நானோ தொழில்நுட்பத்தின் அடித்தளமாக விளங்கும் நானோ உற்பத்தி செயல்முறைகள் யாவை, மேலும் அவை ஏன் முக்கியமானவை?

இந்த வலைப்பதிவில், நானோ தொழில்நுட்பத்தின் அடித்தளமாக விளங்கும் நானோ உற்பத்தி செயல்முறைகள் எனும் கருத்தாக்கத்தையும், அதற்கான பிரதிநிதித்துவ செயல்முறை முறைகளையும், ஒவ்வொரு தொழில்நுட்பத்தின் சிறப்பியல்புகளையும் நாம் ஆராய்வோம்.

ஒரு கனசதுரத்தைக் கருத்தில் கொள்வோம். அதன் ஒரு விளிம்பின் நீளம் குறையும்போது, ​​மேற்பரப்பு-கனஅளவு விகிதம் அதிவேகமாக அதிகரிக்கிறது. மேலும், பருநிலை உலகில் காணப்படாத பல்வேறு நிகழ்வுகள் நுண்ணுலகில் தோன்றுகின்றன. இந்தப் பண்புகளை ஆய்வு செய்வதற்கு, மிகவும் துல்லியமான கண்காணிப்பு நுட்பங்கள் அவசியமாகின்றன. கடந்த காலத்தில், ஒளியியல் நுண்ணோக்கிகளின் வரம்புகள் காரணமாக, மைக்ரோமீட்டர் அளவிலான கட்டமைப்புகளை மட்டுமே பகுப்பாய்வு செய்ய முடிந்தது. இருப்பினும், எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிகள் உள்ளிட்ட அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்பத்தில் ஏற்பட்ட முன்னேற்றங்களால், நானோமீட்டர் அளவுள்ள சிறிய கட்டமைப்புகளைக் கூட கண்காணிப்பது சாத்தியமாகியுள்ளது. இது இத்துறையில் தீவிர ஆய்வுகளுக்கு வழிவகுத்துள்ளது. தற்போது, ​​நுண்ணுலகின் பண்புகளைப் பயன்படுத்திக்கொள்ளும் நோக்கில், மின்னணுவியல் மற்றும் தகவல் தொடர்புத் தொழில்நுட்பம், உயிரித் தொழில்நுட்பம், சுற்றுச்சூழல் மற்றும் ஆற்றல், பாதுகாப்பு, மற்றும் விண்வெளி போன்ற பல்வேறு துறைகளில் ஆய்வுகள் நடைபெற்று வருகின்றன.
நானோ ஃபேப்ரிகேஷன் (நானோஃபேப்) என்பது பொதுவாக 1 நானோமீட்டர் முதல் 100 நானோமீட்டர் வரையிலான கட்டமைப்புகளைப் பெருமளவில் உற்பத்தி செய்வதில் ஈடுபடும் அனைத்து செயல்முறைகளையும் குறிக்கிறது. இத்தகைய நானோ அளவிலான கட்டமைப்புகளை உருவாக்குவதற்கு, மைக்ரோமீட்டர் அல்லது அதற்கும் அதிகமான நீளம் கொண்ட குழாய்கள் போன்ற கட்டமைப்புகளைச் செயலாக்கப் பயன்படுத்தப்படும் பாரம்பரிய முறைகளிலிருந்து வேறுபட்ட ஒரு அணுகுமுறை தேவைப்படுகிறது. இந்தக் காரணத்திற்காக, நானோ ஃபேப்ரிகேஷன் தொழில்நுட்பம், ஏறக்குறைய 1–100 நானோமீட்டர் வரம்பை உள்ளடக்கி, நானோ தொழில்நுட்பத்தின் ஒரு முக்கிய அடித்தளத் தொழில்நுட்பமாக தன்னை நிலைநிறுத்தியுள்ளது. நானோ ஃபேப்ரிகேஷன் தொழில்நுட்பத்தின் இறுதி இலக்கு, விரும்பிய நானோ கட்டமைப்புகளை எளிதாகவும் சிக்கனமாகவும் பெருமளவில் உற்பத்தி செய்வதாகும்.
இன்றுவரை உருவாக்கப்பட்ட நானோ-உருவாக்க செயல்முறைகள், மேலிருந்து கீழ் மற்றும் கீழிருந்து மேல் முறைகள் எனப் பரவலாக வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. மேலிருந்து கீழ் முறையானது, விரும்பிய நானோ கட்டமைப்புகளை உருவாக்குவதற்காக மொத்தப் பொருட்களைப் படிப்படியாகச் சுத்திகரிப்பதை உள்ளடக்கியது; இது தற்போதுள்ள நுண்-உருவாக்கத் தொழில்நுட்பங்களின் மிகவும் துல்லியமான பரிணாம வளர்ச்சியைக் குறிக்கிறது. ஒளிக்கற்கலை மற்றும் மென்கற்கலை ஆகியவை இதற்கு எடுத்துக்காட்டுகளாகும். இதற்கு மாறாக, கீழிருந்து மேல் முறைகள் என்பவை வேதியியல் செயல்முறைகளின் அடிப்படையில் அணு அல்லது மூலக்கூறு மட்டத்தில் கட்டமைப்புகளை உருவாக்கும் தொழில்நுட்பங்களாகும். ஆவிப் படிவு மற்றும் சுய-ஒன்றிணைப்பு ஆகியவை கீழிருந்து மேல் செயல்முறைகளின் எடுத்துக்காட்டுகளாகும்.
ஃபோட்டோலித்தோகிராஃபி என்பது ஒரு பிரதிநிதித்துவ நானோ தொழில்நுட்ப செயல்முறையாகும். இது புற ஊதா ஒளி போன்ற குறிப்பிட்ட அலைநீளங்களுக்கு வினைபுரியும் ஒளி உணர்திறன் கொண்ட பாலிமரை (ஃபோட்டோரெசிஸ்ட், PR) பயன்படுத்தி, ஒரு சிலிக்கான் தளத்தின் மீது ஒரு மாஸ்க் வடிவத்தைப் படிய வைக்கிறது. "லித்தோகிராஃபி" என்ற சொல் லெட்டர் பிரஸ் அச்சிடுதலில் இருந்து உருவானது மற்றும் ஒரு மாஸ்க்கைப் பயன்படுத்தி விரும்பிய கட்டமைப்புகளை உருவாக்கும் முறையைக் குறிக்கிறது. இங்கே, மாஸ்க் என்பது தளத்தின் மீது விரும்பிய வடிவத்தை உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு ஸ்டென்சிலைக் குறிக்கிறது. இந்தச் செயல்முறையில், ரெசல்யூஷன்—தளத்தின் மீது உருவாக்கக்கூடிய மிகச்சிறிய அளவு—ஒரு முக்கியமான காரணியாகும். ஒளியின் விளிம்பு விளைவு காரணமாக, ஒளியியல் அடிப்படையிலான லித்தோகிராஃபி ரெசல்யூஷனில் அடிப்படை வரம்புகளை எதிர்கொள்கிறது. தற்போது உற்பத்தியில் உள்ள பெரும்பாலான குறைக்கடத்திகள் இந்த ஃபோட்டோலித்தோகிராஃபி முறையைப் பயன்படுத்தித் தயாரிக்கப்பட்டாலும், குறைக்கடத்தி ஒருங்கிணைப்பு அடர்த்தி தொடர்ந்து அதிகரித்து வருவதால், வழக்கமான அணுகுமுறையின் வரம்புகள் பெருகிய முறையில் தெளிவாகத் தெரிகின்றன; இதன் விளைவாக, அதை மாற்றுவதற்கு அல்லது அதற்குத் துணையாக இருப்பதற்கு பல்வேறு செயல்முறைகள் தீவிரமாக ஆராயப்பட்டு வருகின்றன.
மென் அச்சுக்கலை என்பது ஒரு மேலிருந்து கீழ் நோக்கிய செயல்முறையாகும். இது, ஒளி அச்சுக்கலையுடன் சேர்ந்து, குறிப்பிடத்தக்க கவனத்தை ஈர்த்து வருகிறது. வடிவங்களை உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்படும் அச்சு, வழக்கமான கடினமான பொருட்களுக்குப் பதிலாக, PDMS (பாலிடைமெத்தில்சிலாக்சேன்) எனப்படும் ஒரு மீள் தன்மையுள்ள பொருளால் செய்யப்படுவதால், இதற்கு இந்தப் பெயர் வந்தது. அச்சாகப் பயன்படுத்தப்படும் PDMS குறைந்த மேற்பரப்பு ஆற்றலையும் வேதியியல் நிலைத்தன்மையையும் கொண்டிருப்பதால், வடிவம் மாற்றப்பட வேண்டிய பொருளுடன் அது எளிதில் வினைபுரிவதில்லை, மேலும் மாற்றத்திற்குப் பிறகு அதை எளிதாகப் பிரித்தெடுக்கவும் முடியும். மேலும், இது சிறந்த வாயு ஊடுருவுத்திறன் மற்றும் வெப்ப நிலைத்தன்மையை வழங்குவதால், பல்வேறு செயல்முறை நன்மைகளை அளிக்கிறது. அத்துடன், நானோ கட்டமைப்புகளை ஆராயும் ஆய்வகங்களில் இது பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
ஆவிப் படிவு என்பது, ஒரு அடித்தளத்தின் மீது விரும்பிய பொருளை வளர்ப்பதன் மூலம் ஒரு மெல்லிய படலத்தை உருவாக்கும் ஒரு செயல்முறையாகும். எளிமையாகச் சொல்வதானால், குளிர்காலத்தில் பனி குவியும் செயல்முறையுடன் இதை ஒப்பிடலாம். ஆவிப் படிவு முறைகள் பொதுவாக வேதியியல் ஆவிப் படிவு (CVD) மற்றும் இயற்பியல் ஆவிப் படிவு (PVD) என வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. வேதியியல் ஆவிப் படிவில், அடித்தளத்தின் மீது வளர்க்கப்பட வேண்டிய பொருள் வாயு நிலையில் வழங்கப்படுகிறது; இந்தப் பொருள் பின்னர் அடித்தளத்தின் மேற்பரப்பிற்குப் பரவுகிறது, அங்கு அது ஒரு வேதியியல் வினைக்கு உட்பட்டு ஒரு மெல்லிய படலத்தை உருவாக்குகிறது. மெல்லிய படலம் உருவான பிறகு, மீதமுள்ள பொருள் அடித்தளத்திலிருந்து பிரிந்து மீண்டும் வாயு நிலைக்கு வெளியேற்றப்படுகிறது. இயற்பியல் ஆவிப் படிவு என்பது, மெல்லிய படலத்தை உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்படும் பொருளுக்கு ஆற்றலைப் பயன்படுத்துவது, அணுக்கள் அல்லது மூலக்கூறுகளை இயற்பியல் ரீதியாகப் பிரிப்பது, பின்னர் அவற்றை அடித்தளத்தின் மீது படிய வைப்பது ஆகியவற்றை உள்ளடக்கியது. இதற்கு ஒரு சிறந்த எடுத்துக்காட்டாக விளங்கும் சிதறல் (sputtering) என்பது, உயர் ஆற்றல் துகள்கள் ஒரு இலக்குடன் மோதுவதால், அணுக்கள் அல்லது மூலக்கூறுகள் வெளியேற்றப்பட்டு அடித்தளத்தின் மீது படியும் ஒரு செயல்முறையாகும்.
இதற்கு மாறாக, முன்னர் அறிமுகப்படுத்தப்பட்ட செயல்முறைகளைப் போலல்லாமல், சுய-ஒன்றிணைப்பு என்பது கட்டமைப்பை நேரடியாக வெளிப்புறமாக வடிவமைப்பதை உள்ளடக்குவதில்லை; மாறாக, இது கூறுகள் தங்களின் சொந்த விசைகளின் கீழ் தங்களைத் தாங்களே ஒன்றிணைத்து ஒரு கட்டமைப்பை உருவாக்கும் ஒரு செயல்முறையாகும். இந்த நிகழ்வு, புரதத் தொகுப்பு போன்ற உயிரியல் செயல்முறைகளிலும் பொதுவாகக் காணப்படுகிறது. இருப்பினும், தற்போதைய தொழில்நுட்ப மட்டத்தில், முன்னர் அறிமுகப்படுத்தப்பட்ட செயல்முறைகளுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​விரும்பிய கட்டமைப்புகளை அதிகத் துல்லியத்துடனும் குறைந்த குறைபாட்டு விகிதங்களுடனும் உருவாக்குவதில் வரம்புகள் உள்ளன. ஆயினும்கூட, இது முப்பரிமாண நானோ கட்டமைப்புகளை உருவாக்குவதற்கும், சுய-குணமடைதல் மற்றும் சுய-நகலெடுத்தல் திறன் கொண்ட கட்டமைப்புகளை உருவாக்குவதற்கும் ஒரு முக்கியமான தொழில்நுட்பமாகக் கருதப்படுகிறது, மேலும் இது எதிர்கால நானோ-உருவாக்க செயல்முறைகளில் ஒரு முக்கியப் பங்கை வகிக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.