2.1 ड्रॉपलेट जनरेटर: चरम थर्मोफिजिकल गुण और मॉडलिंग

ड्रॉपलेट जनरेटर ईयूवीएल स्कैनर असेंबली का एक महत्वपूर्ण घटक है (चित्र 3)। ड्रॉपलेट जनरेटर 13.5 एनएम पर ईयूवी प्रकाश उत्पन्न करने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड लेजर द्वारा आयनित ईयूवी स्रोत कक्ष में प्रवेश करने वाली सामग्री के आकार, वेग और पुनरावृत्ति दर को नियंत्रित करता है। इसलिए, ईयूवी प्रकाश उत्पादन के लिए विश्वसनीय बूंद उत्पादन आवश्यक है क्योंकि किसी भी खराबी के परिणामस्वरूप सभी डाउनस्ट्रीम घटक बंद हो जाएंगे। सामान्य बूंद का व्यास 27μm है, जिसका वेग 80m/s और पुनरावृत्ति आवृत्ति 50kHz है। ड्रॉपलेट जनरेटर कार्बन डाइऑक्साइड लेजर पल्स के उत्सर्जन को ट्रिगर करता है, जिससे इसे संपूर्ण ईयूवी स्कैनर असेंबली के "दिल की धड़कन" का खिताब मिलता है।

टिन ईयूवीएल अनुप्रयोगों के लिए ड्रॉपलेट जनरेटर में उपयोग किया जाने वाला कार्यशील तरल है, क्योंकि यह प्लाज्मा अवस्था में आयनित होने पर 13.5 नैनोमीटर की तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश उत्पन्न करता है। पिछले दशकों में, शोधकर्ताओं ने टिन के अलावा क्सीनन गैस और लिथियम जैसी अन्य सामग्रियों की संभावनाओं का पता लगाया है। सुरक्षा, लागत और प्रदर्शन जैसे कारकों ने ईयूवीएल विनिर्माण अनुप्रयोगों में लेजर-निर्मित प्लाज्मा के लिए टिन को बेहतर सामग्री साबित किया है। सेमीकंडक्टर निर्माण में, टिन के अलावा अन्य सामग्रियों के लिए कोई सामान्य रोडमैप नहीं है, इस प्रकार मौलिक वैज्ञानिक स्तर पर इस सामग्री की समझ में निवेश करने से अल्पकालिक और दीर्घकालिक प्रभाव होंगे। एकल सामग्री, टिन पर उद्योग का ध्यान इसे ईयूवी प्रकाश उत्पादन के लिए आवश्यक जटिल लेजर-सामग्री इंटरैक्शन के लिए एक आदर्श विकल्प बनाता है।

ड्रॉपलेट जनरेटर के कार्य सिद्धांत में ठोस उच्च शुद्धता वाले टिन (>99.999wt.%) को एक कंटेनर में लोड करना और इसे इसके पिघलने बिंदु (~232°C) से ऊपर गर्म करना शामिल है। फिर, उच्च शुद्धता वाली गैस, आमतौर पर नाइट्रोजन, दबाव डालने के लिए कंटेनर के अंदर तरल के एक तरफ लगाई जाती है, जिससे पिघला हुआ टिन एक फिल्टर के माध्यम से दूसरी तरफ नोजल में प्रवाहित हो सकता है। टिन की बूंदों का निष्कासन आमतौर पर पीजोइलेक्ट्रिक (पीजेडटी) क्रिस्टल द्वारा नियंत्रित होता है, जो यांत्रिक कंपन पैदा करता है। पहली पीढ़ी के कॉन्सेप्ट ड्रॉपलेट जनरेटर की एक तस्वीर चित्र 3 में दिखाई गई है, जिसमें लगभग 1μm की ड्रॉपलेट स्थिति स्थिरता है।

ड्रॉपलेट जेनरेटर ने अपनी ऑनलाइन पुनःपूर्ति क्षमता के साथ 2021 में नई प्रगति की। चित्र 4 डाउनस्ट्रीम ईयूवी स्कैनर के प्रदर्शन को बाधित किए बिना सिस्टम डाउनटाइम में कमी दिखाता है। इस नए ड्रॉपलेट जनरेटर डिज़ाइन के साथ, 3000 से अधिक घंटों तक निरंतर संचालन हासिल किया गया है।

उत्पादकता बढ़ाने और उच्च ईयूवी पावर आउटपुट प्राप्त करने के लिए, ड्राइविंग लेजर पावर को बढ़ाना आवश्यक है, जिसके परिणामस्वरूप प्रति सेकंड बूंदों की संख्या में वृद्धि होगी। बूंदों की आवृत्ति को और बढ़ाने के लिए, बूंद जनरेटर में दबाव बढ़ाने की जरूरत है। हालाँकि, इसके परिणामस्वरूप बूंदों के बीच बड़ा अंतर होगा। इस अवधारणा को चित्र 5 में दर्शाया गया है।

वर्तमान में, वायुमंडलीय दबाव में, पिघली हुई धातुओं में विश्वसनीय भौतिक गुणों का अभाव होता है। इस मानक डेटा की कमी ड्रॉपलेट जनरेटर बनाने के लिए संख्यात्मक सिमुलेशन में प्रगति में बाधा डालती है। वैज्ञानिकों और इंजीनियरों द्वारा वर्णित अभ्यास में प्रकाशित साहित्य से नवीनतम भौतिक गुणों की खोज करना और मोटे अनुमान लगाना शामिल है। फिर वे भौतिक गुणों और ऑपरेटिंग मापदंडों के बीच संबंध को समायोजित करने के लिए परिचालन स्थितियों के तहत पूरे सिस्टम के अनुभवजन्य अवलोकनों पर भरोसा करते हैं। एक उद्योग प्रस्तोता ने प्रिंट हेड में एक संतुलित डिजाइन की आवश्यकता को दर्शाते हुए एक उदाहरण दिया ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि काम करने वाला तरल पदार्थ (पिघला हुआ धातु) तरल चरण में रहने के लिए पर्याप्त उच्च तापमान पर है लेकिन पीजोइलेक्ट्रिक तत्व को पिघलाने के लिए बहुत अधिक नहीं है।

धातु सामग्री गुणों को मापने के लिए वर्तमान एनआईएसटी संसाधन पेश किया गया था, जिसमें एनआईएसटी मिश्र धातु डेटाबेस पर ध्यान केंद्रित किया गया था, जो धातुओं (टिन सहित) के थर्मोफिजिकल गुणों वाला एक क्यूरेटेड डेटाबेस है। वर्तमान में, मैटेरियल्स जीनोम इनिशिएटिव (एमजीआई) से वित्त पोषण और थर्मोडायनामिक्स रिसर्च सेंटर (टीआरसी) की निगरानी के कारण संपूर्ण डेटाबेस जनता के लिए मुफ़्त और खुला है। विकास जारी रखने के लिए, डेटाबेस को 2017 यूएस मानक संदर्भ डेटा अधिनियम के अनुसार बनाए रखने के लिए एसआरडी में परिवर्तित किया जा सकता है। अमेरिकी उद्योग के लिए निष्पक्ष और पेशेवर रूप से मान्य सामग्री संपत्ति डेटा प्रदान करने की क्षमता ड्रॉपलेट जनरेटर के संचालन में कुशल डिजाइन अंतर्दृष्टि और नवाचार प्रदान कर सकती है। भौतिक प्रदर्शन में एसआरडी के फायदों को अंतरराष्ट्रीय स्तर पर मान्यता दी गई है, जैसा कि भौतिक गुणों के क्षेत्र में एसआरडी पर एक प्रकाशन में दिखाया गया है।

एनआईएसटी की माप क्षमताओं की प्रभावशीलता की एक सीमा ईयूवीएल ड्रॉपलेट जनरेटर पर लागू उच्च दबाव के तहत पिघले हुए टिन पर डेटा की कमी है। एक बूंद जनरेटर में काम कर रहे तरल पदार्थ की विशेषताएं रेले ब्रेकअप नामक एक घटना को निर्धारित करती हैं, जो बूंदों के गठन और विलय की ओर ले जाती है। इस घटना पर पिछले 40 वर्षों में बड़े पैमाने पर शोध किया गया है, 2011 में ईटीएच ज्यूरिख जैसे संस्थानों द्वारा किए गए अध्ययनों से 4 एमपीए से नीचे के दबाव और 100 किलोहर्ट्ज़ से नीचे की आवृत्तियों पर पिघले टिन की बूंदों के व्यास और वेग के बीच संबंध प्रदर्शित हुआ है। 2023 में प्रकाशित एक हालिया लेख इस शोध क्षेत्र में सकारात्मक खोज को दर्शाता है।

पिघले हुए टिन पर संदर्भ डेटा की कमी नए उपकरणों के साथ एनआईएसटी मिश्र धातु डेटाबेस जैसे डेटाबेस को भरने के लिए संदर्भ गुणवत्ता डेटा को मापने के लिए मूल्यवान बनाती है। ध्वनि की गति (एसओएस) एक विशेष रूप से उपयोगी सामग्री संपत्ति है क्योंकि इसे घनत्व, आइसोबैरिक विस्तार और आइसोबैरिक ताप क्षमता जैसे अतिरिक्त थर्मोफिजिकल गुणों को प्राप्त करने के लिए एक एकल (टी, पी) बिंदु पर घनत्व और आइसोबैरिक ताप क्षमता डेटा के साथ जोड़ा जा सकता है। कोई भी तापमान और दबाव। एनआईएसटी शोधकर्ताओं ने पहले ही रेफ्रिजरेंट सामग्री के लिए मापा एसओएस मूल्यों का प्रदर्शन किया है। राज्य के समीकरणों (ईओएस) का उपयोग करके सामग्रियों के थर्मोडायनामिक गुणों के मॉडलिंग के अंतिम लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए सटीक एसओएस माप महत्वपूर्ण हैं। सिमुलेशन सटीकता में विभिन्न ईओएसएस का उपयोग सबसे सरल ज्यामिति को भी महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करने वाला साबित हुआ है।

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