نحن نقدم طريقة مفصلة لاختلاق الأفلام اللون رقيقة جداً مع خصائص محسنة للطلاء الضوئية. تسمح تقنية ترسب زاوية مائلة باستخدام مبخر شعاع إلكترون ألواح ألوان محسنة والنقاء. أفلام ملفقة من شركة جنرال الكتريك والاتحاد الأفريقي على ركائز Si حللت بقياسات الانعكاس وتحويل معلومات اللون.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
تصنيع الأفلام اللون رقيقة جداً مع الغاية استيعاب وسائل الإعلام استخدام الترسيب زاوية مائلة
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
هياكل فائقة رقيقة وقد درست على نطاق واسع لاستخدامها كطلاء بصري، ولكن ما زالت هناك تحديات الأداء وتلفيق. نحن نقدم طريقة متقدمة لاختلاق الأفلام اللون رقيقة جداً مع خصائص محسنة. العملية المقترحة تتناول عدة قضايا التصنيع، بما في ذلك تجهيز مساحة كبيرة. على وجه التحديد، يصف البروتوكول عملية لاختلاق الأفلام اللون رقيقة جداً استخدام مبخر شعاع إلكترون زاوية مائلة ترسيب الجرمانيوم (Ge) والذهب (الاتحاد الأفريقي) على ركائز السيليكون (Si). مسامية الأفلام التي تنتجها ترسب زاوية مائلة الحث على تغييرات اللون في الفيلم رقيقة جداً. درجة تغير اللون يعتمد على عوامل مثل سمك الترسبات زاوية والفيلم. اختلقت عينات الأفلام اللون رقيقة جداً وأظهرت ألواح ألوان محسنة ونقاء اللون. وباﻹضافة إلى ذلك، تحويلها إلى قيم وني الانعكاس قياس العينات ملفقة وتحليلها من حيث اللون. فيلم رقيقة جداً اختﻻق الأسلوب المتوقع لاستخدامها لمختلف التطبيقات فائقة رقيقة مثل أقطاب لون مرنة، وخلايا شمسية رقيقة، والمرشحات الضوئية. أيضا، عملية وضع هنا لتحليل لون العينات ملفقة مفيد على نطاق واسع لدراسة مختلف اللون البنى.
المقدمة
بشكل عام، أداء غشاء رقيق الطلاء الضوئية يستند إلى نوع التدخل البصرية التي تنتجها، مثل انعكاس عالية أو انتقال. في عازلة رقيقة-الأفلام، يمكن الحصول على التداخل الضوئي بمجرد استيفاء الشروط مثل سمك ربع الموجه (λ/4n). وقد استخدمت منذ فترة طويلة مبادئ التدخل في مختلف التطبيقات البصرية مثل التداخل فابري-بيرو والموزعة براج عاكسات1،2. وفي السنوات الأخيرة، درس رقيقة هياكل باستخدام مواد ماصة جداً مثل الفلزات وأشباه الموصلات وقد تم على نطاق واسع3،4،،من56. يمكن الحصول على التدخل بصرية قوية بغشاء رقيق طلاء مادة ماصة أشباه الموصلات في فيلم معدنية، والتي تنتج تغيرات المرحلة غير تافهة في الأمواج المنعكسة. يسمح هذا النوع من هيكل الطلاء رقيقة جداً وأرق كثيرا من عازل غشاء رقيق الطلاء.
في الآونة الأخيرة، قمنا بدراسة سبل تحسين ألواح الألوان ونقاء اللون من أفلام رقيقة جداً ماصة مسامية7باستخدام. عن طريق التحكم المسامية للفيلم المودعة، يمكن الانكسار الفعلي المتوسط غشاء رقيق تغير8. يسمح هذا التغيير في الانكسار فعالة الخصائص الضوئية تحسينها. استناداً إلى هذا الغرض، قمنا بتصميم الأفلام اللون رقيقة جداً مع سمك مختلفة ومساميه بالعمليات الحسابية باستخدام موجه إلى جانب صرامة التحليل (ركوا)9. لدينا تصميم يعرض الألوان مع سمك الفيلم مختلفة في كل المسامية7.
استخدمنا أسلوب بسيط، ترسب زاوية مائلة، لمراقبة التسلل الطلاء غشاء رقيق جداً ماصة. تقنية ترسب زاوية مائلة يجمع أساسا نظام ترسيب نموذجية، كمبخر شعاع الإلكترون أو المبخر الحراري، مع الركازة إمالة10. زاوية مائلة للتمويه الحادث يقوم التظليل الذري، التي تنتج المناطق أن تدفق بخار لا يمكن الوصول مباشرة إلى11. تقنية ترسب زاوية مائلة وقد استخدمت على نطاق واسع في طلاء غشاء رقيق مختلف التطبيقات12،،من1314.
في هذا العمل، نحن بالتفصيل العمليات لاختلاق الأفلام اللون رقيقة جداً بترسب المائلة باستخدام مبخر شعاع إلكترون. أيضا، يتم عرض طرق إضافية لتجهيز منطقة كبيرة بشكل منفصل. بالإضافة إلى خطوات عملية، يتم شرح بعض الملاحظات التي ينبغي أن تؤخذ في الاعتبار أثناء عملية التصنيع بالتفصيل.
نحن أيضا باستعراض عمليات قياس الانعكاس عينات ملفقة وتحويلها إلى معلومات اللون للتحليل، حيث أن أعربوا في إحداثيات الألوان CIE و قيم RGB15. وعلاوة على ذلك، تناقش بعض القضايا للنظر في عملية تصنيع الأفلام اللون رقيقة جداً.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
تحذير
: بعض المواد الكيميائية (أي، تنميش أكسيد مخزنة بشكل مؤقت، وكحول الأيزوبروبيل، إلخ) المستخدمة في هذا البروتوكول يمكن أن تكون خطرة على الصحة. الرجاء مراجعة صحائف بيانات السلامة المادية ذات الصلة قبل انعقاد أي تحضير العينة. استخدام معدات الوقاية الشخصية الملائمة (مثلاً، معاطف المعمل، وسلامة النظارات، والقفازات، إلخ)، وهندسة عناصر التحكم (مثل محطة الرطب، الأبخرة هود، إلخ) عند التعامل مع منمشات والمذيبات.
1-إعداد الركيزة Si
- قاطع الماس، قطع رقاقة سيليكون (Si) 4 بوصة إلى 2 سم × 2 سم باستخدام الحجم المربعات. جعل العينات الملونة، الركيزة هو عادة قطع 2 سم × 2 سم، ولكن يمكن أن تكون أكبر، تبعاً لحجم صاحب العينة المستخدمة لترسب زاوية مائلة.
- لإزالة أكسيد الأصلية استخدام الدب تترافلوروايثيلين (PTFE)، وتراجع ركائز Si ملصوق في تنميش أكسيد مخزنة (بنك إنجلترا) عن 3 س. تنبيه: يرجى ارتداء الحماية المناسبة لسلامة-
- تنظيف ركائز Si ملصوق التتابع في الأسيتون والكحول الأيزوبروبيل (IPA) والمياه (DI) 3 s كل.
- باستخدام PTFE التنظيف الرقصة، sonicate ركائز Si ملصوق مع الأسيتون في حمام الموجات فوق الصوتية لمدة 3 دقائق على تردد 35 كيلو هرتز-
- لإزالة الأسيتون، شطف ركائز Si ملصوق مع أصد.
- كخطوة أخيرة للتنظيف، شطف ركائز Si ملصوق مع المياه دي-
- لإزالة الرطوبة، جاف الركيزة نظيفة مع بندقية ضربة نيتروجين أثناء الضغط عليه مع الملقط.
2. ترسب من "العاكس الاتحاد الأفريقي"
- باستخدام الشريط الملقط والكربون، إصلاح ركائز Si تنظيفها على حامل عينة مسطحة ووضع الحامل في دائرة المبخر شعاع الإلكترون مع مصادر منظمة الشفافية الدولية والاتحاد الأفريقي-
- إخلاء غرفة ح 1 للوصول إلى فراغ عالية. يجب أن يكون الضغط قاعدة الدائرة فراغ عربة 4 × 10 -6-
- إيداع طبقة Ti كطبقة التصاق بسمك 10 نانومتر مع 5-7% إلكترون شعاع سلطة التحكم في الوضع اليدوي في جهد DC 7.5 كيلو فولت، مما يعطي معدل ترسيب 1/ثانية
ملاحظة: يمكن أن تودع طبقة Cr من نفس سمك، بدلاً من طبقة منظمة الشفافية الدولية، كطبقة الالتصاق. - إيداع طبقة الاتحاد الأفريقي كطبقة انعكاس لسمك 100 نانومتر مع 13-15% إلكترون شعاع سلطة التحكم في الوضع اليدوي في جهد DC 7.5 كيلو فولت، مما يعطي معدل ترسيب 2/ثانية
ملاحظة: يمكن أن يكون سمك طبقة انعكاس الاتحاد الأفريقي أكبر من 100 نانومتر. سمك 100 نانومتر وتودع هنا جعل انعكاس طبقة رقيقة قدر الإمكان مع الحفاظ على الخصائص البصرية للاتحاد الأفريقي-
التنفيس عن قاعة ترسب طبقة - "بعد الاتحاد الأفريقي"، وأخذ العينات. أنها سوف تحتاج إلى أن يكون حصرياً مع صاحب العينة تميل للترسيب زاوية مائلة.
3. إعداد "صاحب العينة تميل" "الترسيب زاوية مائلة"
ملاحظة: هناك العديد من الطرق التي يمكن استخدامها لترسيب مائل، مثل تدوير محور ع تشاك 16، لكن هذا يتطلب تعديل المعدات والأفلام يمكن فقط أن تودع في زاوية واحدة في وقت واحد. لكفاءة مراقبة التغييرات في الألوان التي تنتجها زوايا مختلفة الترسيب، كنا أصحاب العينة التي تميل العينات في زوايا مختلفة. للدقة، يمكن جعل صاحب العينة يميل استخدام معدات تجهيز المعادن. ومع ذلك، في هذه الورقة، نقدم لك طريقة بسيطة يمكن اتباعها بسهولة-
- إعداد لوحة معدنية مصنوعة من معدن انحناء بسهولة مثل الألومنيوم.
- قطع اللوحة المعدنية إلى قطع ثلاثة سم 2 × 5 سم.
- إصلاح قطعة معدنية على الأرض جنبا إلى جنب مع منقلة، عقد الجانب القصير وثني المعدن إلى زاوية ترسب المطلوب (أي و 30 °، 45 ° و 70 درجة)-
- إرفاق القطع المعدنية عازمة على صاحب العينة 4 بوصة باستخدام الشريط الكربون.
4. زاوية مائلة ترسب من شركة جنرال الكتريك طبقة
ملاحظة: في هذا القسم، يشير إلى التخطيطية في الشكل 1 من العينات التي أودعت في أصحاب العينة يميل، والمليئة بالثغرات جنرال الكتريك الأفلام، عقب المائل زاوية الترسيب.
- فيكس العينات الاتحاد الأفريقي أودع أربعة مع الشريط الكربون لصاحب عينة يميل بزاوية 0° 30°، 45° و 70 درجة، على التوالي.
- تحميل العينات أودع الاتحاد الأفريقي على صاحب العينة تميل إلى مبخر شعاع الإلكترون مع مصدر جنرال الكتريك لترسب زاوية مائلة.
- إخلاء غرفة ح 1 للوصول إلى فراغ عالية. يجب أن يكون الضغط قاعدة الدائرة فراغ عربة 4 × 10 -6-
- إيداع طبقة جنرال الكتريك كطبقة تلوين مع 6-8 في المائة طاقة شعاع الإلكترون التحكم في الوضع اليدوي في جهد DC 7.5 كيلو فولت، مما يعطي معدل ترسيب 1 Å/sec. سمك الترسيبات طبقة جنرال الكتريك في العينات الأربع هي 10 نانومتر، 15 نانومتر، 20 نانومتر، و 25 نانومتر، على التوالي.
ملاحظة: سمك الترسبات من 10 نانومتر، 15 نانومتر، 20 نانومتر، و 25 نانومتر واختيرت لتيسير مقارنة التغييرات لون لكل زاوية الترسيب. ويمكن اختيار من زاوية مختلفة وسمك (5-60 nm) لتحقيق لون معين. - ترسب طبقة "بعد جنرال الكتريك"، التنفيس عن الدائرة وأخذ العينات-
5. عملية الترسيب زاوية مائلة "مناطق كبيرة"
ملاحظة: إذا كان حجم العينة المستخدمة لترسب زاوية مائلة صغيرة، يمكن أن يكون لفقتها عملية مفصلة في الخطوة 4. ومع ذلك، إذا كان حجم العينة لتكون ملفقة كبيرة، يصبح من الصعب المحافظة على اتساق الفيلم بسبب الاختلاف في تدفق التبخر على طول محور "ع" 16. ولذلك، مطلوب عملية إضافية منفصلة، الخطوة 5، اختﻻق عينات أكبر وتحقيق لون موحد.
- 2 بوصة ويفر، بعد إيداع طبقة الاتحاد الأفريقي على عينة كبيرة في الخطوة 2، إصلاح العينة الكبيرة المودعة من قبل الاتحاد الأفريقي لصاحب العينة يميل 45°.
ملاحظة: حيث تم تصميمه لدينا حامل العينة تميل احتواء عينات صغيرة، تحميل عينات كبيرة في جميع الزوايا (أي، 0 °، 30 °، 45 ° و 70 درجة) سيخلق التدخل بين العينات. ولذلك، منحرف إيداع عينات كبيرة الحجم في زوايا مختلفة في عملية واحدة، من الضروري أن يكون حائز يميل عينة مناسبة لعينات كبيرة الحجم- - تحميل العينة الكبيرة المودعة في الاتحاد الأفريقي على صاحب العينة تميل إلى مبخر شعاع الإلكترون مع مصدر جنرال الكتريك لترسب زاوية مائلة.
ملاحظة: عند تحميل النموذج، ترسب الطبقة الثانية يجب أن تكون المودعة في نفس الاتجاه مثل الترسيب الأولى، حتى ملاحظة اتجاه العينة التي تم تحميلها. لمزيد من الراحة، من المستحسن أن صاحب العينة يتم تحميل يواجه الجزء الأمامي قاعة- - إخلاء غرفة 1 (ح) الوصول إلى فراغ عالية. يجب أن يكون الضغط قاعدة الدائرة فراغ عربة 4 × 10 -6-
- إيداع طبقة جنرال الكتريك كطبقة تلوين لسمك ترسبات من 10 نانومتر، ونصف سمك الهدف 20 نانومتر، 6-8 في المائة من طاقة شعاع الإلكترون التحكم في الوضع اليدوي في جهد DC 7.5 كيلوفولت، الذي يعطي بمعدل ترسيب 1/ثانية
- بعد الانتهاء من ترسب الطبقة الأولى جنرال الكتريك تنفيس الدائرة وإخراج العينة، لأن العينة بحاجة إلى إعادة تحديد موضعها وحصريا-
- إصلاح عينة لصاحب العينة يميل في وضع يمكنها من تحمل رأسا فيما يتعلق بموقف الترسيب الأولى.
- تحميل العينة على صاحب العينة يميل مع مصدر شركة جنرال الكتريك بحيث يواجه الحامل في نفس اتجاه ترسب الأولى.
- إخلاء غرفة ح 1 للوصول إلى فراغ عالية. يجب أن يكون الضغط قاعدة الدائرة فراغ عربة 4 × 10 -6-
- إيداع طبقة جنرال الكتريك كطبقة تلوين لسمك ترسبات من 10 نانومتر، ونصف سمك الهدف 20 نانومتر، 6-8 في المائة من طاقة شعاع الإلكترون التحكم في الوضع اليدوي في جهد DC 7.5 كيلوفولت، الذي يعطي بمعدل ترسيب 1/ثانية
- ترسب طبقة "بعد جنرال الكتريك"، التنفيس عن الدائرة وإخراج العينة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
يبين الشكل 2 ألف الصور عينات 2 سم × 2 سم ملفقة. العينات كانت ملفقة حتى أن الأفلام قد سمك مختلفة (أي10 نانومتر، 15 نانومتر، 20 نانومتر، و 25 نانومتر) وأودعت في زوايا مختلفة (أي، 0 °، 30 °، 45 ° و 70 درجة). لون التغييرات الأفلام المودعة اعتماداً على المزيج من كلا سمك العينات وزاوية الترسيب. التغييرات في الألوان نتيجة للتغييرات في المسامية للفيلم. اعتماداً على زاوية الترسيب، يتم إنشاء صفائف يميل نانو-الأعمدة الفردية على الركازة، كما هو مبين في الصور SEM الأيسر من
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
في الطلاء رقيقة التقليدية لتلوين3،4،،من56، يمكن التحكم اللون بتغيير مواد مختلفة وضبط السمك. ويقتصر اختيار المواد مع الانكسار مختلفة لضبط الألوان المختلفة. لتخفيف هذا القيد، يمكننا استغلال ترسب زاوية مائلة إلى طلاء لون غشاء رقيق. اعتماداً على زاوية الترسيب، التظليل المسامية لشركة جنرال الكتريك هو تغيير طبقة من ذرية11، كما هو مبين في الشكل 1 باء
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
شكر وتقدير
كان يؤيد هذا البحث بدون طيار المركبات الأساسية تكنولوجيا البحوث المتقدمة وبرنامج التنمية من خلال دون طيار مركبة متقدمة البحوث مركز (أوفارك) الممولة من وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات وتخطيط المستقبل، (جمهورية كوريا 2016M1B3A1A01937575)
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| KVE-2004L | كوريا فراغ التكنولوجيا المحدودة | نظام مبخر الشعاع الإلكتروني | |
| Cary 500 | Varian ، الولايات المتحدة الأمريكية | UV-Vis-NIR مقياس الطيف الضوئي | |
| T1-H-10 | Elma | حمام بالموجات فوق الصوتية | |
| HSD150-03P | Misung Scientific Co.، Ltd | لوحة ساخنة | |
| كحول الأيزوبروبيل (IPA) | شركة OCI المحدودة. | كحول الأيزوبروبيل (IPA) | |
| أكسيد مخزن 6: 1 | أكسيد الحفر المخزن | أفانتور | |
| شركة الأسيتون | OCI المحدودة. | الأسيتون | |
| 4 بوصة رقاقة السيليكون | مرحبا الشمسية المحدودة | رقاقة سيليكون مقاس 4 بوصات (P-100 ، 1 - 20 ohm.cm ، مصقول من جانب واحد ، السماكة: 440 & plusmn ؛ 20 & mu ؛ م) | |
| 2 بوصة رقاقة السيليكون | مرحبا للطاقة الشمسية المحدودة | 2 بوصة رقاقة السيليكون (P-100 ، 1 - 20 ohm.cm ، جانب واحد مصقول ، السماكة: 440 & plusmn ؛ 20 & mu ؛ م) |
المراجع
- Macleod, H. A. Thin-film optical filters. Institute of Physics Publishing. 3, 3rd, (2001).
- Baumeister, P. W. Optical Coating Technology. , SPIE Press. Bellingham, Washington. (2004).
- Kats, M. A., Blanchard, R., Genevet, P., Capasso, F. Nanometre optical coatings based on strong interference effects in highly absorbing media. Nat. Mater. 12, 20-24 (2013).
- Kats, M. A., et al. Ultra-thin perfect absorber employing a tunable phase change material. Appl. Phys. Lett. 101 (22), 221101(2012).
- Lee, K. T., Seo, S., Lee, J. Y., Guo, L. J. Strong resonance effect in a lossy medium-based Optical Cavity for angle robust spectrum filters. Adv. Mater. 26 (36), 6324-6328 (2014).
- Song, H., et al. Nanocavity enhancement for ultra-thin film optical absorber. Adv. Mater. 26 (17), 2737-2743 (2014).
- Yoo, Y. J., Lim, J. H., Lee, G. J., Jang, K. I., Song, Y. M. Ultra-thin films with highly absorbent porous media fine-tunable for coloration and enhanced color purity. Nanoscale. 9 (9), 2986-2991 (2017).
- Garahan, A., Pilon, L., Yin, J., Saxena, I. Effective optical properties of absorbing nanoporous and nanocomposite thin films. J. Appl. Phys. 101 (1), 014320(2007).
- Moharam, M. G. Coupled-wave analysis of two-dimensional dielectric gratings. Proc. SPIE. 883, 8-11 (1988).
- Robbie, K., Sit, J. C., Brett, M. J. Advanced techniques for glancing angle deposition. J. Vac. Sci. Technol. B. 16 (3), 1115-1122 (1998).
- Hawkeye, M. M., Brett, M. J. Glancing angle deposition: Fabrication, properties, and applications of micro- and nanostructured thin films. J. Vac. Sci. Technol. A. 25 (5), 1317-1335 (2007).
- Jang, S. J., Song, Y. M., Yu, J. S., Yeo, C. I., Lee, Y. T. Antireflective properties of porous Si nanocolumnar structures with graded refractive index layers. Opt. Lett. 36 (2), 253-255 (2011).
- Jang, S. J., Song, Y. M., Yeo, C. I., Park, C. Y., Lee, Y. T. Highly tolerant a-Si distributed Bragg reflector fabricated by oblique angle deposition. Opt. Mater. Exp. 1 (3), 451-457 (2011).
- Harris, K. D., Popta, A. C. V., Sit, J. C., Broer, D. J., Brett, M. J. A Birefringent and Transparent Electrical Conductor. Adv. Funct. Mater. 18 (15), 2147-2153 (2008).
- Fairman, H. S., Brill, M. H., Hemmendinger, H. How the CIE 1931 color-matching functions were derived from Wright-Guild data. Color Research & Application. 22 (1), 11-23 (1997).
- Oliver, J. B., et al. Electron-beam–deposited distributed polarization rotator for high-power laser applications. Opt. Exp. 22 (20), 23883-23896 (2014).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
الوسوم
