संवेदक उपकरण और मापिकी

संवेदक उपकरण और मापिकी समूह मुख्य रूप से वायुमंडलीय प्रदूषक गैसों जैसे CO_x, NO_x, SO_x, H₂S, NH₃ आदि और धातु ऑक्साइड, III-नाइट्राइड,दो आयामी पदार्थ आदि की तनु फिल्म / नैनोस्ट्रक्चर पर आधारित विद्युत चुम्बकीय विकिरणों का पता लगाने के लिए स्मार्ट संवेदक के विकास पर केंद्रित है। समूह विभिन्न तनु फिल्म विकास प्रणालियों और तनु फिल्म व सेंसर अभिलक्षण सुविधाओं से लैस है। CO गैस के लिए प्रोटोटाइप धातु-ऑक्साइड आधारित संवेदक उपकरण को एकीकृत प्लैटिनम हॉट प्लेट के साथ एल्यूमिना सब्सट्रेट पर डिजाइन और निर्मित किया गया है। अत्यधिक प्रतिक्रियाशील UV फोटो-सेंसर III-नाइट्राइड एपिटैक्सियल परतों और नैनोस्ट्रक्चर के आधार पर विकसित किए गए हैं।

विश्वसनीय मापन सुनिश्चित करने के लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सुवाहय/पोर्टेबल गैस सेंसर उपकरणों के परीक्षण,सत्यापन और प्रमाणन की आवश्यकता होती है। सीएसआईआर-एनपीएल राष्ट्रीय मापन संस्थान (एनएमआई) होने के नाते,आईएसओ 17025: 2017 के अनुसार ठोस-अवस्था गैस सेंसर के परीक्षण और प्रमाणन के लिए एक राष्ट्रीय सुविधा बनाने की प्रक्रिया में हैं।

• प्रदूषक गैसों के लिए ठोस-अवस्था गैस सेंसर का विकास
• सुवाहय गैस सेंसर के लिए परीक्षण और अंशांकन सुविधा की स्थापना

• CO गैस के लिए प्रोटोटाइप धातु-ऑक्साइड आधारित सेंसिंग डिवाइस को एकीकृत प्लैटिनम हॉट प्लेट के साथ एल्यूमिना सब्सट्रेट पर डिजाइन और निर्मित किया गया है।
• अत्यधिक प्रतिक्रियाशील UV फोटो-सेंसर III-नाइट्राइड एपिटैक्सियल परतों और नैनोस्ट्रक्चर के आधार पर विकसित किए गए हैं।

विकास और अभिलक्षण सुविधाएं

प्लाज्मा सहायता प्राप्त आणविक किरण एपीटेक्सी (पीएएमबीई):

चित्र में दिखाए गए रिबर कॉम्पैक्ट 21 पीएएमबीई प्रणाली का उपयोग अत्यधिक गुणवत्ता और उच्च क्रिस्टलीय III-नाइट्राइड सामग्री विकसित करने तथा विकास मापदंडों पर सटीक नियंत्रण प्रदान करने के लिए किया जाता है। उच्चतम गुणवत्ता वाली सामग्री और उच्चतम विश्वसनीयता सिस्टम के डिजाइन तथा निर्माण में महत्वपूर्ण मानदंड हैं। इसमें तीन यूएचवी कक्ष होते हैं: लोड-लॉक चैंबर (सिस्टम में वेफर्स ले जाने वाले 6-प्लेटन कैसेट को लोड / अनलोड करने के लिए),बफर चैंबर (वेफर्स को स्टोर करने और बाहर निकालने के लिए) और ग्रोथ चैंबर (यौगिक अर्धचालक सामग्री के एपिटैक्सियल विकास को करने के लिए)। सिस्टम के अन्य मुख्य भागों में कई पंप और गेट वाल्व (अल्ट्रा-हाई वैक्यूम को प्राप्त करने और बनाए रखने के लिए), एक लिफ्ट (लोड-लॉक और बफर चैंबर के बीच कैसेट को लंबवत रूप से स्थानांतरित करने के लिए) और एक चुंबकीय हस्तांतरण हत्था (बफर और विकास कक्ष के बीच प्लेटन को स्थानांतरित करने के लिए) शामिल हैं। मुख्य विकास कक्ष एक ऊर्ध्वाधर यूएचवी रिएक्टर है जो मानक निःसरण सेल (अल्ट्राप्योर III समूह सामग्री और डोपेंट की आपूर्ति करने के लिए), सक्रिय नाइट्रोजन (एन *) प्रजातियों की आपूर्ति के लिए एक आरएफ-प्लाज्मा स्रोत (एडीओएन), एक प्रतिबिंब उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉन विवर्तन (RHEED) गन (विकास प्रक्रियाओं के दौरान क्रिस्टलीय परतों के विकास की वास्तविक समय निगरानी के लिए),एक अवशिष्ट गैस विश्लेषक (आरजीए),एक घूर्णन मैनिपुलेटर, एक फ्लक्स गेज,क्रायो-पैनल,एक क्रायो पंपिंग सिस्टम और व्यूपोर्ट से उपस्कर/ लैस हैं । इसके अलावा,विकास कक्ष में सब्सट्रेट तापमान की निगरानी एक प्रकाशिक पाइरोमीटर और केएसए बैंडिट तापमान सेंसर द्वारा की गई थी।

यूएचवी स्पंदित लेजर निक्षेपण प्रणाली:

यूएचवी स्पंदित लेजर जमाव या लेजर एमबीई प्रणाली (एसवीटीए, यूएसए) का उपयोग पारंपरिक एमओसीवीडी और एमबीई तकनीकों की तुलना में अपेक्षाकृत कम तापमान पर लचीली धातु पन्नी सहित विभिन्न प्रकार के सब्सट्रेट्स पर III-नाइट्राइड एपिटैक्सियल परतों और नैनोस्ट्रक्चर को विकसित करने के लिए किया जाता है। इस प्रक्रिया में,एक उच्च ऊर्जा लेजर बीम का उपयोग लक्ष्य सामग्री को हटाने के लिए किया जाता है और एब्लेटेड प्रजातियां तनु फिल्म/ नैनोस्ट्रक्चर बनाने के लिए एक सब्सट्रेट पर संघनित होती हैं। लक्ष्य अपक्षरण के लिए 248 एनएम (सुसंगत) का एक KrF उत्तेजद्वयी (एक्सीमर) लेजर नियोजित है। इस प्रणाली में लोड लॉक/डिगॉसिंग चैंबर,ग्रोथ चैंबर, सब्सट्रेट/टारगेट हीटर, RGA, RF प्लाज्मा सेल और रिफ्लेक्शन हाई एनर्जी इलेक्ट्रॉन डिफ्रेक्शन (आरएचईईडी) (RHEED) शामिल हैं, जो III-नाइट्राइड विकास और इसकी स्व स्थाने (इन-सीटू) निगरानी में सहायता करते हैं।

थर्मल वाष्पीकरण प्रणाली:

थर्मल वाष्पीकरण प्रणाली एक सरल तनु फिल्म बनाने की तकनीक है। प्रणाली (एचएचवी, बैंगलोर) का उपयोग विभिन्न प्रकार के सब्सट्रेट्स पर Sn,Cu,Pd आदि जैसी विभिन्न धातुओं की तनुफिल्मों के जमाव के लिए किया जाता है। तनु फिल्म बनाने के लिए उपकरण में सब्सट्रेट हीटर,मोटाई मॉनिटर,सह-वाष्पीकरण आदि सुविधाएँ है।

थर्मल और ई-बीम वाष्पीकरण (समुच्चयित):

धातु और धातु ऑक्साइड तनु फिल्म बनाने के लिए थर्मल और ई-बीम वाष्पीकरण प्रणाली का उपयोग किया जाता है।

मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग सिस्टम (समुच्चयित):

मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग सिस्टम का उपयोग डीसी/आरएफ विद्युत शक्ति का उपयोग करके विभिन्न धातु और धातु ऑक्साइड तनु फिल्म बनाने के लिए किया जाता है। सिस्टम में सब्सट्रेट हीटर है,जिसका उपयोग 700^oC तापमान तक किया जा सकता है।

अत्याधुनिक बहु तकनीक पृष्ठ विश्लेषण प्रणाली:

एक बहु-तकनीक पृष्ठ/सतह विश्लेषण प्रणाली (साइंटा ओमीक्रॉन, जर्मनी) एक्स-रे (गैर-मोनोक्रोमैटआईसी और मोनोक्रोमैटीसी स्रोत) और पराबैंगनी (हीलियम डिस्चार्ज लैंप (He-I) और He (II)) फोटोएमिशन स्पेक्ट्रोस्कोपिक से उपस्कर /लैस है। यह प्रणाली क्रमशः मापन से पहले बिल्ड-अप चार्ज/वर्धन चार्ज और पृष्ठ उपक्रम को समाप्त करने के लिए एक चार्ज न्यूट्रलाइजेशन गन, स्पटर गन से उपस्कर/लैस है। प्रणाली में स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोपी और परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (सामान्य तापमान से 100 K) जैसी सूक्ष्म तकनीकें भी शामिल हैं। इसके अलावा, ऑगर इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी,स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी और तापमान प्रोग्राम्ड अवशोषण तकनीक भी उपलब्ध है।

फोटोलुमिनेसेंस (PL) स्पेक्ट्रोस्कोपी:

फोटोलुमिनेसेंस एक अविनाशी ल्यूमिनेसेंस तकनीक है जिसका उपयोग सामग्री की इलेक्ट्रॉनिक संरचना की जांच के लिए किया जा सकता है। इस विधि में संयोजकता बैंड से चालन बैंड तक इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करने के लिए सामग्री बैंड-गैप से अधिक ऊर्जा वाले एक लेजर स्रोत या लैंप का उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रॉन और होल वाहक या तो चालन से सीधे संयोजकता बैंड में या बैंड-गैप में विभिन्न क्षति और एक्सीटोनिक स्तरों को शामिल करते हुए पुनर्संयोजित होते हैं। उत्सर्जित विकिरण को संयोजित किया जाता है,लेंस द्वारा केंद्रित किया जाता है और मोनोक्रोमेटर को निर्देशित किया जाता है जो प्रकाश को अलग-अलग तरंग दैर्ध्य में फैलाता है। परिक्षेपित रोशनी को सीसीडी आधारित कैमरा डिटेक्टर द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है और तीव्रता बनाम तरंग दैर्ध्य प्लॉट को कंप्यूटर स्क्रीन पर देखा जा सकता है। डबल मोनोक्रोमैटिक सामान्य तापमान और कम तापमान (10K तक) फोटोलुमिनेसेंस स्पेक्ट्रोस्कोपी सिस्टम (एडिनबर्ग, FLS 980 D2D2) 230-1700 नैनोमीटर तरंग दैर्ध्य के बीच की सीमा में ऑप्टिकल डिटेक्शन के साथ उत्तेजना स्रोतों के रूप में एक निरंतर तरंग He-Cd लेजर (325 नैनोमीटर) और एक जिनोन लैंप (200-1700 नैनोमीटर) से लैस है।

स्पेक्ट्रोस्कोपिक एलिप्सोमीटर:

स्पेक्ट्रोस्कोपिक एलिप्सोमीटर (जे.ए.वूलम,मॉडल: वी-वीएएसई) (J.A. Woollam, Model: V-VASE) एक सतह को न खराब करने वाली तकनीक है जिसका उपयोग तनु फिल्मों के प्रकाशिक गुणधर्म और मोटाई को मापने के लिए किया जा सकता है। इस विधि में दीर्घवृत्त – ध्रुवित प्रकाश तनु फिल्म के नमूने पर पड़ता है और परावर्तित बीम का पता संसूचक/डिटेक्टर द्वारा लगाया जाता है। परावर्तित बीम का ध्रुवण तनु फिल्म से बाधित हो जाता हैं और इस प्रकार परावर्तित बीम तनु फिल्म के बारे में जानकारी प्रदान करता है ।दीर्घवृत्त मीटर विभिन्न घटना कोणों के सेट के लिए चरण की भिन्नता के स्पेक्ट्रा और तरंग दैर्ध्य के अनुपात के संदर्भ में लघु तथा प्रमुख अक्षों के आयाम की भिन्नता को रिकॉर्ड करता है। इन स्पेक्ट्रा को सैद्धांतिक रूप से संबंधित सैद्धांतिक मॉडल के अनुसार सॉफ्टवेयर का उपयोग करके अपेक्षित n, k, d मूल्यों की एक श्रृंखला द्वारा फिट किया जाएगा । इस प्रकार n, k और d मान निर्धारित किए जाते हैं। जिनोन लैंप का उपयोग करके वर्णक्रमीय सीमा 200 -1700 नैनोमीटर में अलग-अलग कोण पर मापन किया जा सकता है।

मिनी स्पेक्ट्रोमीटर:

मिनी स्पेक्ट्रोफोटोमीटर (एवेंट्स,मॉडल: AvaLight-DH-S-BAL)का उपयोग नमूने के संचरण,प्रतिबिंब और अवशोषण के सीधे मापन के लिए किया जाता है। तनु फिल्मों और तरल नमूने दोनों को वर्णक्रमीय सीमा 200 – 1700 नैनोमीटर में निष्पादन किया जा सकता है।

स्टाइलस-आधारित पृष्ठ प्रोफाइलर/ सतह रूपरेखा मापन उपकरण:

पृष्ठ प्रोफाइलर (एम्बियोस, मॉडल: XP-200) सोपानी ऊंचाई द्वारा मोटाई का प्रत्यक्ष मापन है। यह पृष्ठ पर बने सोपानी ऊंचाई को मापता है, जब पृष्ठ का संपर्क प्रोफाइलोमीटर के स्टाइलस के सापेक्ष स्थानांतरित किया जाता है।

गैस सेंसिंग सिस्टम:

समूह ने विभिन्न प्रदूषक गैसों के लिए सेंसर तत्वों के प्रदर्शन का परीक्षण करने के लिए स्थिर और गतिशील गैस सेंसिंग सिस्टम डिजाइन किए हैं। सेंसर ऑपरेटिंग तापमान सामान्य तापमान से 500^oC (RT-500^oC) तक हो सकता है।

डॉ. गोविंद (गुप्ता)
वरिष्ठ प्रधान वैज्ञानिक
(विभाग प्रमुख और समूह प्रमुख)
ईमेल : govind@nplindia.org

• डॉ. एम सेंथिल कुमार
  प्रधान वैज्ञानिक (उप विभाग प्रमुख)
  ईमेल: senthilmk@nplindia.org
  
  
• डॉ. प्रीतम सिंह
  प्रधान वैज्ञानिक
  ईमेल: singhp@nplindia.org
  
  
• श्री ललित गोस्वामी
  तकनीकी अधिकारी
  ईमेल: goswaml@nplindia.org
  
  
• श्री साकेत विहारी
  तकनीशियन
  ईमेल: saketvihari@nplindia.org