেত্রে। প্রতিটি আয়ন সাধারণত একটি একক পরমাণু বা অণু, এবং এইভাবে লক্ষ্যবস্তুর মধ্যে বসানো উপাদানের প্রকৃত পরিমাণ আয়ন কারেন্টের সময় অবিচ্ছেদ্য। এই সংখ্যাটিকে ডোজ বলা হয়। ইমপ্লান্ট দ্বারা সরবরাহ করা স্রোত সাধারণত ছোট হয় (মাইক্রোঅ্যাম্পস) এবং তাই যুক্তিসঙ্গত সময়ে ইমপ্লান্ট করা যেতে পারে এমন পরিমাণ কম। অতএব, আয়ন ইমপ্লান্টেশন এমন ক্ষেত্রে ব্যবহার করা হয় যেখানে প্রয়োজনীয় রাসায়নিক পরিবর্তনের সংখ্যা কম।

সাধারণ আয়ন শক্তির পরিসীমা 10 থেকে 500 keV (1600 থেকে 80000 aJ)। আয়ন ইমপ্লান্টেশন 1 থেকে 10 keV (160 থেকে 1600 aJ) পরিসরে কম শক্তিতে ব্যবহার করা যেতে পারে, তবে অনুপ্রবেশ মাত্র কয়েক ন্যানোমিটার বা তার কম। এর নীচের শক্তি লক্ষ্যের খুব কম ক্ষতি করে এবং আয়ন রশ্মি জমার উপাধিতে পড়ে। এবং উচ্চতর শক্তিও ব্যবহার করা যেতে পারে: 5 MeV (800,000 aJ) সক্ষম অ্যাক্সিলারেটর সাধারণ। যাইহোক, প্রায়শই লক্ষ্যে অনেক কাঠামোগত ক্ষতি হয়, এবং যেহেতু গভীরতা বন্টন প্রশস্ত (ব্র্যাগ পিক), লক্ষ্যের যেকোন বিন্দুতে কম্পোজিশনের নেট পরিবর্তন ছোট হবে।

আয়নগুলির শক্তি, সেইসাথে বিভিন্ন ধরণের পরমাণু এবং লক্ষ্যের সংমিশ্রণ, কঠিনের মধ্যে কণার অনুপ্রবেশের গভীরতা নির্ধারণ করে। একটি monoeergetic আয়ন মরীচি সাধারণত একটি বিস্তৃত গভীরতা বিতরণ আছে. গড় অনুপ্রবেশকে পরিসীমা বলা হয়। ATসাধারণ অবস্থার অধীনে এটি 10 ন্যানোমিটার এবং 1 মাইক্রোমিটারের মধ্যে হবে। এইভাবে, কম শক্তি আয়ন ইমপ্লান্টেশন বিশেষভাবে উপযোগী যেখানে রাসায়নিক বা কাঠামোগত পরিবর্তন লক্ষ্য পৃষ্ঠের কাছাকাছি হতে চান। লক্ষ্য পরমাণুর সাথে এলোমেলো সংঘর্ষ (যা আকস্মিক শক্তি স্থানান্তর ঘটায়) এবং ইলেক্ট্রন অরবিটালগুলির ওভারল্যাপ থেকে সামান্য ক্ষয় থেকে, যা একটি অবিচ্ছিন্ন প্রক্রিয়া উভয়ই কঠিনের মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময় কণাগুলি ধীরে ধীরে তাদের শক্তি হারায়। একটি লক্ষ্যে আয়নগুলির শক্তি হ্রাসকে স্টলিং বলা হয় এবং বাইনারি সংঘর্ষের আনুমানিক আয়ন ইমপ্লান্টেশন পদ্ধতি ব্যবহার করে মডেল করা যেতে পারে৷

অ্যাক্সিলারেটর সিস্টেমগুলিকে সাধারণত মাঝারি কারেন্ট, উচ্চ কারেন্ট, উচ্চ শক্তি এবং খুব উল্লেখযোগ্য মাত্রায় শ্রেণীবদ্ধ করা হয়৷

আয়ন ইমপ্লান্টেশন বিম ডিজাইনের সমস্ত বৈচিত্র্যের মধ্যে কার্যকরী উপাদানগুলির কিছু সাধারণ গ্রুপ রয়েছে। উদাহরণ বিবেচনা করুন. আয়ন ইমপ্লান্টেশনের প্রথম ভৌত এবং ভৌত-রাসায়নিক ভিত্তির মধ্যে রয়েছে একটি যন্ত্র যা কণা তৈরির উৎস হিসেবে পরিচিত। এই ডিভাইসটি বীম লাইনে পরমাণু নিষ্কাশনের জন্য পক্ষপাতমূলক ইলেক্ট্রোডের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে জড়িত এবং প্রায়শই এক্সিলারেটরের প্রধান বিভাগে পরিবহনের জন্য নির্দিষ্ট মোড নির্বাচন করার কিছু উপায়ের সাথে। "ভর" নির্বাচন প্রায়শই চৌম্বক ক্ষেত্রের একটি অঞ্চলের মধ্য দিয়ে নিষ্কাশিত আয়ন রশ্মির উত্তরণ দ্বারা অনুষঙ্গী হয় যেখানে গর্ত বা "স্লট" ব্লক করে সীমিত একটি প্রস্থান পথ রয়েছে যা ভর এবং বেগের পণ্যের একটি নির্দিষ্ট মান সহ আয়নকে অনুমতি দেয়।. লক্ষ্য পৃষ্ঠ আয়ন মরীচি ব্যাস থেকে বড় হলে এবংযদি ইমপ্লান্ট করা ডোজ তার উপর আরও সমানভাবে বিতরণ করা হয়, তাহলে বীম স্ক্যানিং এবং প্লেট নড়াচড়ার কিছু সমন্বয় ব্যবহার করা হয়। অবশেষে, টার্গেটটি ইমপ্লান্ট করা আয়নগুলির জমাকৃত চার্জ সংগ্রহের কিছু উপায়ের সাথে সংযুক্ত থাকে যাতে বিতরণ করা ডোজটি ক্রমাগত পরিমাপ করা যায় এবং প্রক্রিয়াটি পছন্দসই স্তরে বন্ধ হয়ে যায়।

অর্ধপরিবাহী উৎপাদনে আবেদন

বোরন, ফসফরাস বা আর্সেনিক দিয়ে ডোপিং এই প্রক্রিয়ার একটি সাধারণ প্রয়োগ। সেমিকন্ডাক্টরগুলির আয়ন ইমপ্লান্টেশনে, প্রতিটি ডোপ্যান্ট পরমাণু অ্যানিলিং করার পরে একটি চার্জ ক্যারিয়ার তৈরি করতে পারে। আপনি একটি পি-টাইপ ডোপ্যান্ট এবং একটি এন-টাইপ ইলেক্ট্রনের জন্য একটি গর্ত তৈরি করতে পারেন। এটি তার আশেপাশে সেমিকন্ডাক্টরের পরিবাহিতা পরিবর্তন করে। কৌশলটি ব্যবহার করা হয়, উদাহরণস্বরূপ, একটি MOSFET-এর থ্রেশহোল্ড সামঞ্জস্য করতে৷

আয়ন ইমপ্লান্টেশন 1970-এর দশকের শেষের দিকে এবং 1980-এর দশকের গোড়ার দিকে ফটোভোলটাইক ডিভাইসে একটি পিএন জংশন পাওয়ার একটি পদ্ধতি হিসাবে তৈরি করা হয়েছিল, সাথে দ্রুত অ্যানিলিং করার জন্য একটি স্পন্দিত ইলেক্ট্রন রশ্মি ব্যবহার করা হয়েছিল, যদিও এটি আজ পর্যন্ত বাণিজ্যিকীকরণ করা হয়নি।

ইনসুলেটরে সিলিকন

প্রচলিত সিলিকন সাবস্ট্রেট থেকে ইনসুলেটর (SOI) সাবস্ট্রেটে এই উপাদানটি তৈরি করার জন্য একটি সুপরিচিত পদ্ধতি হল SIMOX (অক্সিজেন ইমপ্লান্টেশন দ্বারা পৃথকীকরণ) প্রক্রিয়া, যাতে উচ্চ মাত্রার বায়ু সিলিকন অক্সাইডে রূপান্তরিত হয়। উচ্চ-তাপমাত্রা অ্যানিলিং প্রক্রিয়া।

মেসোটাক্সি

এটি ক্রিস্টালোগ্রাফিকভাবে বৃদ্ধির শব্দপ্রধান স্ফটিকের পৃষ্ঠের নীচে কাকতালীয় পর্যায়। এই প্রক্রিয়ায়, আয়নগুলিকে পর্যাপ্ত পরিমাণে উচ্চ শক্তি এবং মাত্রায় উপাদানে স্থাপন করা হয় যাতে একটি দ্বিতীয় পর্যায়ের স্তর তৈরি করা হয় এবং তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ করা হয় যাতে লক্ষ্য কাঠামোটি ধ্বংস না হয়। স্তরটির স্ফটিক অভিযোজন উদ্দেশ্য অনুসারে ডিজাইন করা যেতে পারে, এমনকি যদি সঠিক জালি ধ্রুবকটি খুব আলাদা হতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, একটি সিলিকন ওয়েফারে নিকেল আয়ন রোপন করার পরে, সিলিসাইডের একটি স্তর জন্মানো যেতে পারে যার স্ফটিক অভিযোজন সিলিকনের সাথে মেলে।

মেটাল ফিনিশ অ্যাপ্লিকেশন

নাইট্রোজেন বা অন্যান্য আয়ন একটি টুল ইস্পাত লক্ষ্যবস্তুতে বসানো যেতে পারে (যেমন একটি ড্রিল)। কাঠামোগত পরিবর্তন উপাদানে পৃষ্ঠের সংকোচনকে প্ররোচিত করে, যা ফাটল বিস্তারকে বাধা দেয় এবং এইভাবে এটিকে ফ্র্যাকচারের জন্য আরও প্রতিরোধী করে তোলে।

সারফেস ফিনিশ

কিছু অ্যাপ্লিকেশনে, উদাহরণস্বরূপ, কৃত্রিম জয়েন্টগুলির মতো কৃত্রিম অঙ্গগুলির জন্য, এমন একটি লক্ষ্য থাকা বাঞ্ছনীয় যা ঘর্ষণের কারণে রাসায়নিক ক্ষয় এবং পরিধান উভয়ের জন্যই অত্যন্ত প্রতিরোধী। আয়ন ইমপ্লান্টেশন আরও নির্ভরযোগ্য কর্মক্ষমতার জন্য এই ধরনের ডিভাইসের পৃষ্ঠতল ডিজাইন করতে ব্যবহৃত হয়। টুল স্টিলের মতো, আয়ন ইমপ্লান্টেশন দ্বারা সৃষ্ট লক্ষ্য পরিবর্তনের মধ্যে ফাটল বিস্তার রোধ করার জন্য পৃষ্ঠের সংকোচন এবং এটিকে আরও রাসায়নিকভাবে জারা প্রতিরোধী করার জন্য অ্যালোয়িং উভয়ই অন্তর্ভুক্ত রয়েছে।

অন্যান্যঅ্যাপ্লিকেশন

ইমপ্লান্টেশন আয়ন বিমের মিশ্রণ অর্জনের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, অর্থাৎ ইন্টারফেসে বিভিন্ন উপাদানের পরমাণুর মিশ্রণ। এটি স্নাতক পৃষ্ঠ অর্জন বা অপরিবর্তনীয় পদার্থের স্তরগুলির মধ্যে আনুগত্য বাড়ানোর জন্য দরকারী হতে পারে৷

ন্যানো কণার গঠন

আয়ন ইমপ্লান্টেশন নীলকান্তমণি এবং সিলিকন ডাই অক্সাইডের মতো অক্সাইডে ন্যানোস্কেল উপাদানগুলিকে প্ররোচিত করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। পরমাণুগুলি বৃষ্টিপাতের ফলে বা মিশ্র পদার্থের গঠনের ফলে গঠিত হতে পারে যাতে একটি আয়ন-প্রতিস্থাপিত উপাদান এবং একটি সাবস্ট্রেট উভয়ই থাকে।

ন্যানো পার্টিকেলগুলি পাওয়ার জন্য ব্যবহৃত সাধারণ আয়ন রশ্মি শক্তিগুলি 50 থেকে 150 keV এর মধ্যে এবং আয়ন ফ্লুয়েন্স 10-16 থেকে 10-18 kV পর্যন্ত। দেখুন 1 nm থেকে 20 nm আকারের এবং এমন কম্পোজিশনের সাহায্যে যেগুলিতে রোপন করা কণা থাকতে পারে, যেগুলি কেবলমাত্র সাবস্ট্রেটের সাথে আবদ্ধ ক্যাটেশনের সমন্বয়ে গঠিত হতে পারে।

অস্তরক-ভিত্তিক উপকরণ যেমন স্যাফায়ার, যাতে ধাতব আয়ন ইমপ্লান্টেশনের বিচ্ছুরিত ন্যানো পার্টিকেল থাকে, অপটোইলেক্ট্রনিক্স এবং ননলাইনার অপটিক্সের জন্য প্রতিশ্রুতিশীল উপকরণ।

সমস্যা

প্রতিটি পৃথক আয়ন প্রভাব বা আন্তঃস্থায়ী লক্ষ্য স্ফটিকের মধ্যে অনেক বিন্দু ত্রুটি তৈরি করে। শূন্যস্থানগুলি একটি পরমাণু দ্বারা দখলকৃত জালিকা বিন্দু: এই ক্ষেত্রে, আয়নটি লক্ষ্য পরমাণুর সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়, যা এটিতে উল্লেখযোগ্য পরিমাণে শক্তি স্থানান্তরিত করে, যাতে এটি তার ত্যাগ করে।পটভূমি. এই লক্ষ্যবস্তু নিজেই একটি কঠিন শরীরে একটি প্রক্ষিপ্ত হয়ে ওঠে এবং পরপর সংঘর্ষের কারণ হতে পারে। ইন্টারস্টিস ঘটে যখন এই ধরনের কণাগুলি কঠিন অবস্থায় থেমে যায় কিন্তু বাস করার জন্য জালিতে কোন ফাঁকা জায়গা পায় না। আয়ন ইমপ্লান্টেশনের সময় এই বিন্দু ত্রুটিগুলি স্থানান্তরিত হতে পারে এবং একে অপরের সাথে ক্লাস্টার হতে পারে, যার ফলে স্থানচ্যুতি লুপ এবং অন্যান্য সমস্যার সৃষ্টি হয়।

অমরফাইজেশন

স্ফটিকের ক্ষতির পরিমাণ লক্ষ্য পৃষ্ঠকে সম্পূর্ণরূপে রূপান্তরিত করার জন্য যথেষ্ট হতে পারে, অর্থাৎ, এটি অবশ্যই একটি নিরাকার কঠিন হয়ে উঠতে হবে। কিছু ক্ষেত্রে, উচ্চ মাত্রার ত্রুটিযুক্ত একটি স্ফটিকের চেয়ে লক্ষ্যের সম্পূর্ণ বিন্যাসকরণ পছন্দনীয়: এই ধরনের একটি ফিল্ম গুরুতরভাবে ক্ষতিগ্রস্ত স্ফটিক অ্যানিল করার জন্য প্রয়োজনীয়তার চেয়ে কম তাপমাত্রায় পুনরায় বৃদ্ধি পেতে পারে। মরীচি পরিবর্তনের ফলে সাবস্ট্রেটের অ্যামরফাইজেশন ঘটতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, 510-16 Y+/sq এর ফ্লুয়েন্স পর্যন্ত 150 keV শক্তিতে নীলকান্তরে ইট্রিয়াম আয়ন রোপন করার সময়। সেমি, প্রায় 110 এনএম পুরু একটি ভিট্রিয়াস স্তর গঠিত হয়, যা বাইরের পৃষ্ঠ থেকে পরিমাপ করা হয়।

স্প্রে

সংঘর্ষের কিছু ঘটনার কারণে পরমাণুগুলিকে পৃষ্ঠ থেকে বের করে দেওয়া হয় এবং এইভাবে আয়ন ইমপ্লান্টেশন ধীরে ধীরে পৃষ্ঠটিকে দূরে সরিয়ে দেয়। প্রভাব শুধুমাত্র খুব বড় মাত্রার জন্য লক্ষণীয়।

আয়ন চ্যানেল

যদি একটি ক্রিস্টালোগ্রাফিক কাঠামো লক্ষ্যে প্রয়োগ করা হয়, বিশেষ করে সেমিকন্ডাক্টর সাবস্ট্রেটে যেখানে এটি বেশিখোলা থাকে, তারপর নির্দিষ্ট দিকনির্দেশ অন্যদের তুলনায় অনেক কম থামে। ফলাফল হল যে একটি আয়ন এর পরিসর অনেক বড় হতে পারে যদি এটি একটি নির্দিষ্ট পথ ধরে চলে যায়, যেমন সিলিকন এবং অন্যান্য হীরার ঘনবস্তুতে। এই প্রভাবটিকে আয়ন চ্যানেলিং বলা হয় এবং সমস্ত অনুরূপ প্রভাবগুলির মতো, এটি অত্যন্ত অ-রৈখিক, আদর্শ অভিযোজন থেকে ছোট বিচ্যুতিগুলির ফলে ইমপ্লান্টেশন গভীরতায় উল্লেখযোগ্য পার্থক্য ঘটে। এই কারণে, বেশিরভাগই কয়েক ডিগ্রি অফ-অক্ষে চলে, যেখানে ক্ষুদ্র প্রান্তিককরণ ত্রুটিগুলি আরও অনুমানযোগ্য প্রভাব ফেলবে৷