चिप निर्माण में एक्स-रे अनुप्रयोग

एक्स-रे का व्यापक रूप से उत्पादन और जीवन में उपयोग किया जाता है, और अर्धचालक निर्माण का महत्व स्वयं स्पष्ट है। आज, अर्धचालक निर्माण में एक्स-रे के अनुप्रयोग के बारे में बात करते हैं।

एक्स-रे क्या हैं?

एक्स-रे एक प्रकार की विद्युत चुम्बकीय तरंग है। विद्युत चुम्बकीय तरंगों को तरंग दैर्ध्य के आकार के अनुसार क्रमबद्ध किया जाता है: रेडियो तरंगें > माइक्रोवेव > इन्फ्रारेड > दृश्यमान प्रकाश > पराबैंगनी > एक्स-रे > गामा किरणें। विद्युत चुम्बकीय तरंग की तरंग दैर्ध्य जितनी कम होगी, आवृत्ति उतनी ही अधिक होगी और ऊर्जा उतनी ही मजबूत होगी।

0.01 से 10 नैनोमीटर की तरंग दैर्ध्य सीमा के साथ, इसमें उच्च ऊर्जा होती है और गामा किरणों को छोड़कर यह अब तक की सबसे अधिक भेदने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंग है। क्योंकि तरंग दैर्ध्य बहुत कम है, एक्स-रे को आम तौर पर तरंग दैर्ध्य के बजाय ऊर्जा के संदर्भ में संदर्भित किया जाता है। एक्स-रे की खोज जर्मन वैज्ञानिक विल्हेम कॉनराड रोएंटगेन ने 1895 में की थी, और क्योंकि उस समय उनकी प्रकृति अज्ञात थी, इसलिए उन्हें "एक्स-रे" नाम दिया गया था। उन्होंने पाया कि बांहों और हाथों के एक्स-रे आंतरिक हड्डियों की विस्तृत छवियां उत्पन्न कर सकते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि हड्डी घनी होती है और त्वचा की तुलना में अधिक एक्स-रे को अवशोषित करती है, इसलिए एक्स-रे फिल्म हड्डी की छाया छोड़ देती है जबकि त्वचा पारदर्शी दिखाई देती है। 1896 में, उन्होंने जर्नल ऑफ फिजिक्स में अपने निष्कर्ष प्रकाशित किये। उनकी खोज ने दुनिया भर का ध्यान आकर्षित किया और मेडिकल इमेजिंग में क्रांति ला दी। रोएंटजेन ने इसके लिए 1901 में भौतिकी में पहला नोबेल पुरस्कार जीता, इसलिए एक्स-रे को रोएंटजेन किरणें भी कहा जाता है। सेमीकंडक्टर विनिर्माण में एक्स-रे विवर्तन (एक्सआरडी)।

एक्सआरडी एक तकनीक है जिसका उपयोग क्रिस्टल के अंदर परमाणु और आणविक संरचनाओं की पहचान करने के लिए किया जाता है। नमूने की क्रिस्टल संरचना और रासायनिक संरचना का अनुमान नमूने के भीतर क्रिस्टल संरचना से किरण के विवर्तन कोण और तीव्रता को मापकर लगाया जा सकता है। एक्स-रे विवर्तन का मूल सिद्धांत ब्रैग का नियम है, जो बताता है कि क्रिस्टल तल में परावर्तित होने पर किरणों की तीव्रता एक विशेष कोण पर अधिकतम होगी। यह कोण क्रिस्टल के जाली मापदंडों पर निर्भर है।

एक्स-रे प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोमेट्री (एक्सआरएफ)

एक्सआरएफ इसका उपयोग किसी सामग्री की मौलिक संरचना को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है, इस लाभ के साथ कि यह नमूने का गैर-विनाशकारी विश्लेषण कर सकता है और आमतौर पर नमूने के जटिल पूर्व-उपचार की आवश्यकता नहीं होती है। एक्सआरएफ प्रत्येक तत्व की परमाणु संरचना के आधार पर काम करता है। जब किसी पदार्थ पर एक्स-रे या उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों की बमबारी की जाती है, तो उसके आंतरिक इलेक्ट्रॉनों को किरणों या इलेक्ट्रॉनों द्वारा परमाणु से बाहर निकाल दिया जाता है, जिससे परमाणु उत्तेजित अवस्था में हो जाता है। स्थिरता बहाल करने के लिए, एक बाहरी इलेक्ट्रॉन एक ही समय में एक एक्स-रे फोटॉन उत्सर्जित करते हुए, आंतरिक रिक्ति में संक्रमण करेगा। इस फोटॉन की ऊर्जा दो इलेक्ट्रॉन कोशों के बीच ऊर्जा अंतर के बराबर है, और यह ऊर्जा अंतर प्रत्येक तत्व के लिए विशिष्ट है। इसलिए, उत्सर्जित एक्स-रे की ऊर्जा को मापकर, हम नमूने में तत्वों को निर्धारित कर सकते हैं।

सीटी एक महत्वपूर्ण गैर-विनाशकारी पहचान उपकरण है। एक सीटी स्कैन सेमीकंडक्टर डिवाइस के अंदर की त्रि-आयामी छवि उत्पन्न कर सकता है, जिससे इंजीनियरों को डिवाइस का व्यापक निरीक्षण और विश्लेषण करने में मदद मिलती है। किसी उपकरण में एक्स-रे उत्पादन का सिद्धांत आमतौर पर एक्स-रे का उत्पादन करने के लिए "एक्स-रे ट्यूब" का उपयोग करता है। सबसे पहले, सुपरहीटिंग द्वारा कैथोड में इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होते हैं। फिर इन इलेक्ट्रॉनों को उच्च गति तक त्वरित किया जाता है, और त्वरित इलेक्ट्रॉन एनोड (आमतौर पर टंगस्टन या अन्य धातु से बने) से टकराते हैं। उच्च गति की गति और कैथोड और एनोड के बीच टकराव के दौरान, इलेक्ट्रॉन ऊर्जा खो देते हैं। जब कोई इलेक्ट्रॉन इस प्रक्रिया से गुजरता है, तो वह अपनी कुछ या पूरी ऊर्जा को एक्स-रे में परिवर्तित कर देता है। परिणामी एक्स-रे एक खिड़की के माध्यम से उत्सर्जित होती हैं।

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