प्रकाश स्रोत ईयूवी लिथोग्राफी प्रौद्योगिकी में एक महत्वपूर्ण सफलता है।

इस साल फरवरी में, सिंघुआ विश्वविद्यालय में इंजीनियरिंग भौतिकी विभाग के प्रोफेसर तांग चुआनक्सियांग के अनुसंधान समूह ने जर्मनी में हेल्महोल्त्ज़-ज़ेंट्रम बर्लिन फर मटेरियलिएन अंड एनर्जी (एचजेडबी) और फिज़िकालिस्च-टेक्नीश बुंडेसनस्टाल्ट (पीटीबी) के सहयोग से एक प्रकाशित किया। नेचर जर्नल में "स्थिर-अवस्था माइक्रोबंचिंग के तंत्र का प्रायोगिक प्रदर्शन" शीर्षक वाला शोध पत्र।

पेपर "स्टेडी-स्टेट माइक्रोबंचिंग" (एसएसएमबी) नामक एक नए कण त्वरक प्रकाश स्रोत के पहले प्रयोगात्मक सत्यापन की रिपोर्ट करता है। एसएसएमबी सिद्धांत के आधार पर, उच्च शक्ति, उच्च पुनरावृत्ति दर और संकीर्ण बैंडविड्थ सुसंगत विकिरण प्राप्त करना संभव है जो टेराहर्ट्ज़ से लेकर चरम पराबैंगनी (ईयूवी) तक की तरंग दैर्ध्य को कवर करता है। इसमें फोटॉन विज्ञान अनुसंधान के लिए व्यापक नए अवसर प्रदान करने की क्षमता है।

नेचर के समीक्षकों ने इस शोध की अत्यधिक प्रशंसा करते हुए कहा कि यह "एक नई पद्धति का प्रदर्शन करता है" और "निस्संदेह कण त्वरक और सिंक्रोट्रॉन विकिरण के क्षेत्र में रुचि पैदा करेगा"। नेचर में एक संबंधित टिप्पणी लेख में कहा गया है, "यह प्रयोग दर्शाता है कि दो मुख्य प्रकार के त्वरक प्रकाश स्रोतों, सिंक्रोट्रॉन विकिरण स्रोतों और मुक्त-इलेक्ट्रॉन लेजर की विशेषताओं को कैसे संयोजित किया जाए।"

एसएसएमबी प्रकाश स्रोतों का भविष्य में उपयोग ईयूवी लिथोग्राफी और कोण-समाधान फोटो उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी जैसे क्षेत्रों में होने की उम्मीद है। प्रकाशन पर, इस पेपर ने तुरंत घरेलू और अंतरराष्ट्रीय स्तर पर अकादमिक और औद्योगिक समुदायों का महत्वपूर्ण ध्यान आकर्षित किया।

प्रयोग में, अनुसंधान टीम ने बर्लिन में स्थित स्टोरेज रिंग एमएलएस में एक इलेक्ट्रॉन बीम में हेरफेर करने के लिए 1064 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ एक लेजर का उपयोग किया। रिंग के चारों ओर एक पूर्ण क्रांति (48 मीटर की परिधि के साथ) पूरी करने के बाद, इलेक्ट्रॉन किरण ने एक सूक्ष्म सूक्ष्म संरचना बनाई, जिसे माइक्रोबंचिंग के रूप में जाना जाता है। माइक्रोबंचिंग लेजर तरंग दैर्ध्य और उसके हार्मोनिक्स पर उच्च-तीव्रता, संकीर्ण-बैंडविड्थ सुसंगत प्रकाश उत्पन्न करता है। इस विकिरण का पता लगाकर माइक्रोबंचिंग के गठन को सत्यापित किया गया।

माइक्रोबंचिंग के गठन से पता चलता है कि इलेक्ट्रॉनों के ऑप्टिकल चरण को प्रत्येक क्रांति पर उप-तरंग दैर्ध्य परिशुद्धता के साथ सहसंबद्ध किया जा सकता है, जिससे इलेक्ट्रॉनों को लेजर द्वारा बनाई गई ऑप्टिकल क्षमता में स्थिर रूप से फंसाया जा सकता है। यह एसएसएमबी की कार्य प्रणाली को मान्य करता है। प्रयोगात्मक सेटअप चित्र 1 में दिखाया गया है, और कुछ प्रयोगात्मक परिणाम चित्र 2 में दिखाए गए हैं।

एसएसएमबी की अवधारणा 2010 में स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में प्रोफेसर वू झाओ और उनके डॉक्टरेट छात्र डैनियल रैटनर द्वारा प्रस्तावित की गई थी। वू झाओ लगातार एसएसएमबी पर अनुसंधान और अंतर्राष्ट्रीय सहयोग को बढ़ावा दे रहे हैं। 2017 में, तांग चुआनज़ियांग और वू झाओ ने प्रयोग शुरू किया। तांग चुआनज़ियांग के अनुसंधान समूह ने प्रयोग के सैद्धांतिक विश्लेषण और भौतिक डिजाइन का नेतृत्व किया, परीक्षण के लिए लेजर प्रणाली विकसित की, सहयोगी इकाइयों के साथ प्रयोग किया, और डेटा विश्लेषण और पेपर लेखन पूरा किया।

इससे ईयूवी लिथोग्राफी प्रकाश स्रोतों के लिए एक नया तकनीकी मार्ग प्रदान करने की उम्मीद है।

एसएसएमबी प्रकाश स्रोतों के संभावित अनुप्रयोगों में से एक भविष्य की ईयूवी लिथोग्राफी मशीनों के लिए प्रकाश स्रोत के रूप में है, यही कारण है कि अंतरराष्ट्रीय समुदाय सिंघुआ विश्वविद्यालय में एसएसएमबी अनुसंधान पर बहुत ध्यान देता है।

सेमीकंडक्टर विनिर्माण उद्योग में, लिथोग्राफी मशीन एक आवश्यक सटीक उपकरण है और एकीकृत सर्किट चिप निर्माण की प्रक्रिया में सबसे जटिल और महत्वपूर्ण कदम है। लिथोग्राफी मशीन का रिज़ॉल्यूशन सीधे तरंग दैर्ध्य से संबंधित है। आधी सदी से भी अधिक समय से, लिथोग्राफी मशीनों के लिए प्रकाश स्रोत की तरंग दैर्ध्य लगातार कम हो रही है। चिप उद्योग में मान्यता प्राप्त अगली पीढ़ी की मुख्यधारा लिथोग्राफी तकनीक 13.5 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ ईयूवी लिथोग्राफी है। ईयूवी लिथोग्राफी वेफर्स पर सर्किट को "नक़्क़ाशी" करने के लिए बाल के केवल दस-हजारवें व्यास की तरंग दैर्ध्य के साथ अत्यधिक पराबैंगनी प्रकाश का उपयोग करके काम करती है, अंततः एक नाखून के आकार के चिप्स को अरबों ट्रांजिस्टर रखने में सक्षम बनाती है। यह तकनीकी प्रक्रिया मानव तकनीकी विकास के अत्याधुनिक स्तर को प्रदर्शित करती है। ASML, नीदरलैंड स्थित एक कंपनी, वर्तमान में EUV लिथोग्राफी मशीनों की एकमात्र आपूर्तिकर्ता है, और प्रत्येक मशीन की कीमत $100 मिलियन से अधिक है।

एक उच्च-शक्ति ईयूवी प्रकाश स्रोत ईयूवी लिथोग्राफी मशीनों की आधारशिला है। वर्तमान में, एएसएमएल तरल टिन लक्ष्य पर बमबारी करने, प्लाज्मा बनाने और लगभग 13.5 वाट की शक्ति के साथ 250 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ ईयूवी प्रकाश उत्पन्न करने के लिए उच्च-ऊर्जा स्पंदित लेजर का उपयोग करता है। जैसे-जैसे चिप निर्माण नोड्स सिकुड़ते जा रहे हैं, यह उम्मीद की जाती है कि ईयूवी प्रकाश स्रोतों में बिजली की मांग बढ़ेगी, जो किलोवाट स्तर तक पहुंच जाएगी।

"संक्षेप में, लिथोग्राफी मशीनों के लिए आवश्यक ईयूवी प्रकाश में छोटी तरंग दैर्ध्य और उच्च शक्ति की आवश्यकता होती है," तांग चुआनज़ियांग ने कहा। ईयूवी लिथोग्राफी के आगे के अनुप्रयोगों और विकास के लिए उच्च-शक्ति ईयूवी प्रकाश स्रोतों की सफलता महत्वपूर्ण है। तांग चुआनज़ियांग ने कहा, "एसएसएमबी-आधारित ईयूवी प्रकाश स्रोतों से उच्च औसत शक्ति प्राप्त करने की उम्मीद की जाती है और इसमें तरंग दैर्ध्य को और भी कम तरंग दैर्ध्य तक विस्तारित करने की क्षमता होती है, जो उच्च-शक्ति ईयूवी प्रकाश स्रोतों की सफलता के लिए एक नया समाधान प्रदान करता है।"

ईयूवी लिथोग्राफी मशीनों के स्वतंत्र विकास में अभी भी एक लंबा रास्ता तय करना बाकी है, और एसएसएमबी-आधारित ईयूवी प्रकाश स्रोतों से लिथोग्राफी मशीनों के स्वतंत्र विकास में सबसे महत्वपूर्ण बाधा को संबोधित करने की उम्मीद है। सच्ची सफलता प्राप्त करने के लिए एसएसएमबी ईयूवी प्रकाश स्रोतों में निरंतर तकनीकी सफलताओं और संपूर्ण उद्योग श्रृंखला के साथ सहयोग की आवश्यकता है।

सहयोगी अनुसंधान और विकास

सिंघुआ विश्वविद्यालय में एसएसएमबी टीम ने अप्रैल 2017 में एसएसएमबी सिद्धांत सत्यापन प्रयोगों का सैद्धांतिक विश्लेषण और संख्यात्मक अनुकरण शुरू किया। उसी वर्ष 21 जुलाई को, तांग चुआनज़ियांग और झाओ वू ने सिंघुआ विश्वविद्यालय में पहली एसएसएमबी सहयोग बैठक का आयोजन किया, जिससे इसकी स्थापना हुई। अंतर्राष्ट्रीय एसएसएमबी अनुसंधान समूह। चीन, जर्मनी, संयुक्त राज्य अमेरिका और अन्य देशों के शोधकर्ता एसएसएमबी सिद्धांत सत्यापन प्रयोगों सहित विभिन्न अनुसंधान परियोजनाओं को बढ़ावा देने के लिए एकजुट हुए। चार साल की कड़ी मेहनत के बाद, एसएसएमबी अनुसंधान समूह ने महत्वपूर्ण प्रगति की और ऐसे परिणाम हासिल किए जो दुनिया में अग्रणी हैं।

"एसएसएमबी इलेक्ट्रॉनों पर ध्यान केंद्रित करने के लिए लेजर का उपयोग करता है, जो आमतौर पर सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोतों में उपयोग किए जाने वाले माइक्रोवेव की तुलना में फोकसिंग सिस्टम की तरंग दैर्ध्य को परिमाण के 5 से 6 ऑर्डर तक छोटा कर देता है। इसलिए, एसएसएमबी के सिद्धांत को सत्यापित करने के लिए, त्वरक को बहुत अधिक होना चाहिए प्रत्येक क्रांति में इलेक्ट्रॉनों की अनुदैर्ध्य स्थिति (चरण) पर नियंत्रण सटीकता। जर्मनी में पीटीबी में एमएलएस भंडारण रिंग एसएसएमबी की प्रयोगात्मक आवश्यकताओं के सबसे करीब है। हमारे प्रोफेसरों के बीच प्रारंभिक संपर्क और संचार के बाद, जर्मनी में एचजेडबी और पीटीबी संस्थान सक्रिय रूप से शामिल हो गए जर्मनी में प्रयोगों में भाग लेने वाले सिंघुआ विश्वविद्यालय में इंजीनियरिंग भौतिकी विभाग के डॉक्टरेट छात्र डेंग शियुजी ने कहा, "शोध टीम ने हमारे साथ सहयोग किया।"

2017 के बाद से, सिंघुआ टीम के सदस्यों ने प्रयोग की तैयारी और संचालन के विभिन्न चरणों में भाग लेते हुए आठ बार बर्लिन का दौरा किया है। लंबे प्रयास के बाद, प्रयोग 31 अगस्त, 2019 को सफल रहा। डेंग शिउजी ने कहा, "एसएसएमबी में कई भौतिक प्रभाव शामिल हैं और तकनीकी रूप से चुनौतीपूर्ण है। टीम ने शारीरिक समस्याओं और व्यावहारिक त्वरक संचालन की अपनी समझ को लगातार गहरा करने से पहले कई असफल प्रयासों का अनुभव किया प्रयोग के दौरान, जब तक प्रत्येक समस्या का समाधान नहीं हो गया, तब तक हमने काम करना बंद नहीं किया। हमने पहले से एकत्र किए गए प्रयोगात्मक डेटा पर सैद्धांतिक विश्लेषण किया, नियमित कार्य बैठकें आयोजित कीं और ईमेल या ऑनलाइन चर्चा में लगे रहे।" "इसके अलावा, एसएसएमबी प्रयोगात्मक टीम एक अंतरराष्ट्रीय सहयोग टीम है। प्रारंभिक अनुकूलन से लेकर धीरे-धीरे एक-दूसरे को जानने और समझने तक, पूरी टीम का मानना ​​है कि हमने वास्तव में '1+1>>2' हासिल कर लिया है। हर कोई आगे के सहयोग को लेकर आश्वस्त है भविष्य में।"

वर्तमान में, सिंघुआ विश्वविद्यालय एसएसएमबी ईयूवी प्रकाश स्रोत की राष्ट्रीय परियोजना का सक्रिय रूप से समर्थन और प्रचार कर रहा है। सिंघुआ में एसएसएमबी अनुसंधान समूह ने राष्ट्रीय विकास और सुधार आयोग (एनडीआरसी) को "स्टेडी-स्टेट माइक्रो-बंच्ड एक्सट्रीम अल्ट्रावॉयलेट लाइट सोर्स रिसर्च फैसिलिटी" के लिए एक परियोजना प्रस्ताव प्रस्तुत किया है और 14वें पांच के प्रमुख वैज्ञानिक और तकनीकी बुनियादी ढांचे के लिए आवेदन किया है। वर्ष योजना.

एसएसएमबी के अलावा, जापान जैसे देश भी फ्री इलेक्ट्रॉन लेजर (एफईएल) योजनाओं में एनर्जी रिकवरी लिनाक (ईआरएल) के उपयोग पर शोध कर रहे हैं। यह योजना अधिकतम 10 किलोवाट ईयूवी प्रकाश के साथ उच्च शिखर शक्ति प्राप्त कर सकती है, और इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि इसमें कम कार्बन पदचिह्न है। जापान में उच्च ऊर्जा त्वरक अनुसंधान संगठन के आंकड़ों के अनुसार, एफईएल की ऊर्जा खपत लागत एलपीपी योजना का लगभग सातवां हिस्सा हो सकती है। हालाँकि, एसएसएमबी के समान, इस प्रकार के प्रकाश स्रोत को भी विभिन्न तकनीकी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है जिन्हें दूर करने की आवश्यकता है, और लागत भी अधिक होगी।