172 nm excimer لائٹ گیس ڈسچارج کا وولٹ-ایمپیئر خصوصیت والا وکر
3.3.7 گیس کے اخراج میں روشنی کا مظاہر
جدید آئن چڑھانا ٹیکنالوجی
(گیس کے اخراج میں روشنی کے مظاہر کا تسلسل)
حوصلہ افزائی Luminescence
گونج کے ساتھ پرجوش ایٹم 10⁻⁸ سیکنڈ کے اندر مستحکم توانائی کی سطح پر واپس منتقل ہو جائیں گے، جوش کی منتقلی کے دوران جذب ہونے والی توانائی کو جاری کر دیں گے۔ یہ توانائی فوٹان کی شکل میں خارج ہوتی ہے، جوش و خروش پیدا کرتی ہے۔ بعض کم-دباؤ کے خارج ہونے والے مادہ میں، جیسے کہ زینون شامل ہیں، یہ عمل ویکیوم الٹرا وائلٹ تابکاری بھی پیدا کر سکتا ہے، بشمول 172 nm excimer روشنی۔
دوبارہ ملاپ Luminescence
خارج ہونے والی جگہ میں، جب آئنوں کا الیکٹرانوں سے سامنا ہوتا ہے، تو وہ دوبارہ مل کر مستحکم ایٹم بناتے ہیں۔ اصل میں جذب ہونے والی توانائی دوبارہ جمع کرنے کے عمل کے دوران فوٹونز کی شکل میں جاری ہوتی ہے، جس سے دوبارہ جمع ہونے والی روشنی پیدا ہوتی ہے۔
جوہری ڈھانچے اور الیکٹران توانائی کی سطحوں کی توانائی میں فرق کی وجہ سے، اتیجیت luminescence اور recombination luminescence کی تعدد مختلف ہوتی ہے، جس کی وجہ سے مختلف luminescence رنگ ہوتے ہیں۔ آئن چڑھانے کے دوران، الیکٹران اور آئنوں کا دوبارہ امتزاج، دھاتی آئنوں، الیکٹرانوں، اور رد عمل والی گیسوں کا تین-جسم کا دوبارہ ملاپ، اور گونج سے پرجوش ایٹموں کی مستحکم حالتوں میں منتقلی جیسے عمل مسلسل رونما ہوتے ہیں، جس سے روشنی پیدا ہوتی ہے۔ آئنائزیشن جتنی شدید ہوگی، روشنی کی شدت اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ مختلف عناصر میں الیکٹران کی توانائی کی سطح مختلف ہوتی ہے، اس لیے ان کے چمکنے والے رنگ مختلف ہوتے ہیں: آرگن آسمانی-نیلی روشنی خارج کرتا ہے، اور نائٹروجن 通入 کے ساتھ جمع ٹائٹینیم نائٹرائڈ فلمیں چیری-سرخ رنگ کی نمائش کرتی ہیں۔ مندرجہ بالا رد عمل کے عمل سے، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ آئن چڑھانا کے خارج ہونے والی جگہ میں، اعلی-توانائی والے الیکٹران مسلسل گیس سے ٹکراتے ہیں، جس سے اعلی-توانائی والے ایٹم اور آئن پیدا ہوتے ہیں۔ یہ اعلی-توانائی پرجوش ایٹم اور آئن پھر کم-توانائی والے گیس کے ایٹموں اور دھاتی ایٹموں کے ساتھ پیچیدہ ٹکراؤ کے ایک سلسلے سے گزرتے ہیں، جس کے نتیجے میں خارج ہونے والی جگہ میں مختلف توانائی کی سطحوں کے آئن اور ایٹم بنتے ہیں۔ خارج ہونے والی جگہ فعال ذرات کی ایک بڑی تعداد سے بھری ہوئی ہے، جن کی توانائی متعارف کرائے گئے گیس کے ایٹموں اور بخارات سے بنی دھات کے ایٹموں سے کہیں زیادہ ہے۔ چڑھانے کی جگہ میں تمام اعلی-توانائی کے ذرات اعلی-انرجی الیکٹران سے نکلتے ہیں۔ لہٰذا، چڑھانے کی جگہ میں جتنے زیادہ الیکٹران ہوں گے، پلیٹنگ کے دوران اتنے ہی اعلی-توانائی کے ذرات موجود ہوں گے، فلمی ذرات کی کل توانائی اتنی ہی زیادہ ہوگی، اور اعلیٰ معیار کی فلمیں بننے کے لیے کیمیائی رد عمل کے لیے اتنا ہی زیادہ سازگار ہوگا۔ جدید آئن چڑھانا ٹیکنالوجیز پلاٹنگ کی جگہ میں پلازما کی کثافت بڑھانے کے لیے زیادہ الیکٹران حاصل کرنے کی کوشش کرتی ہیں، اس طرح فلمی ذرات کی کل توانائی میں اضافہ ہوتا ہے۔
3.4 گیس کا اخراج
3.4.1 گیس خارج ہونے کا عمل
برفانی تودہ خارج ہونا
کنٹینر خالی کرو؛ جب ویکیوم ڈگری 1∼10 Pa کے درمیان ہو، کیتھوڈ اور اینوڈ کے درمیان بجلی کی فراہمی کو آن کریں۔ اس مقام پر، ویکیوم چیمبر میں اصل الیکٹران برقی میدان کے عمل کے تحت تیز ہو جاتے ہیں۔ جب الیکٹران کی توانائی ایک خاص قدر تک پہنچ جاتی ہے، تو وہ غیر جانبدار گیس کے مالیکیولز سے ٹکراتے ہیں اور انہیں آئنائز کرتے ہیں۔ آئنز کیتھوڈ کی طرف تیز ہوتے ہیں، اور الیکٹران انوڈ کی طرف تیز ہوتے ہیں۔ اس عمل کے دوران، زیادہ ٹکراؤ آئنائزیشن ہوتا ہے، اور چارج شدہ ذرات کی تعداد تیزی سے بڑھ جاتی ہے، جس سے ایک الیکٹران برفانی تودہ عمل (جسے برفانی تودہ خارج بھی کہا جاتا ہے) بنتا ہے، جیسا کہ شکل 3-5 [3] میں دکھایا گیا ہے۔ یہ ڈسچارج ایک غیر-خود ساختہ خارج ہونے والا عمل ہے۔ اگر آئنائزیشن کا اصل ذریعہ ہٹا دیا جاتا ہے، تو خارج ہونے والا مادہ فوراً رک جاتا ہے۔
پاسچن وکر سے، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ گلو ڈسچارج شروع کرنے کے لیے کم از کم کیتھوڈ وولٹیج کی ضرورت ہوتی ہے۔ پریکٹس سے پتہ چلتا ہے کہ گیس خارج ہونے کے بعد، ڈسچارج وولٹیج تیزی سے گر جاتا ہے، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ منتخب اگنیشن وولٹیج کم از کم اگنیشن وولٹیج نہیں ہے۔ عام طور پر، گیس کے جلنے کے بعد، ڈسچارج وولٹیج خود بخود اس وولٹیج تک کم ہو جاتا ہے جو خود-مسلسل خارج ہونے والے مادہ کو برقرار رکھتا ہے۔ مثال کے طور پر، لوہے پر مبنی مواد کے ساتھ آرگن ڈسچارج کا اگنیشن وولٹیج تقریباً 265 V ہے۔
3.4.2 وولٹ-گیس خارج ہونے کا ایمپیئر خصوصیت والا وکر
وولٹ کی پیمائش-ایمپیئر کی خصوصیت والا وکر
وولٹیج-گیس خارج ہونے والے دو الیکٹروڈز کے درمیان موجودہ تغیر وکر کو وولٹ-ایمپیئر خصوصیت والا وکر کہا جاتا ہے۔ شکل 3-7 گیس کے اخراج کے وولٹ-ایمپیئر کی خصوصیت کے وکر کو ماپنے کے لیے آلہ دکھاتا ہے [10]، جہاں Eₐ ایک DC پاور سپلائی ہے اور Rₐ ایک متغیر ریزسٹر ہے۔ پاور سپلائی Eₐ کو آن کرنے کے بعد، الیکٹروڈز کے درمیان وولٹیج اور کرنٹ کی پیمائش کریں، اور گیس کے اخراج کے دوران وولٹیج-موجودہ تغیر وکر کو پلاٹ کریں، یعنی وولٹ ایمپیئر کی خصوصیت والا وکر [3−12]۔
وولٹ-ایمپیئر کی خصوصیات
شکل 3-8 گیس کے اخراج کے وولٹ-ایمپیئر کی خصوصیت کا وکر دکھاتا ہے [3]:
غیر-خود-مستقل تاریک خارج ہونے والا علاقہ (Ⅰ)
شکل 3-8 کے سیگمنٹ AB میں، ایک بہت کمزور کرنٹ (10⁻¹² A) ظاہر ہوتا ہے کیونکہ وولٹیج 0 سے بتدریج بڑھتا ہے۔ یہ کرنٹ خلا میں بقایا الیکٹرانوں کی وجہ سے خلائی آئنائزیشن سے پیدا ہوتا ہے۔ اس خطے میں، اگرچہ خارج ہونے والا کرنٹ انٹر-الیکٹروڈ وولٹیج کے ساتھ بڑھتا ہے، کرنٹ کمزور ہے اور کوئی روشنی نظر نہیں آتی ہے۔ اسے نان-سیلف-سسٹائنڈ ڈارک ڈسچارج کہا جاتا ہے، جس کا تعلق برفانی تودے کی طرح ٹاؤن سینڈ ڈسچارج کے عمل سے ہے۔
خود-مستقل تاریک خارج ہونے والا علاقہ (Ⅱ)
پوائنٹ B سے شروع ہو کر، خود-مستقل ڈسچارج کا مرحلہ شروع ہوتا ہے، جس سے برفانی تودہ پیدا ہوتا ہے-جیسے ٹاؤن سینڈ ڈسچارج۔ پوائنٹ B پر وولٹیج (Vᵇ، جسے بریک ڈاؤن وولٹیج بھی کہا جاتا ہے) عام طور پر تجرباتی حالات (p,d) کے تحت کم از کم اگنیشن وولٹیج Uₘᵢₙ سے زیادہ ہوتا ہے۔ کمزور روشنی سیگمنٹ BC میں ظاہر ہوتی ہے، جسے سیلف-مستقل تاریک خارج ہونے والا علاقہ کہا جاتا ہے۔
ٹرانزیشن ریجن (کورونا ڈسچارج ریجن Ⅲ، ارلی نارمل گلو ڈسچارج ریجن Ⅳ)
اگر سرکٹ میں مزاحمت زیادہ نہیں ہے، تو خارج ہونے والا مادہ تیزی سے منتقلی کے علاقے سے E کی طرف بڑھتا ہے: وولٹیج تیزی سے گر کر Vₙ پر آجاتا ہے، کرنٹ اچانک بڑھ جاتا ہے، اور کیتھوڈ پر مضبوط چمک ظاہر ہوتی ہے، جو عام گلو خارج ہونے والے علاقے میں داخل ہوتا ہے۔
نارمل گلو ڈسچارج ریجن (Ⅴ)
وولٹ-ایمپیئر ڈسچارج خصوصیت وکر سے، Vᵇ اگنیشن وولٹیج ہے، اور Vₙ وہ وولٹیج ہے جو مستحکم نارمل گلو ڈسچارج کو برقرار رکھتا ہے (یعنی، Paschen وکر میں Uₘᵢₙ)۔ پوائنٹ E سے نارمل گلو ڈسچارج پر منتقل ہونے کے بعد، کیتھوڈ کی سطح کا صرف ایک حصہ روشنی خارج کرتا ہے (جسے کیتھوڈ اسپاٹ کہا جاتا ہے)۔ موجودہ-محدود ریزسٹر کو کم کرنے سے چمک کے علاقے میں اضافہ ہوتا ہے۔ انٹر-الیکٹروڈ کرنٹ گلو ایریا کے ساتھ بڑھتا ہے، لیکن عام گلو ڈسچارج کا وولٹیج مستقل رہتا ہے-یہ عام گلو ڈسچارج کی خصوصیت ہے۔
(شکل 3 کے لیے تشریحات-8: وولٹ-گیس ڈسچارج کا ایمپیئر کریکٹرسٹک وکر Ⅰ-غیر-خود-مستقل ڈارک ڈسچارج ریجن Ⅱ-خود{-ڈاسچارج{8}} سیلف ڈسچارج ڈسچارج ریجن Ⅳ-ابتدائی نارمل گلو ڈسچارج ریجن Ⅴ-نارمل گلو ڈسچارج ریجن Ⅵ-غیر معمولی گلو ڈسچارج ریجن Ⅶ-گلو سے آرک ڈسچارج کی طرف منتقلی کا علاقہ{1}Arc Ⅷ} Vᵇ-ڈسچارج اگنیشن وولٹیج Vₙ-نارمل گلو ڈسچارج وولٹیج Vᵍ-آرک ڈسچارج وولٹیج)
غیر معمولی چمک خارج ہونے والا علاقہ (Ⅵ)
جب کیتھوڈ اسپاٹ پوری کیتھوڈ سطح کو ڈھانپ لیتا ہے (یعنی نقطہ F تک پہنچنا)، تو انٹر-الیکٹروڈ کرنٹ بڑھتا ہے کیونکہ انٹر-الیکٹروڈ وولٹیج بڑھتا ہے-یہ غیر معمولی چمک خارج ہونے کا مرحلہ ہے۔ سیگمنٹ FG mA/cm² سطح کی موجودہ کثافت کے ساتھ غیر معمولی چمک خارج ہونے والے مادہ کی خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے۔ پوائنٹ جی کے قریب، کیتھوڈ کرنٹ کی کثافت بہت زیادہ ہے۔ مقامی کیتھوڈ کو تھرمیونک اخراج کی مضبوط حالت میں گرم کیا جاتا ہے، خلائی مزاحمت کم ہو جاتی ہے، وولٹیج تیزی سے گر جاتا ہے، کرنٹ اچانک بڑھ جاتا ہے، اور یہ آسانی سے آرک ڈسچارج میں منتقل ہو جاتا ہے۔
گلو سے آرک ڈسچارج تک منتقلی کا علاقہ (Ⅶ)
پوائنٹ G سے شروع ہو کر، انٹر- الیکٹروڈ وولٹیج تیزی سے کئی سو وولٹ سے دسیوں وولٹ تک گر جاتا ہے، اور موجودہ کثافت mA/cm² کی سطح سے 100 A/cm² کی سطح تک بڑھ جاتی ہے۔ پوائنٹ G آرک اگنیشن وولٹیج ہے، اور سیگمنٹ GH غیر معمولی گلو ڈسچارج سے آرک ڈسچارج تک منتقلی کا علاقہ ہے۔ اگر بجلی کی فراہمی اجازت دے تو یہ رجحان حاصل کرنا آسان ہے۔
آرک ڈسچارج ریجن (Ⅷ)
پوائنٹ H سے شروع ہو کر، یہ دسیوں وولٹ کے وولٹیج اور 100 A/cm² سے اوپر موجودہ کثافت کے ساتھ ایک مستحکم خطے میں داخل ہوتا ہے۔ خصوصی ایپلی کیشنز میں، اسی طرح کے کم دباؤ والے ماحول انتہائی الٹرا وائلٹ اخراج پیدا کر سکتے ہیں، جیسے پرجوش زینون ڈائمرز سے 172 nm excimer لائٹ۔
