Summary
אנו מציגים שיטה מפורטת בדיית צבע דקים סרטים עם תכונות משופרות של ציפויים אופטיים. הטכניקה התצהיר זווית אלכסונית באמצעות המאייד קרן של אלקטרונים מאפשרת שיפור צבע tunability וטוהר. סרטים מפוברק של ג ' נרל אלקטריק ו- Au-סי סובסטרטים נותחו על ידי השתקפות ומדידות, המרת מידע צבע.
Abstract
סרט דקים מבנים נחקרו בהרחבה לשימוש כמו ציפוי אופטי, אך אתגרים ביצועים פבריקציה יישארו. אנו מציגים שיטה מתקדמת עבור בדיית צבע דקים סרטים עם מאפיינים משופרים. התהליך המוצע מטפל במספר בעיות ייצור, כולל עיבוד שטח גדול. באופן ספציפי, הפרוטוקול מתאר תהליך של בדיית סרטים צבע דקים באמצעות של המאייד אלומת אלקטרונים עבור התצהיר זווית אלכסונית של גרמניום (לתת), זהב (Au) על מצעים צורן (Si). הסרט נקבוביות המיוצר על ידי התצהיר זווית אלכסונית גורם שינויי צבע בסרט דקים. מידת שינוי הצבע תלוי בגורמים כגון עובי זווית וקולנוע התצהיר. מפוברק דוגמיות של צבע דקים הסרטים הראה שיפור צבע tunability וטוהר צבע. בנוסף, נמדד השקיפות של הדגימות מפוברק להמיר ערכים כרומטית וניתח צבעוני. הסרט שלנו דקים בדיית שיטת צפוי לשמש ליישומים דקים קולנוע שונים כגון אלקטרודות צבע גמיש סרט דק תאים סולריים, מסננים אופטיים. כמו כן, התהליך פותח כאן לניתוח הצבע של הדגימות מפוברק שימושית בהרחבה לימוד מבנים צבע שונים.
Introduction
באופן כללי, הביצועים של הסרט דק ציפוי אופטי מבוסס על הסוג של הפרעה אופטי שהם מייצרים, כגון השתקפות גבוהה או שידור. דק מבודד-סרטים, ניתן להשיג הפרעות אופטי פשוט על-ידי סיפוק תנאים כגון רבעון גל עובי (λ/4n). עקרונות התערבות זמן רב השתמשו ביישומים אופטיים שונים כגון אינטרפרומטרים פאברי-פרו ו מבוזרת בראג מחזירי אור1,2. בשנים האחרונות, סרט דק מבנים באמצעות חומרי ספיגה גבוהה כגון מתכות, מוליכים למחצה היה נרחב למד3,-4,-5,-6. הפרעה אופטי חזק ניתן להשיג על ידי סרט דק ציפוי של חומר מוליך למחצה סופג על סרט מתכת, אשר מייצר שינויים שלב לא טריוויאלי הגלים משתקף. סוג זה של המבנה מאפשרת ציפויים דקים אשר הם הרבה יותר רזה מאשר ציפויים סרט דק מבודד.
לאחרונה, למדנו על דרכים ולשיפור tunability צבע צבע טוהר סופג מאוד דק-סרטים באמצעות נקבוביות7. על ידי שליטה שהנקבוביות הן של הסרט הופקדו, שבירה יעיל של המדיום סרט דק יכול להיות שונה8. השינוי במדד השבירה יעיל מאפשר את מאפייני אופטי להשתפר. בהתבסס על האפקט הזה, תיכננו סרטים צבע דקים בעוביים שונים, porosities על-ידי חישובים תוך שימוש קפדני גל בשילוב ניתוח (RCWA)9. העיצוב שלנו מציג צבעים עם עוביים שונים הסרט-כל נקבוביות7.
אנחנו מועסקים שיטה פשוטה, התצהיר זווית אלכסונית, כדי לשלוט את נקבוביות ציפויים סרט דק מאוד סופג. הטכניקה התצהיר זווית אלכסונית בעצם משלב מערכת התצהיר טיפוסיים, כגון המאייד קרן אלקטרונים או מפזר חום, עם המצע מוטה10. זווית אלכסונית של השטף האירוע יוצר צל האטום, אשר מפיק אזורי כי שטף אדי לא יכול להגיע ישירות11. הטכניקה התצהיר זווית אלכסונית כבר בשימוש נרחב שונים ציפוי דק יישומים12,13,14.
בעבודה זו, אנו מפרטים את התהליכים עבור בדיית צבע דקים סרטים מאת תצהיר עקיפה באמצעות המאייד קרן של אלקטרונים. כמו כן, שיטות נוספות עבור עיבוד שטח גדול מוצגים בנפרד. בנוסף השלבים בתהליך, כמה הערות זה צריך להילקח בחשבון בתהליך ייצור מוסברים בפירוט.
אנו גם בודקים תהליכים למדידת השקיפות של הדגימות מפוברק, והפיכתם נתוני צבע של ניתוח, כך הם יכולים לבוא לידי ביטוי קואורדינטות CIE צבע ו- RGB ערכים15. יתר על כן, בעיות לשקול בתהליך ייצור של סרטים צבע דקים הם דנו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
: כמה כימיקלים (קרי, במאגר תחמוצת etchant, אלכוהול איזופרופיל, וכו ') בשימוש פרוטוקול זה יכולים להיות מסוכנים לבריאות. נא עיין גליונות נתונים בטיחות חומרים רלוונטיים כל לפני כל הכנת הדוגמא מתקיים. לנצל את ציוד מגן אישי המתאים (למשל, המעבדה, בטיחות משקפיים, כפפות, וכו ') וההנדסה פקדים (למשל, תחנת רטוב, מנדפים הוד, וכו ') בעת טיפול etchants, ממיסים.
1-הכנת המצע סי
- שימוש םימולהי רחוס, חותכים רקיק צורן (Si) 4 אינץ 2 ס"מ על 2 ס"מ בגודל ריבועים. כדי להפוך את דגימות צבעוניים, המצע בדרך כלל נחתך 2 ס"מ x 2 ס"מ, אבל יכול להיות גדול יותר, בהתאם לגודל של בעל הדגימה המשמש עבור זווית אלכסונית התצהיר.
- להסרת תחמוצת מקורי באמצעות העגלה טפלון (PTFE), טובלים את cleaved סי מצעים בשנת etchant במאגר אוקסיד (BOE) עבור 3 s. זהירות: בבקשה לענוד הגנה הולמת לבטיחות.
- לנקות את סובסטרטים סי cleaved ברצף של אצטון, אלכוהול איזופרופיל (IPA) ומים יונים (DI) עבור 3 s לכל.
- PTFE באמצעות ניקוי ג'יג, sonicate של סובסטרטים סי cleaved עם אצטון באמבט אולטראסוני למשך 3 דקות בתדר של 35 קילו-הרץ-
- להסרת אצטון, לשטוף את סובסטרטים סי cleaved עם IPA.
- כשלב האחרון של ניקיון, לשטוף את סובסטרטים סי cleaved במים DI.
- להסרת לחות, לייבש את המצע נקי עם אקדח המכה חנקן כשאת מחזיקה אותו עם מלקחיים.
2. בתצהיר של רפלקטור Au
- באמצעות מלקחיים וסרט פחמן, לתקן את סובסטרטים סי נקי אל בעל מדגם שטוח ומניחים על בעל החדרה של המאייד קרן אלקטרונים עם מקורות Ti ו- Au.
- לפנות את החדר עבור h 1 להגיע ואקום גבוה. הלחץ הבסיסי של תא ואקום צריך להיות 4 x 10 -6 טנדר של גוה של.
- הפקדה השכבה Ti כשכבת אדהזיה בעובי של 10 ננומטר עם 5-7% של אלקטרון לשגר כוח לשלוט במצב ידני-מתח DC של 7.5 kV, אשר נותן שיעור התצהיר של 1 Å / סעיף
הערה: שכבה Cr של עובי אותה, במקום שכבה Ti, ניתן להפקיד גם השכבה אדהזיה. - הפקדה השכבה Au כשכבה השתקפות בעובי 100 ננומטר עם 13-15% של אלקטרון לשגר כוח לשלוט במצב ידני-מתח DC של 7.5 kV, אשר נותן שיעור התצהיר של 2 Å / סעיף
הערה: עובי השכבה השתקפות Au יכול להיות גדול מ- 100 ננומטר. עובי של 100 ננומטר מועבר כאן כדי להפוך את השכבה השתקפות דק ככל האפשר תוך שמירה על המאפיינים אופטי של האיחוד האפריקני. - לאחר Au שכבה התצהיר, לפרוק את התא, להוציא את הדגימות. הם יצטרכו לטעון מחדש עם בעל מדגם נוטה לתצהיר זווית אלכסונית.
3. הכנה של בעל מדגם נוטה זווית אלכסונית התצהיר
הערה: קיימות מספר שיטות שבהן ניתן להשתמש עבור התצהיר עקיפה, כגון סיבוב ציר z. צ'אק 16, אבל זה דורש ציוד שינוי וסרטים ניתן רק להפקיד בזווית אחת בכל פעם. להתבונן ביעילות את השינויים בצבע המיוצר על ידי זוויות שונות התצהיר, השתמשנו מחזיקי מדגם זה נוטה הדגימות בזוויות שונות. עבור דיוק, בעל מדגם נוטה יכול להתבצע באמצעות ציוד לעיבוד מתכת. עם זאת, במאמר זה, נסקור שיטה פשוטה אשר ניתן בקלות בעקבות.
- להכין צלחת מתכת מתכת בורג בקלות כגון אלומיניום.
- לחתוך את לוחית המתכת לחתיכות 3 2 ס מ x 5 ס מ.
- לתקן את פיסת מתכת על הרצפה לצד מד-זווית, החזק של הצד הקצר, לכופף את המתכת הזווית הרצויה התצהיר (קרי, 30 מעלות, 45 ° ו 70 °)-
- לצרף את חתיכות מתכת כפופות המחזיק לדוגמה 4 אינץ באמצעות פחמן הקלטת.
4. התצהיר זווית אלכסונית של ג ' נרל אלקטריק שכבה
הערה: בסעיף זה, להפנות דיאגרמות סכמטית איור 1 של הדגימות שהופקדו על מחזיקי מדגם נוטה, ועל הסרטים ג ' נרל אלקטריק נקבובי, בעקבות oblique זווית התצהיר.
- לתקן את הדגימות Au שהופקדו ארבע עם פחמן את הקלטת נוטה בעל מדגם בזווית של 0°, 30°, 45° ו 70°, בהתאמה.
- לטעון את הדגימות Au-להפקיד את המחזיק לדוגמה נוטה לתוך המאייד קרן אלקטרונים עם מקור ג ' נרל אלקטריק עבור זווית אלכסונית התצהיר.
- לפנות את החדר עבור h 1 להגיע ואקום גבוה. הלחץ הבסיסי של תא ואקום צריך להיות 4 x 10 -6 טנדר של גוה של.
- להפקיד את שכבת ג ' נרל אלקטריק כשכבה צביעה עם 6-8% של כוח קרן אלקטרונים לשלוט במצב ידני-מתח DC של 7.5 kV, אשר נותן שיעור התצהיר של 1 Å/שניה. התצהיר עוביים של השכבה Ge על הדגימות ארבעה הם 10 ננומטר, 15 ננומטר, 20 ננומטר, ו- 25 ננומטר, בהתאמה.
הערה: עוביים התצהיר של 10 ננומטר, 15 ננומטר, 20 ננומטר, ו- 25 ננומטר נבחרו כדי להקל על ההשוואה של שינויי צבע עבור כל זווית התצהיר. זווית שונה בעלת עובי (5-60 ננומטר) יכולה להיבחר כדי להשיג צבע מסוים. - לעדות שכבה לאחר Ge, לפרוק את התא, להוציא את הדגימות.
5. זווית אלכסונית בתהליך דפוזיציה לשטחים גדולים
הערה: אם גודל המדגם המשמש עבור התצהיר זווית אלכסונית קטן, זה יכול להיות מפוברק על ידי התהליך מפורט בשלב 4. עם זאת, אם גודל המדגם להיות מפוברק גדול, הוא הופך קשה לשמור על אחידות הסרט עקב וריאציה שטף אידוי לאורך ציר z ה- 16. לכן, נדרש הליך נוסף נפרד, שלב 5, לפברק דגימות גדולות יותר ולהשיג צבע אחיד-
- על 2 סנטימטר רקיק, לאחר הפקדת השכבה Au על הדגימה גדולה בשלב 2, לתקן המדגם גדול שהופקדו Au ל בעל מדגם נוטה 45°-
הערה: מאז שלנו נוטה בעל מדגם נועד להתאים דוגמאות קטנות, טעינת דגימות גדולות כל הזוויות (קרי, 0 °, 30 °, 45 ° ו 70 °) יגרום להפרעה בין דגימות. לכן, להפקיד מלכסן מבט של דגימות גדול בגודל בזוויות שונות בתהליך אחד, זה חייב להיות נוטה בעל מדגם מתאים דגימות מדוד גדול. - טען המדגם גדול Au-להפקיד את המחזיק לדוגמה נוטה המאייד קרן אלקטרונים עם מקור ג ' נרל אלקטריק עבור זווית אלכסונית התצהיר.
הערה: בעת טעינת המדגם, השכבה השנייה התצהיר חייב להיות שהופקד באותו כיוון העדות הראשונה, אז שימו לב לכיוון של המדגם טעון. לנוחיותכם, מומלץ כי המחזיק לדוגמה הוא טעון מול החלק הקדמי של התא. - לפנות את החדר עבור h 1 כדי להגיע ואקום גבוה. הלחץ הבסיסי של תא ואקום צריך להיות 4 x 10 -6 טנדר של גוה של.
- להפקיד את שכבת ג ' נרל אלקטריק כשכבה צביעה התצהיר בעובי של 10 ננומטר, המהווה מחצית העובי היעד של 20 ננומטר, עם 6-8% של כוח קרן אלקטרונים לשלוט במצב ידני-מתח DC של 7.5 kV, אשר נותן שיעור התצהיר של 1 Å / סעיף
- לאחר סיום בתצהיר של השכבה הראשונה של ג ' נרל אלקטריק, לפרוק את התא, להוציא את הדגימה, כי המדגם צריך להיות לטאבים, נטען מחדש.
- לתקן את הדגימה כדי בעל מדגם נוטה בעמדה שבה הוא הפוך לגבי המיקום של העדות הראשונה.
- לטעון את הדגימה את המחזיק לדוגמה נוטה עם מקור ג ' נרל אלקטריק כך בעל פרצופים באותו כיוון כמו העדות הראשונה.
- לפנות את החדר עבור h 1 להגיע ואקום גבוה. הלחץ הבסיסי של תא ואקום צריך להיות 4 x 10 -6 טנדר של גוה של.
- להפקיד את שכבת ג ' נרל אלקטריק כשכבה צביעה התצהיר בעובי של 10 ננומטר, המהווה מחצית העובי היעד של 20 ננומטר, עם 6-8% של כוח קרן אלקטרונים לשלוט במצב ידני-מתח DC של 7.5 kV, אשר נותן שיעור התצהיר של 1 Å / סעיף
- לעדות שכבה לאחר Ge, לפרוק את התא, להוציא את הדגימה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
איור 2a מראה תמונות של הדגימות 2 ס"מ על 2 ס"מ מפוברק. הדגימות זוייפו. כך הסרטים היה בעוביים שונים (כלומר, 10 ננומטר, 15 ננומטר, 20 ננומטר, ו- 25 ננומטר) ולא הופקדו בזוויות שונות (קרי, 0 °, 30 °, 45 ° ו 70 °). צבע השינויים סרטים הופקדו בהתבסס על שילוב שתי העובי של הדגימות ואת הזווית התצהיר. שינויי צבע הם תוצאה של שינויים ב שהנקבוביות הן של הסרט. בהתאם לזווית התצהיר, נוטה מערכים של ננו-עמודות בודדות נוצרים על המצע, כפי שמוצג של תמונות SEM השמאלי של איור 2. מתוצאות הניסוי, אותו ניתן לראות כי בזוויות התצהיר גבוה יותר, שינוי הצבע עבור כל זווית התצהיר פחות בולט.
איור 2b מציגה את התוצאות של מדידות השתקפות של הדגימות מפוברק. הצבע משתנה על-ידי שינוי במחלקה לחקירות המינימלי של השתקפות. כפי שמוצג על-ידי שינוי הצבע איור2 א, טבילה השתקפות השתנה לאט בזוויות התצהיר גבוה יותר. עם כל עובי שכבה של ג ' נרל אלקטריק, טבילה השתקפות משתנה עם הזווית התצהיר. הצבע משתנה על ידי המשמרות האלה במחלקה לחקירות השתקפות.
כדי לנתח את הדגימות מפוברק מנקודת מבט צבע, reflectances נמדד צריך יומרו לערכים כרומטית. עבור המרה לערכים כרומטית, בחישובים שלנו, הפונקציה הצופה סטנדרטי CIE 1931, הכי נפוץ בשימוש צבע התאמת פונקציה, מועסקים13. בחישוב, מוכפל השקיפות נמדד לפי צבע התאמת תפקיד כמו התפלגות ספקטראלית כוח. איור 3a מדגים את התגובה ספקטרלי בצבע תואם פונקציה של השקיפות מדודה של דגימות עם זוויות שונות התצהיר (קרי, 0 °, 30 °, 45 ° ו 70 °), עובי שכבת ג ' נרל אלקטריק של 15 ננומטר. על ידי שילוב של אלה תגובות ספקטרלי, הערכים tristimulus של X, Y ו- Z, אשר מהווים הפרמטרים הבסיסיים לביטוי נתוני הצבע, ניתן להשיג. את הצבע CIE נקודות הציון, צבעוניות של צבע צוינה על-ידי שני הפרמטרים נגזר x ו- y והערכים מנורמל מתוך כל שלושה ערכים tristimulus באמצעות המשוואות הבאות:
איור 3b בהתבסס על המשוואות האלה, מציג את צבעוניות של דגימות עם זוויות שונות התצהיר במערכת קואורדינטות CIE.
איור 4a מציגה את הערכים כרומטית לאחר שהם הומרו מן השקיפות נמדד ב- 3a איור לתוך מערכת קואורדינטות CIE צבע. לשם השוואה, התוצאות המחושבות שורטטו גם, כפי שמוצג על ידי קווים מקווקווים. בחישוב, היו מדדי יעילות של ג ' נרל אלקטריק מחושב בהתבסס על porosities הצפוי עבור כל זווית התצהיר7. לאחר מכן, באמצעות מדדי יעילות אלה, הערכים השתקפות היו מחושב על ידי גל בשילוב קפדני ניתוח (RCWA)9. בהשוואה באמצעות מערכת קואורדינטות CIE, תוצאות הניסוי היו תואמים את התוצאות המחושבות.
השוואה בין הטווחים של הערכים כרומטית של הדגימות, הדגימות עם התצהיר גבוהה זוויות הציג מגוון רחב כרומטית. משמעות הדבר היא כי הטווח של ביטויים צבע היה רחב, עם טוהר צבע גבוהה יותר. טוהר צבע גבוהה יותר בזוויות התצהיר גבוה יותר מיוחס הקטנת השטח השתקפות הנובע שהנקבוביות הן גבוהות יותר בשל התצהיר בזוויות גבוהות יותר.
נתוני הצבע שהומרו מהשקיפות ניתן להמיר ערכי RGB כדי לייצג צבעים15. איור 4b מראה ייצוג צבע לאחר המרתם את נתוני הצבע של השקיפות מדודה של הדגימות ערכי RGB. הצילומים לא ייתכן במדויק מייצג את צבעי הדגימה נכון, עקב הבדלים תאורה או תנאים אחרים, אך ניתן לראות את הנטייה הכללית לשינוי צבע מהדגימה מדגם.
איור 5 מציג תמונות של הדגימות מפוברק על רקיק 2 אינץ ', באמצעות תהליך שטח גדול. כאשר בדיית מדגם גדול, העובי הופקדו שונה המיקום של פני השטח. פתרון לבעיה זו הוא לבצע את התצהיר בשני שלבים, כמפורט בשלב 5 של הפרוטוקול. השכבה הראשונה, עם מחצית העובי הרצוי, הופקד בזווית חיובית התצהיר, המחצית השנייה נצבר בזווית שלילית התצהיר. בדרך זו, על ידי הפקדת בזוויות חיוביים ושליליים, הבדלי עובי תפצה אחד את השני, ניתן להשיג את עובי אחיד.
המטרות שלנו היו 20 ננומטר, עובי 40 ננומטר בזווית התצהיר של 45°, עם זאת, התוצאות הראו פיקדונות עבה יותר. זה בגלל העובי הממוצע מדובבים הוקמה בכיוון אנכי במיקום קרוב יותר למקור מאשר מדגם ה-בעל16. לכן, כאשר בדיית בקנה מידה גדול באמצעות שיטה זו, זה צריך להיות צפוי כי הסרט הופקדו יהיה עבה יותר העובי היעד.
איור 6 ניתן לראות תמונות של הדגימות מפוברק בזוויות צפייה שונים, השתקפות נמדד בזוויות שונות התקרית. כפי שמוצג בתמונות, יש שינוי קטן בצבע בהתבסס על זוויות צפייה. מטבלים המינימלי של הערכים השתקפות נמדד בזוויות שונות היו גם בקושי זז הזוויות התקרית. בעיקרון, כמו ציפויים אלה הם הרבה יותר רזה מאשר אורכי הגל של האור האירוע, יש הבדל קטן שלב הנובע השכיחות של זווית מוגבר לעומת המקרה של שכיחות נורמלי.
איור 1 : דיאגרמות סכמטית של () הדגימות שהופקדו על מחזיקי מדגם נוטה, ועל הסרטים ג ' נרל אלקטריק נקבובי (b) נוצר על ידי התצהיר זווית אלכסונית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
class = "xfig" > איור 2: () תמונות של הדגימות מפוברק בזוויות שונות התצהיר (קרי, 0 °, 30 °, 45 ° ו 70 °) עם עובי ג ' נרל אלקטריק (קרי, 10 nm, 15 nm, 20 ננומטר, 25 nm, 100 ננומטר). שמאל, גווני אפור יבין הצג סריקת תמונות מיקרוסקופ התואם הדגימות עם ג ' נרל אלקטריק עובי של 200 ננומטר על המורפולוגיה להראות טוב יותר. סרגל קנה מידה = 100 ננומטר. (b) נמדד השתקפות spectra עבור כל עובי ג ' נרל אלקטריק (קרי, 10 ננומטר, 15 ננומטר, 20 ננומטר, ו- 25 ננומטר) עם זוויות שונות התצהיר (קרי, 0 °, 30 °, 45 ° ו 70 °). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3 : () בתגובה כרומטית של ערכים tristimulus ו- (b) העלילה CIE עם זוויות שונות התצהיר (קרי, 0 °, 30 °, 45 ° ו 70 °)-עובי ג ' נרל אלקטריק של 20 ננומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4 : () כרומטי ערכי קואורדינטות CIE לפי הערכים נמדד השתקפות של הדגימות מפוברק, מציג את התוצאות במחשבון. (b) וייצוג הצבעים בהתאם את reflectances מדודה של הדגימות מפוברק. שמאל, גווני אפור יבין הצג סריקת תמונות מיקרוסקופ התואם הדגימות עם ג ' נרל אלקטריק עובי של 200 ננומטר על המורפולוגיה להראות טוב יותר. סרגל קנה מידה = 100 ננומטר. איור זה שוחזר מ-7, ברשות החברה המלכותית לכימיה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 5 : תמונות של דוגמאות מפוברק על וופל 2 אינץ עם עוביים שונים ג ' נרל אלקטריק () 20 ננומטר, (b) 40 ננומטר בזווית התצהיר של 45 °.
איור 6 : תמונות עם זוויות שונות של נוף מ- 5° עד 60 ° צלזיוס, ספקטרה השתקפות שנמדד בזווית אלכסונית של 20° עד 60 ° צלזיוס של מפוברק דגימות עם () ג ' נרל אלקטריק עובי של 15 ננומטר בזווית התצהיר של 0 °, (b) ג ' נרל אלקטריק לעובי 25 nm ב תצהיר gle של 70 מעלות. איור זה שוחזר מ יו ג' י'. et al. 7, באישור החברה המלכותית לכימיה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
בסרט דק קונבנציונאלי ציפויי צבע3,4,5,6, הצבע יכול להיות נשלט על-ידי שינוי חומרים שונים ושינוי העובי. בחירת חומרים עם מדדי השבירה שונה מוגבל עבור כוונון צבעים שונים. להירגע מגבלה זו, נוכל לנצל את התצהיר זווית אלכסונית כדי ציפוי צבע סרט דק. בהתאם לזווית התצהיר, נקבוביות ג ' נרל אלקטריק השכבה משתנה על ידי אטומי צל11, כפי שמוצג באיור 1b. נקבוביות המוחל על ג ' נרל אלקטריק-סרט דק גורם שינוי במדד יעיל של ג ' נרל אלקטריק שכבה7. השינוי שלב האור כציוד במדיום ג ' נרל אלקטריק משתנה עם השינוי של מדד יעיל על ידי התצהיר זווית אלכסונית. כתוצאה מכך, הצבע משתנה עם הפרעות שונות בתנאי אורכי הגל גלוי. במיוחד בסרטים שלנו צבע דקים, מדד אפקטיבי נמוך בזווית של התצהיר המלוכסן מאוד משופרת טוהר צבע עם השתקפות המשטח התחתון של tunability עם שינוי פאזה קטן יותר.
בפרוטוקול שלנו, שלב 4 הוא התהליך הקריטי ביותר בשביל הגיוון. כדי להפעיל בהצלחה את שלב 4, לשקול כי איכות הסרט הוא גורם קריטי הגיוון ציפוי אופטי סרט דק. איכות הסרט ניתן לשנות את השבירה ומשפיעה בעדינות את הגיוון. איכות הסרט תלויה בתנאים של הציוד בתצהיר והטבע. במקרה שלנו, מפזר קרן אלקטרונים שימש את הציוד התצהיר, ומתוחזק לחץ קבוע וקצבי התצהיר היו להבטיח יציבות בסרט. יתר על כן, מדדנו את קבועי אופטי דק הסרטים להפקיד בתנאים אלה קבוע ולאחר באמצעות הקבועים אופטי נמדד, הצבע של הסרט דק יכול להיות חזה מנותח. כדי להשיג את הצבע הרצוי המדויק לכוונן את הצבע באמצעות עובי הסרט, להבטיח את היציבות של תנאים, כגון ה-הלחץ וקצב התצהיר של הציוד בתצהיר. במיוחד, במקרה של ציוד שונה, התנאים השונים של הציוד צריך להיות מותאם עבור כוונון צבע דקים סרטים.
בתהליך דפוזיציה זווית אלכסונית שטח גדול, סרט התצהיר היא לא אחידה בגלל ההבדל אנכי בין המקור לבין המצע. בתהליך אידוי קרן אלקטרונים, צפיפות השטף אדי משתנה בכיוון אנכי מן המקור. בזווית אלכסונית גבוהה, ישנו הבדל אנכי בהתאם המיקום של המצע, הגורמת צפיפות השטף למוסרם באופן שונה בהתאם לתנוחה משטח.
התהליך מפורט בשלב 5 של הפרוטוקול פותחה כדי לפצות על כך. שיטה זו היא פשוטה, ניתן בקלות בעקבות מבלי לשנות את הציוד. עם זאת, כפי שצוין במקטע תוצאות, התהליך נוטה לגרום עובי הסרט גדול יותר בעובי היעד. שיטה נוספת של שטח גדול תהליך זה ניתן לפתור בעיה זו עובי היא לשנות את הצ'אק בתא שבו נטען המדגם כך הוא מסתובב על ציר z. כאשר המדגם נטען במרכז סיבוב ציר z, המרכז של המדגם תמיד יישאר במרחק קבוע מן המקור. לכן, אפילו עם התצהיר בזוויות חיוביים ושליליים, עובי אחיד יכולה להיות מושגת. יתר על כן, יש לציין כי ניתן לשנות את זווית אלכסונית של הדגימה תוך שמירה על שואב האבק בגלל הצ'אק rotatable ב ציר z בתוך החדר.
לסיכום, הוצגו תהליך של בדיית סרטים צבע דקים באמצעות התצהיר זווית אלכסונית עם מפזר קרן אלקטרונים. בנוסף, אנו מפורט שיטה להמרת המאפיינים אופטי מדודה של הדגימות מפוברק נתוני הצבע, ניתח אותם במונחים של צבע עם קואורדינטות CIE שלהם. תהליך זה משמש כדי למדוד ולנתח את הצבעים של הדגימות מפוברק יכול להיות גם שימושי עבור הניתוח של מבנים צביעה שונים אחרים. במחקר זה, נצפו שינויים בצבע בהתאם העובי של הסרט דק במיוחד ואת הזווית התצהיר. הדחת צבע דקים יכול להיות בשימוש נרחב ליישומים סרט דק שונים כגון אלקטרודות צבע גמיש סרט דק תאים סולריים, מסננים אופטיים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים אין לחשוף.
Acknowledgments
מחקר זה נתמך על ידי מאוישת כלי רכב מתקדמים Core טכנולוגיה ומחקר תוכנית פיתוח דרך ותחום הרכב מתקדם מחקר מרכז (UVARC) במימון של משרד המדע, ICT ותכנון העתיד, (רפובליקה של קוריאה 2016M1B3A1A01937575)
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| KVE-2004L | Korea Vacuum Tech. Ltd. | E-beam evaporator system | |
| Cary 500 | Varian, USA | UV-Vis-NIR spectrophotometer | |
| T1-H-10 | Elma | Ultrasonic bath | |
| HSD150-03P | Misung Scientific Co., Ltd | Hot plate | |
| Isopropyl Alcohol (IPA) | OCI Company Ltd. | Isopropyl Alcohol (IPA) | |
| Buffered Oxide Etch 6:1 | Avantor | Buffered Oxide Etch 6:1 | |
| Acetone | OCI Company Ltd. | Acetone | |
| 4 inch Silicon Wafer | Hi-Solar Co., Ltd. | 4 inch Silicon Wafer (P-100, 1 - 20 ohm.cm, Single side polished, Thickness: 440 ± 20 μm) | |
| 2 inch Silicon Wafer | Hi-Solar Co., Ltd. | 2 inch Silicon Wafer (P-100, 1 - 20 ohm.cm, Single side polished, Thickness: 440 ± 20 μm) |
References
- 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).
