Name: Herstellung von High Contrast Roste für die Spectrum Splitting dispersives Element in einer konzentrierten Photovoltaik-Anlage (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-07-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 8 s
Description: Erfahren Sie die Herstellung von Hochkontrast-Gittern für spektrale Aufspaltung in konzentrierten Photovoltaiksystemen mittels Nanoimprint-Lithografie und reaktivem Ionenätzen. Diese Methode ermöglicht präzise Kontrolle optischer Eigenschaften.

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Diese Arbeit wurde im Rahmen des Center for Nanoscience Energie, Energy Frontier Research Center des US Department of Energy, Office of Science unter Verleihungsnummer DE-SC0001013 finanziert unterstützt. Wir wollen auch Dr. Max und Dr. Zhang Jianhua Yang von HP Labs für ihre Hilfe auf TiO 2 Film Sputtern und Brechungsindizes Mess danken.

1. Bereiten Sie die Blank Polydimethylsiloxan (PDMS) Substrat für Nanoimprint Mold <ol><li> Silizium-Wafer-Behandlung Prozess <ol><li> Reinigen einer 4 inch Siliziumwafer durch Spülen mit Aceton, Methanol und Isopropanol. </li><li> Blasen sie trocken mit dem Stickstoff gun. </li><li> Reinigen Sie es mit Piranha-Lösung (3: 1 Gemisch aus Schwefelsäure mit 30% Wasserstoffperoxid) durch Einweichen innerhalb 15 min. </li><li> Spülen Sie es mit DI-Wasser. Trocken blasen mit dem Stickstoff gun. </li><li> Legen Sie die Wafer in einem Glas Exsikkator. Fügen Sie einen Tropfen (20 Tropfen = 1 ml) der Trennmittel (Trichlorsilan) in den Exsikkator. </li><li> Abpumpen der Exsikkator, bis das Messgerät liest -762 Torr und warten Sie 5 Stunden. </li><li> Nehmen Sie die Wafer aus, die mit Trennmittel behandelt worden ist. </li></ol></li><li> Herstellung von PDMS Film (Wird als Mold in Nanoimprint) <ol><li> Ein Gewicht von 10 g Siliconelastomergrundstoff und 1 g des Härters. </li><li> Fügen Sie sie in der gleichen Becherglas. </li><li> Stir und mischen mit einem Glasstab für 5 min. </li><li> Die Mischung in einem Vakuum-Exsikkator bis das Manometer liest -762 Torr zu pumpen alle eingeschlossenen Luftblasen. </li><li> Verteile sie gleichmäßig auf die behandelte 4-Zoll-Siliziumwafer. </li><li> Backen Sie den Wafer mit PDMS oben im Vakuumofen für 7 h bei 80 ° C, um die PDMS Film zu härten. </li></ol></li></ol> 2. Bereiten Sie die Nanoimprint-Form (Vervielfältigung von der Master-Form) <ol><li> Spin zwölf Tropfen (20 Tropfen = 1 ml) von UV-härtbaren Resist (15,2%) auf eine saubere lassen Siliziumwafer für 30 Sekunden bei 1.500 Umdrehungen pro Minute. </li><li> Ziehen Sie vorsichtig ein Stück PDMS Folie von der behandelten Siliziumscheibe. </li><li> Legen Sie die PDMS-Film auf die UV-härtbaren widerstehen und lassen Sie es zu absorbieren die UV-Resist für 5 min dann abziehen. </li><li> Wiederholen 2,1-2,3 auf der gleichen PDMS-Film für zwei mal. Absorbieren die UV-Resist für 3 min und 1 min auf. </li><li> Legen Sie die PDMS-Film (nach dreimaliger UV widerAufnahme) auf ein Siliziummasterform. </li><li> Legen Sie es in eine Kammer mit Stickstoffumgebung. </li><li> Schalten Sie UV-Lampe, die Probe für 5 min zu heilen. </li><li> Ziehen Sie die PDMS-Film. Der ausgehärtete UV Resist auf dem PDMS wird die negative Muster der Master-Form zu halten. </li><li> Verwenden RF O2-Plasma, die PDMS-Form zu behandeln. (HF-Leistung: 30 W, Druck: 260 mTorr, Zeit: ca. 1 min) </li><li> Legen Sie die PDMS-Form in einer Vakuumkammer mit einem Tropfen (20 Tropfen = 1 ml) der Trennmittel für 2 Std. </li></ol> 3. Nanoimprint Musterübertragung <ol><li> Spin acht Tropfen (20 Tropfen = 1 ml) aus PMMA (996 T, 3,1%) auf das Substrat für 50 s bei 3.500 Upm eingedruckt. </li><li> Backen auf einer Heizplatte 5 min bei 120 ° C. </li><li> Warten Sie, bis die Probe zum Abkühlen. </li><li> Spin acht Tropfen (20 Tropfen = 1 ml) von UV-härtbaren Resist (3,9%) auf dem gleichen Substrat. </li><li> Legen Sie die PDMS-Form (in Schritt 2 hergestellt) auf die Probe (sowohl mit UV-widerstehen und PMMA). </li><li> Legen Sie es in eine Kammer mit Stickstoffumgebung.</li><li> Schalten Sie die UV-Lampe für 5 min zu heilen. </li><li> Schälen Sie die PDMS-Form aus der Probe und das Muster auf der PDMS-Form wird auf die Probe übertragen. </li></ol> 4. Cr Abhebeprozeß <ol><li> Reactive Ion Etching Restschicht von UV-widerstehen und PMMA Hinweis: Die SOP für ICP Maschine kann bei https://www.nanocenter.umd.edu/equipment/fablab/sops/etch-07/Oxford%20Chlorine%20Etcher%20SOP.pdf gefunden werden <ol><li> Melden Sie sich an ICP RIE-Maschine. </li><li> Legen Sie eine leere 4-Zoll-Siliziumwafer. Führen Sie das saubere Rezept für 10 min. </li><li> Nehmen Sie die leeren Siliziumwafer aus. </li><li> Montieren Sie die Probe auf einem anderen sauberen Siliziumwafer und laden Sie es in die Maschine. </li><li> Führen Sie die UV Resistätzen Rezept für 2 min (das Rezept können in Tabelle 1 zu finden). </li><li> Nehmen Sie die Probe aus. Legen Sie eine leere 4-Zoll-Siliziumwafer. Führen Sie den sauberen Rezept für 10 min (in Tabelle 1 zu finden). </li><li> Montieren Sie die Probe auf einem sauberen Siliziumwaferund laden Sie es in die Maschine. </li><li> Führen Sie das PMMA Ätzen Rezept (in Tabelle 1 aufgeführt) für 2 min. Anmerkung: Nun wird die Restresist geätzt wurde, und das Substrat freigelegt wird. </li></ol></li><li> Cr Elektronenstrahlbedampfung <ol><li> Melden Sie sich e-beam Verdampfer. </li><li> Laden Sie die Cr Metallquelle und Probe in die Kammer. </li><li> Stellen Sie die Dicke (20 nm) und Abscheidungsrate (0,03 nm / s). </li><li> Pumpen Sie die Kammer, bis erforderliche Vakuum (10 -7 Torr) erreicht ist. </li><li> Starten Sie den Abscheidungsprozess. </li><li> Nehmen Sie die Probe aus, nachdem die Ablagerung beendet. </li></ol></li><li> CR Lift-off Verfahren <ol><li> Tauchen Sie die Probe in Aceton mit Ultraschallbewegung für 5 min. </li><li> Reinigen Sie die Probe durch Spülen mit Aceton, Methanol und Isopropanol. Hinweis: Der Cr verdampft auf dem Resist wird abgehoben, und eine Cr-Maske zum Substrat Ätzen gebildet. </li></ol></li></ol> 5. TiO 2 Deposition <ol><li> Lastprobe. </li><li> Stellen Sie die Parameter für die Gleichstrom-Magnetron-Sputter-Maschine <ol><li> Verwenden einen Kammerdruck von 1,5 mTorr Ar-Strom von 100 sccm und einer Sputterleistung von 130 W. </li><li> Verwenden eine Temperatur von 27 ° C und eine Stufe Drehzahl von 20 Upm. </li></ol></li><li> Starten Sie das Sputter-Verfahren und stoppen an der gewünschten Dicke. </li><li> Nehmen Sie die Probe aus und glühen die TiO 2 -Schicht in Sauerstoffumgebung bei 300 ° C für 3 Stunden. </li></ol> 6. High Contrast Grating Etching <ol><li> Log in der induktiv gekoppelten Plasma (ICP) reaktives Ionenätzen (RIE) Maschine. </li><li> TiO 2 Ätzen <ol><li> Legen Sie eine leere 4-Zoll-Siliziumwafer. </li><li> Starten und die saubere Rezept für 10 min (in Tabelle 1 zu finden). </li><li> Entladen Sie laden den Rohling Wafer und laden Sie die Probe mit Cr-Maske. </li><li> Stellen Ätzzeit. Starten TiO 2 Ätzen Rezept. Der Ätzprozess wird automatischtisch zu stoppen. </li><li> Entladen Sie die Probe. </li></ol></li><li> SiO 2 Etching <ol><li> Wiederholen Sie Schritt 5.2 nur geben Sie den SiO 2 Ätzen Rezept. </li></ol></li></ol> 7. Reflexionsmessung <ol><li> Melden Sie sich an und schalten Sie das Messsystem. </li><li> Setzen Sie den Reflexionsstandard Spiegel auf dem Probenhalter und richten Sie den optischen Weg. </li><li> Kalibrierung des Systems für die 100% Reflexion. </li><li> Nehmen Sie die Reflexionsstandard Spiegel und setzen Sie die HCG. </li><li> Messen des Reflexionsvermögens des HCG. </li><li> Speichern Sie die Daten und melden Sie sich aus dem Messsystem. </li></ol>

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</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Zunächst ist die Qualität des TiO 2 -Films sehr entscheidend für den HCG Leistung. Der Reflexionspeak wird höher sein, wenn die TiO 2 -Schicht hat einen geringeren Verlust und Oberflächenrauhigkeit. Der TiO 2 -Film mit einem höheren Brechungsindex ist auch günstig, weil der optische Modenführung wird durch einen höheren Kontrast im Index, was zu einer flacheren und breiteren Reflexionsbande in HCG geben kann verbessert werden. Zweitens werden die Herstellungs...

Unsere moderne Gesellschaft nicht ohne einen erheblichen Teil des Energieverbrauchs auf erneuerbare Energiequellen zu überleben. Um dies zu ermöglichen, müssen wir einen Weg, um erneuerbare Energien zu einem Preis niedriger als auf Erdöl basierenden Energiequellen in naher Zukunft ernten zu finden. Solarenergie ist die am häufigsten vorkommende erneuerbaren Energien auf der Erde. Trotz, dass viele Fortschritte haben in Solarenergieernte erzielt wurden, ist es immer noch sehr schwierig, mit Erdöl basierenden Energiequellen konkurrieren. Zur Verbesserung der Effizienz von Solarzellen ist eine der effizientesten Methoden, um die Systemkosten der Nutzung von Sonnenenergie zu senken. Optische Linsen und Reflektoren Schale werden üblicherweise in den meisten konzentrierten Photovoltaik (CPV) 1 verwendet, um eine hohe Konzentration von Sonnenenergie Einfall auf die kleinflächige Solarzellen zu erreichen, so dass es wirtschaftlich sinnvoll zu teuren Tandem Multi-Junction-Solarzellen 2 in auszunutzen CPV-Systeme, und eine angemessene pflegenKosten zugleich. Für die meisten nicht-konzentrierten Photovoltaik, die in der Regel großflächig Rate von Solarzellen, die mit hohen Kosten Tandem-Solarzellen nicht eingebunden werden können, obwohl sie in der Regel einen größeren Sonnenspektrums Antwort und einen höheren Gesamtumwandlungswirkungsgrad als die Einzelsolarzellen 3. In jüngster Zeit mit Hilfe der parallelen Spektrum Teilungsoptik (dh dispersive Element), der parallel Spektrum Spalt Photovoltaik 4 hat es möglich gemacht, daß eine ähnliche oder bessere Spektrum Abdeckung und Umwandlungseffizienz ohne Verwendung der teuren Tandemsolarzellen erreicht werden. Das Sonnenspektrum in verschiedene Bänder aufgeteilt werden und jede Band kann absorbiert und Strom von den Facheinzelsolarzellen werden. Auf diese Weise können die teuren Tandemsolarzellen in CPV-Systeme durch eine parallele Verteilung der Single-Junction-Solarzelle ersetzt werdens, ohne Kompromisse bei der Leistung. Das dispersive Element, das in diesem Bericht entworfen wurde, kann in einer reflektierenden CPV-System (die auf Teller Reflektoren basiert), um parallel Spektrum Aufspaltung für die verbesserte Solarstromumwandlungseffizienz und reduzierten Kosten zu realisieren angewendet werden. Mehrschicht hohen Kontrast Gitter (HCG) 5 als dispersives Element durch die Gestaltung jeder Schicht HCG verwendet, um als ein optisches Bandspiegel funktionieren. Strukturen und Parametern des dispersiven Elements numerisch optimiert. Darüber hinaus ist die Herstellung von Hochkontrastgittern zum dispersiven Elements durch Verwendung von dielektrischen (TiO 2) Sputtern Nanoimprintlithografie 6 und reaktives Ionenätzen untersucht und nachgewiesen.

<table><tbody><tr><td>184 Silikon-Elastomer-Kit</td><td>Sylgard</td><td></td><td>Polydimethylsiloxan (PDMS)</td></tr><tr><td>4-Zoll-Siliziumwafer</td><td>Universitätswafer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>4-Zoll-Quarzglaswafer</td><td>Universitätswafer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poly(methylmethacrylat)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>182265</td><td></td></tr><tr><td>UV-härtender Resist</td><td></td><td></td><td>Weder auf dem Markt erhältlich</td></tr><tr><td>PlasmaLab System 100</td><td>Oxford Instruments</td><td></td><td>ICP IRE Maschine</td></tr><tr><td>UV-Härtungssystem für die Herstellung</td><td></td><td></td> von Nanoimprints <td>Nicht auf dem Markt erhältlich</td></tr><tr><td>Ocean Optics HR-4000&nbsp;</td><td>Ocean Optics</td><td>HR-4000</td><td>Spektrometer mit Normaldetektor</td></tr><tr><td>Lambda 950 UV / VIS</td><td>PerkinElmer</td><td></td><td>Spektrometer mit Hemisphärenintegrationsdetektor</td></tr><tr><td>JSM-7001F-LV</td><td>JEOL</td><td></td><td>Feldemission SEM</td></tr><tr><td>DC Magnetron Sputtermaschine</td><td></td><td></td><td>Ausrüstung ist in HP Labors, die uns geholfen haben, den TiO2</td></tr><tr><td>Metal E-Beam-Verdampfer zu sputtern</td><td>Temescal</td><td>BJD-1800</td><td></td></tr></tbody></table>

herstellung von high contrast roste für die spectrum splitting dispersives element in einer konzentrierten photovoltaik-anlage

Fabrication of High Contrast Gratings for the Spectrum Splitting Dispersive Element in a Concentrated Photovoltaic System

Hochkontrastgitter werden entworfen und hergestellt und ihre Anwendung wird in einem parallelen spektrumspaltenden dispersiven Element vorgeschlagen, das den solaren Umwandlungswirkungsgrad eines konzentrierten Photovoltaiksystems verbessern kann. Das vorgeschlagene System wird auch die Kosten für Solarzellen in der konzentrierten Photovoltaikanlage senken, indem die teuren Tandemsolarzellen durch die kostengünstigen Single-Junction-Solarzellen ersetzt werden. Die Strukturen und die Parameter der kontrastreichen Gitter für die dispersiven Elemente wurden numerisch optimiert. Die großflächige Herstellung von kontrastreichen Gittern wurde experimentell mittels Nanoimprint-Lithographie und Trockenätzen demonstriert. Sowohl die Qualität des Gittermaterials als auch die Leistungsfähigkeit der hergestellten Vorrichtung wurden experimentell charakterisiert. Durch die Analyse der Messergebnisse werden die möglichen Nebenwirkungen der Herstellungsprozesse diskutiert und mehrere Methoden vorgeschlagen, die das Potenzial haben, die Herstellungsprozesse zu verbessern, die dazu beitragen können, die optische Effizienz der hergestellten Bauelemente zu erhöhen.

Abbildung 1 zeigt die Durchführung des dispersiven Elements (Multilayer hohen Kontrast Gitter (HCG)) in konzentrierter Photovoltaikanlage. Die Sonne Licht wird zuerst durch den Primärspiegel reflektiert und trifft auf den reflektierenden dispersiven Element, wo der Strahl reflektiert und in verschiedenen Banden unterschiedlicher Wellenlängen aufgespalten. Jedes Band wird auf eine bestimmte Stelle auf der Solarzellenanordnung für die beste Absorption und Umwandlung in Elektrizität auftreffen. Der Schlüss...

Die Herstellung von kontrastreichen Gittern als paralleles spektrumspaltendes dispersives Element in einer konzentrierten Photovoltaikanlage wird demonstriert. Herstellungsprozesse wie Nanoimprint-Lithographie, TiO2-Sputtern und reaktives Ionenätzen werden beschrieben. Die Ergebnisse der Reflexionsmessung werden zur Charakterisierung der optischen Leistung verwendet.

Herstellung von High Contrast Roste für die Spectrum Splitting dispersives Element in einer konzentrierten Photovoltaik-Anlage

High contrast gratings are designed and fabricated and its application is proposed in a parallel spectrum splitting dispersive element that can improve ...

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, die Herstellung eines hochkontrastreichen Spektrums-Splitting-Elements in einem konzentrierten photovoltaischen System zu demonstrieren. Dies wird erreicht, indem eine Nanoimprint-Lithographie mit PDMS auf einem Titandioxid-Glas-Substrat durchgeführt wird, das mit einer Schicht aus UV-härtbarem Fotolack bedeckt ist. Im zweiten Schritt wird der verbleibende Nanoimprint-Fotolack weggeätzt und eine strukturierte Chrom-Hartmaske mithilfe von Lift-off-Techniken erzeugt.Danach wurden reaktive Ionenränder verwendet, um das Titandioxid- und Glas-Gradientenarray basierend auf Messergebnissen eines Spektrometers zu formen. Das hergestellte Gradientenarray mit hohem Kontrast weist eine breitbandige Reflektanz auf, die als dispersive Elemente in einem konzentrierenden Photovoltaiksystem genutzt werden kann. Unsere erste Idee zu dieser Methode entstand, als wir entdeckten, dass diese Titandioxid-Gradienten mit hohem Kontrast im Gegensatz zu herkömmlichen fehlerhaften Gradienten ein exotisches, nachgewiesenes Reflexionsprofil aufweisen.Daher können wir es verwenden, um ein spektral aufteilendes, dispersives Element zu konstruieren, das die Energieabsorption mit kostengünstigen Einzelfunktions-Solarzellen erheblich verbessern würde. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden, wie beispielsweise der Verwendung teurer Mehrfach-Funktions-Solarzellentechnologie zur Absorption von breitbandigem Sonnenlicht, liegt darin, dass die Gitter bei geringeren Herstellungskosten eine höhere Absorber-Effizienz bieten. Außerdem ist das Prägungsverfahren eine kostengünstige Fertigungstechnologie mit hohem Durchsatz, die sich gut für die Herstellung großflächiger, hochkontrastiger Gitter eignet. Um den Mikrofertigungsprozess zu beginnen, stellen Sie eine saubere Siliziumscheibe in einen Glas-Vakuum-Exsikkator und geben einen Tropfen flüssiges Trichlorethylen in ein kleines Becherglas innerhalb des Exsikkators.Schließen Sie den Deckel des Exsikkators und evakuieren Sie die Kammer, bis der Messwert unter einen Atmosphärendruck fällt. Schalten Sie dann den Vakuumregler ab und lassen Sie den verdampften Sine-Lösungsdampf fünf Stunden lang bei statischem Vakuum die Waferoberfläche beschichten. Nach der Behandlung heben Sie das Vakuum auf und nehmen den Wafer aus dem Exsikkator heraus.Messen Sie als Nächstes 10 Gramm PDMS und ein Gramm PDMS-Härter ab. Mischen Sie beide Komponenten in einem mittelgroßen Becher gleichmäßig mit einem Glasstab und stellen Sie das Gefäß anschließend 20 bis 30 Minuten in einen Vakuum-Exsikkator, um alle Blasen aus der Mischung zu entfernen. Nach dem Entgasen legen Sie das Wafer in eine Kunststoff-Petrischale und gießen langsam das PDMS auf das Siliziumwafer. Überführen Sie das Wafer in einen Vakuumofen und härten Sie das PDMS sieben Stunden lang bei 80 Grad Celsius aus.Entnehmen Sie schließlich das erhärtete PDMS aus dem Ofen und lassen Sie den Polymersfilm auf Raumtemperatur abkühlen. Legen Sie als Nächstes ein weiteres Stück Siliziumwafer auf einen Spin-Beschichter. Geben Sie 12 Tropfen eines UV-härtbaren Fotolacks auf das Wafer und beschichten Sie es durch Spin-Beschichtung bei 1500 U/min für 30 Sekunden, während der Fotolack noch feucht ist.Entfernen Sie vorsichtig einen Abschnitt des ausgehärteten PDMS vom vorherigen Wafer und drücken Sie das PDMS sanft auf den UV-härtbaren Lack. Lassen Sie das PDMS fünf Minuten lang mit dem Fotolack in Kontakt und heben Sie es anschließend vorsichtig von dem Fotolack-Substrat ab, um eine Abformung der Abstufungsmerkmale auf der weichen Fotolackschicht zu erzeugen. Drücken Sie die PDMS-Folie sanft auf eine vorhandene Silizium-Originalform, die die negativen Reliefmerkmale von Interesse enthält.Platzieren Sie die PDMS-Silikon-Master-Kombination in einen UV-Ofen und schalten Sie die UV-Lampe ein, um die weiche, eingeschlossene Fotolackschicht fünf Minuten lang unter einer Stickstoffatmosphäre auszuhärten. Nach der Aushärtung wird die PDMS-Form vorsichtig vom Silikon-Master-Wafer abgezogen. Dadurch sollte die PDMS-Oberfläche nun eine dünne Schicht aus ausgehärtetem Fotolack enthalten, die eine Oberflächenreliefstruktur entsprechend den nanostrukturierten Gradientenmerkmalen aufweist.Behandeln Sie die ausgehärtete Photoresist-Oberfläche abschließend kurz mit einem Sauerstoff-Plasma im RF-Verfahren. Anschließend wird die PDMS-Form in einen Vakuum-Exsikkator gegeben und mit einem Tropfen Trichlorethylen zwei Stunden lang inkubiert. Die Strukturen auf der PDMS-Photoresist-Nanoimprint-Form sind nun bereit, auf ein beliebiges Substrat übertragen zu werden.Platzieren Sie zunächst eine Substratplatte aus synthetischem Quarzglas, die auf ihrer Oberfläche eine 340 Nanometer dicke Schicht gesputterten Titandioxids aufweist. Geben Sie acht Tropfen PMMA auf die Platte am Schleuderbeschichter und schleudern Sie das Substrat bei 3.500 U/min für 50 Sekunden. Überführen Sie die Platte auf eine vorgeheizte Heizplatte, die auf 120 Grad Celsius eingestellt ist, und härten Sie das PMMA fünf Minuten lang aus.Nach dem Abkühlen des Wafers auf Raumtemperatur das Substrat des Bauelements wieder auf die Spin-Chuck-Plattform legen. Acht Tropfen eines UV-härtbaren Lacks auf die Oberfläche auftragen und spin-beschichten. Die zweite Lackschicht bei 1500 U/min für 30 Sekunden aufbringen.Das resultierende Bauelementwafer ist bereit für den Nanoimprint-Übertragungsschritt, während der UV-Lack noch feucht ist. Platzierte vorsichtig die nanoimprägnierte PDMS-Form mit der Seite der ausgehärteten Lackstruktur nach unten in Kontakt mit einer weichen UV-Lackoberfläche. Brachte das gesamte Sandwich in einen UV-Ofen und härtete die feuchte Lackschicht unter UV-Bestrahlung fünf Minuten lang unter einer Stickstoffatmosphäre aus.Nachdem der UV-Lack ausgehärtet ist, das PDMS-Formteil vom Bauelementwafer ablösen, um den verbleibenden UV-Lack zu entfernen, der sich in den vertieften Bereichen der Abstufungsmerkmale befindet. Den Wafer in einen induktiv gekoppelten Plasmareaktor überführen und am Ende dieses Schritts das Ätzverfahren für den UV-Lack mit Sauerstoffplasma zwei Minuten lang durchführen. Das PMMA-Unterlage sollte nun in den vertieften Bereichen der Nanostruktur freigelegt sein.Um die freiliegende PMMA-Schicht zu entfernen und den darunterliegenden Titandioxidfilm freizulegen, wählen Sie das PMMA-Ätzprogramm über die Ätzanlagen-Konsole aus und führen Sie die Sauerstoff-Plasmabehandlung zwei Minuten lang durch. Zu diesem Zeitpunkt ist die Bauelementwafer bereit für die Metallabscheidung und die Mustersetzung, durch die die endgültigen Strukturen der nanoskaligen Abstufung definiert werden. Um die Chrom-Ätzmaske auf dem Titandioxid zu erzeugen.Entladen Sie zuerst die Wafer aus dem Plasmaätzer und überführen Sie das Substrat in einen Metallverdampfer mit Elektronenstrahl, der eine Chromquelle enthält. Nach dem Evakuieren der Kammer schmelzen Sie die Metallquelle und dampfen 20 Nanometer Chrom mit einer Rate von 0,03 Nanometern pro Sekunde auf. Entladen Sie die Wafer aus dem Elektronenstrahlverdampfer und tauchen Sie das Substrat in einen Glasbehälter, der mit Aceton gefüllt ist.Danach den Behälter in ein Ultraschallbad stellen und das Ultraschallbad fünf Minuten lang bei Raumtemperatur einschalten. Durch die Ultraschallbehandlung des Wafers löst sich das Lösungsmittel schnell in der darunterliegenden PMMA-Schicht und löst dadurch jegliches Chrom, das keinen engen Kontakt mit einer Titandioxidoberfläche hatte. Dadurch definieren die auf dem Wafer verbleibenden stabilen Chromstrukturen die endgültige Geometrie der Abstufung mithilfe von Pinzetten.Nehmen Sie das Bauteil aus dem Acetonbad und entfernen Sie alle Rückstände von PMMA und lose Metallspäne durch eine Spülsequenz mit Aceton, Methanol und Isopropanol. Trocknen Sie die Wafer mit einem sanften Strom von Stickstoff oder Druckluft und überprüfen Sie kurz unter dem Mikroskop auf eventuelle Waferdefekte. Laden Sie anschließend die Wafer in den Plasmaätzer ein, starten Sie das Ätzrezept für Titandioxid, entladen Sie die Wafer nach dem Ätzen und verifizieren Sie unter dem Mikroskop die Entfernung der freigelegten Titandioxid-Schicht, um die darunterliegenden Glas-Subgradierungsmerkmale zu definieren.Laden Sie die Wafer erneut in den Plasmaätzgerät ein und starten Sie das Ätzrezept für Siliziumdioxid. Entnehmen Sie das Substrat und untersuchen Sie den Wafer unter dem Mikroskop auf Fehler. Entfernen Sie abschließend die Chrom-Hartmaske mit einer kurzen Säurebehandlung.Das ätzen des freigelegten Titandioxidmusters und der Glasvertiefungsrillen stellt jeweils die endgültige Struktur der Hochkontrast-Grading dar. Um die Breitbandreflexion des Titandioxid-Grading zu messen, schalten Sie zunächst das optische Messsystem ein und platzieren einen Referenzstandardspiegel auf dem Probenhalter.Richten Sie den Probenhalter auf den einfallenden Strahlengang aus und kalibrieren Sie den Detektor so, dass die gesamte gemessene Reflektanz des Standardspiegels theoretisch 100 % beträgt. Ersetzen Sie anschließend den Standardspiegel durch eine hochkontrastige Titandioxid-Abstufung und beginnen Sie die Breitband-Reflektanzmessung des Bauelements. Speichern Sie die Messdaten und melden Sie sich aus dem Messsystem ab, während Sie die Substrattemperatur erhöhen.Während des Metallsputterprozesses ergibt sich eine größere Korngröße von Titandioxid und ein höherer Brechungsindex. Aufgrund seiner höheren Oberflächenrauheit eignet es sich im Vergleich zu Metalloxidfilmen, die bei niedrigeren Temperaturen abgeschieden wurden, weniger als oberes Grading-Material, wie unter dem Elektronenmikroskop zu sehen ist. Das Seitenverhältnis, der Seitenwandwinkel, der Pitch und die Linienbreite der zweilagigen Grading-Struktur sind im Vergleich zu den erfassten Reflexionsdaten deutlich erkennbar.Mit einem normalen Detektor mit kleinem Akzeptanzwinkel. Ein sphärischer Detektor mit einem breiteren Akzeptanzwinkel kann die graduelle Reflexion und Streuung von raueren Metalloxidoberflächen erfassen und charakterisieren. Wie die Daten nahelegen, kann eine geringfügige Erhöhung des Brechungsindex eine dramatische Erhöhung der Reflexionsbandbreite hervorrufen.Außerdem verschlechtert sich die Reflektanzbandbreite erheblich, wenn sich der Seitenwandwinkel von einem perfekten rechten Winkel entfernt. Sobald man die Technik beherrscht, kann sie innerhalb weniger Stunden durchgeführt werden, sofern sie ordnungsgemäß ausgeführt wird. Es ist wichtig, daran zu denken, die Defekte während des Abformprozesses zu kontrollieren.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man mithilfe von Nano-Drucktechniken große Bereiche mit hohem Kontrast gittert und diese auf die Architektur von Photobotta-Systemen anwendet.

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Forschung

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Engineering

Ingenieurwesen

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