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अध्याय 13माइक्रो और नैनो

माइक्रो- और नैनोफ़ैब्रिकेशन

माइक्रो- और नैनोफ़ैब्रिकेशन बाल से कहीं छोटी संरचनाएँ बनाता है: चिप के ट्रांज़िस्टर, घड़ी के गियर, फ़िल्टर के रेशे। थोक सामग्री को काटने या दबाने की जगह ये प्रक्रियाएँ पदार्थ को माइक्रोन (मिलीमीटर के हज़ारवें हिस्से) या यहाँ तक कि एक-एक परमाणु में नापे गए चरणों में उगाती, खींचती, जमाती या हटाती हैं।

मुख्य विचार

इस पैमाने पर साधारण औज़ार बेकार हैं: कोई ड्रिल बिट इतनी पतली नहीं और कोई हाथ इतना स्थिर नहीं। इसलिए काम प्रकाश, आयनों, विद्युत क्षेत्रों और रसायन से होता है, जिन्हें आँख की पहुँच से कहीं नीचे तक फ़ोकस या नियंत्रित किया जा सकता है। इसे चाकू से तराशने की जगह किरण से लिखने जैसा समझें: किरण जितनी महीन, लिखावट उतनी महीन।

यह अध्याय बाल की चौड़ाई और परमाणु के आकार के बीच काम करता हैलॉग स्केल: हर निशान अपने बाएँ वाले से दस गुना है0.1 nm1 nm10 nm100 nm1 µm10 µm100 µm1 mm0.1 से 0.3 nmदसियों nmलगभग 10 µmलगभग 70 µmपरमाणुट्रांज़िस्टर की आकृतियाँसामान्य सेलमानव बाल1 से 100 nm1 µm से 1 mmनैनो पैमानामाइक्रो पैमाना
आकार की सीढ़ी · परमाणु से बाल तक, लॉग स्केल परहर निशान अपने बाईं ओर वाले से दस गुना बड़ा है, इसलिए बाल परमाणु से कई लाख गुना चौड़ा होता है।

इनमें से कई प्रक्रियाएँ क्लीनरूम में चलती हैं: ऐसे कमरे जिनकी हवा इतनी छानी जाती है कि उसमें साधारण हवा से हज़ारों गुना कम धूल के कण रहते हैं, और कर्मचारी पूरे शरीर का सूट पहनते हैं। धूल का एक कण भी ट्रांज़िस्टर से कहीं बड़ा होता है, इसलिए वेफ़र पर गिरा एक कण पूरी चिप बिगाड़ सकता है।

इस अध्याय की 9 प्रक्रियाएँ

13.1ज़ोक्रॉल्स्की क्रिस्टल वृद्धि (सिलिकॉन वेफ़र)पिघले सिलिकॉन से सिलिकॉन का विशाल एकल क्रिस्टल धीरे-धीरे ऊपर खींचती हैपाठ खोलें13.2फ़ोटोलिथोग्राफ़ीप्रकाश से पैटर्न को प्रकाश-संवेदी कोटिंग पर डालती है, फिर उसे एच करती हैपाठ खोलें13.3मॉलिक्यूलर बीम एपिटैक्सी (MBE)अति-उच्च वैक्यूम में बीमों से एक-एक परमाणु परत करके क्रिस्टल उगाती हैपाठ खोलें13.4एटॉमिक लेयर डिपॉज़िशन (ALD)बारी-बारी से गैसें देकर हर चक्र में सतह पर एक परमाणु परत चढ़ाती हैपाठ खोलें13.5फ़ोकस्ड आयन बीम (FIB)माइक्रोस्कोप के नीचे आयनों की किरण से सामग्री काटती या जोड़ती हैपाठ खोलें13.6फ़ेम्टोसेकंड लेज़र मशीनिंगबहुत छोटे लेज़र पल्स से सामग्री हटाती है, बिना पिघलाएपाठ खोलें13.7LIGAX-रे या UV से गहरी खाँचें बनाता है, उन्हें निकल से भरता है, फिर नक़लें ढालता हैपाठ खोलें13.8टू-फ़ोटॉन पॉलिमराइज़ेशनलेज़र के फ़ोकस पर ही रेज़िन कठोर कर 3D माइक्रो-पुर्ज़े छापती हैपाठ खोलें13.9इलेक्ट्रोस्पिनिंगऊँचे वोल्टेज से पॉलिमर की धारा को नैनोफ़ाइबर में खींचती हैपाठ खोलें

आमने-सामने

प्रक्रियाएक पंक्ति मेंसबसे उपयुक्तबैच साइज़सटीकता
13.1ज़ोक्रॉल्स्की क्रिस्टल वृद्धि (सिलिकॉन वेफ़र)पिघले सिलिकॉन से सिलिकॉन का विशाल एकल क्रिस्टल धीरे-धीरे ऊपर खींचती हैचिप और सोलर सेल के लिए सिलिकॉन वेफ़रइंगॉट का लगातार उत्पादनलगभग दोषरहित क्रिस्टल, जिसे 300 mm तक चौड़े वेफ़रों में काटा जाता है
13.2फ़ोटोलिथोग्राफ़ीप्रकाश से पैटर्न को प्रकाश-संवेदी कोटिंग पर डालती है, फिर उसे एच करती हैकंप्यूटर चिप, सेंसर, MEMSबड़े पैमाने का उत्पादन, लाखों चिपदसियों नैनोमीटर तक की बारीक आकृतियाँ
13.3मॉलिक्यूलर बीम एपिटैक्सी (MBE)अति-उच्च वैक्यूम में बीमों से एक-एक परमाणु परत करके क्रिस्टल उगाती हैलेज़र, LED, तेज़ ट्रांज़िस्टर, अनुसंधानवेफ़रों के छोटे बैचएक-एक परमाणु की परतें
13.4एटॉमिक लेयर डिपॉज़िशन (ALD)बारी-बारी से गैसें देकर हर चक्र में सतह पर एक परमाणु परत चढ़ाती हैचिप में अति-पतली फ़िल्में, गहरे छेदों के भीतर कोटिंगचिप का भारी मात्रा में उत्पादनप्रति चक्र लगभग एक नैनोमीटर का दसवाँ हिस्सा
13.5फ़ोकस्ड आयन बीम (FIB)माइक्रोस्कोप के नीचे आयनों की किरण से सामग्री काटती या जोड़ती हैचिप की मरम्मत, नमूने तैयार करना, प्रोटोटाइपएक-एक नगलगभग 10 नैनोमीटर तक
13.6फ़ेम्टोसेकंड लेज़र मशीनिंगबहुत छोटे लेज़र पल्स से सामग्री हटाती है, बिना पिघलाएस्टेंट, काँच की कटाई, सूक्ष्म छेदप्रोटोटाइप से बड़ी शृंखला तककुछ माइक्रोन
13.7LIGAX-रे या UV से गहरी खाँचें बनाता है, उन्हें निकल से भरता है, फिर नक़लें ढालता हैघड़ी के पुर्ज़े, सूक्ष्म गियर, सूक्ष्म मोल्डछोटे से मध्यम; बड़ी श्रृंखला में प्लास्टिक प्रतियाँसब-माइक्रोन, बहुत ऊँची सीधी दीवारें
13.8टू-फ़ोटॉन पॉलिमराइज़ेशनलेज़र के फ़ोकस पर ही रेज़िन कठोर कर 3D माइक्रो-पुर्ज़े छापती हैसूक्ष्म ऑप्टिक्स, कोशिका स्कैफ़ोल्ड, प्रोटोटाइपएक-एक नग और छोटी श्रृंखलासब-माइक्रोन विवरण
13.9इलेक्ट्रोस्पिनिंगऊँचे वोल्टेज से पॉलिमर की धारा को नैनोफ़ाइबर में खींचती हैफ़िल्टर, घाव की पट्टियाँ, ऊतक स्कैफ़ोल्डप्रयोगशाला के नमूनों से रोल-टू-रोल लाइनों तकदसियों नैनोमीटर से कुछ माइक्रोन मोटे रेशे

इस परिवार में कैसे चुनें

  • चिप का आधार पदार्थ बनाना? सिलिकॉन क्रिस्टल Czochralski ग्रोथ से आते हैं, और सबसे बारीक क्रिस्टल परतें MBE से।
  • लाखों एक जैसे सपाट उपकरणों पर पैटर्न बनाना: फ़ोटोलिथोग्राफ़ी; कुछ परमाणु मोटी फ़िल्में चढ़ाना: ALD।
  • किसी एक नन्हे स्थान को ठीक करना, काटना या जाँचना: फ़ोकस्ड आयन बीम; धातु या काँच में सूक्ष्म आकृतियाँ मशीन करना: फ़ेम्टोसेकंड लेज़र।
  • सीधी दीवारों वाले ऊँचे धातु के सूक्ष्म पुर्ज़े: LIGA; सच्चे 3D सूक्ष्म आकार: टू-फ़ोटॉन पॉलिमराइज़ेशन।
  • महीन रेशों का बड़ा जाल, सस्ते में: इलेक्ट्रोस्पिनिंग।

मुख्य शब्द

माइक्रोन (µm)
मिलीमीटर का हज़ारवाँ हिस्सा; बाल लगभग 70 µm चौड़ा होता है।
नैनोमीटर (nm)
माइक्रोन का हज़ारवाँ हिस्सा; कुछ परमाणु साथ-साथ रखने पर बनी चौड़ाई।
वेफ़र
क्रिस्टल की पतली, पॉलिश की हुई तश्तरी, आमतौर पर सिलिकॉन की, जिस पर चिप बनाई जाती हैं।
रेज़िस्ट
ऐसी कोटिंग जिसे प्रकाश, X-किरणें या इलेक्ट्रॉन रासायनिक रूप से बदल देते हैं, और जो स्टेंसिल का काम करती है।
क्लीनरूम
भारी छनी हुई हवा वाला कमरा, जो लगभग धूल-मुक्त रखा जाता है।
वैक्यूम चैंबर
बंद डिब्बा जिसकी हवा पंप से निकाल दी गई है, ताकि परमाणु और किरणें बिना रुकावट चल सकें।
MEMS
माइक्रो-इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिस्टम: चिप पर बनी नन्ही मशीनें और सेंसर।
वोक्सेल
3D पिक्सेल, यानी वह सबसे छोटा आयतन जिसे कोई प्रक्रिया एक बार में बना सकती है।

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