Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Eğik açısı ifade kullanarak medya yüksek emici ile Ultra ince renk filmleri imalatı

7.9K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/56383

⸱

29 Ağustos 2017

 ,  ,  , 
1School of Electrical Engineering and Computer Science, Gwangju Institute of Science and Technology, 2Department of Robotics Engineering, Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology

Bu makalede

Özet

Biz ultra-ince renk filmleri optik kaplamalar için geliştirilmiş özellikleri ile imalatı için detaylı bir yöntem mevcut. Eğik açısı ifade tekniği, bir elektron ışını Evaporatör geliştirilmiş renk ayar ve saflık sağlar. Ge ve Au fabrikasyon Filmler Si yüzeyler üzerinde yansıma ölçümleri ve renk bilgi dönüşüm tarafından analiz edildi.

Özet

Ultra ince film yapıları yoğun kullanım için optik kaplamalar incelenmiştir ama performans ve üretim zorlukları kalır.  Biz ultra-ince renk filmleri geliştirilmiş özelliklere sahip imalatı için gelişmiş bir yöntem mevcut. Önerilen işlemi geniş alanı işleme de dahil olmak üzere çeşitli İmalat sorunları giderir. Özellikle de, protokol germanyum (Ge) ve altın (Au) Silisyum (Si) yüzeyler üzerinde eğik açısı birikimi için bir elektron ışını Evaporatör kullanarak Ultra-ince renk filmleri imalatı için bir işlem açıklanmaktadır.  Eğik açısı ifade tarafından üretilen film porozite renk değişiklikleri Ultra-ince film neden olmaktadır. Renk değişimi derecesini ifade açı ve film kalınlığı gibi etkenlere bağlıdır. Geliştirilmiş renk ayar ve renk saflık gösterdi Ultra-ince renk filmleri örnekleri fabrikasyon. Buna ek olarak, fabrikasyon örnekleri ölçülen yansıma Kromatik değerlere dönüştürülür ve renk açısından analiz. Esnek renk elektrotlar, ince film güneş pilleri ve optik filtreler gibi çeşitli Ultra ince film uygulamalar için kullanılacak yöntemi imalatı bizim Ultra ince film bekleniyor. Ayrıca, burada fabrikasyon örnekleri renk analiz etmek için geliştirilen işlemi genel olarak çeşitli renk yapıları çalışmak için yararlıdır.

Giriş

Genel olarak, optik ince film kaplama performans ürettikleri, yüksek yansıma veya iletim gibi optik parazit türü temel alır. Dielektrik ince-film, optik girişim sadece çeyrek dalga kalınlığı (λ/4n) gibi koşullar tatmin tarafından elde edilebilir. Girişim ilkeleri uzun Fabry-Perot İnterferometre ve dağıtılmış Bragg reflektör1,2gibi çeşitli optik uygulamalarda kullanılmaktadır. Son yıllarda,3,4,5,6ince film gibi metaller ve yarı iletkenler çok emici malzemeler kullanarak yapılar yaygın olmuştur okudu. Güçlü optik girişim ince film kaplama bir emici yarı iletken malzeme olmayan önemsiz faz değişiklikleri yansıyan dalgaları üreten bir metal film tarafından elde edilebilir. Bu tür bir yapısı Dielektrik ince film kaplama önemli ölçüde daha ince olan Ultra-ince kaplama sağlar.

Son zamanlarda, biz renk ayar ve renk saflık yüksek emici ince-film artırma yolları inceledik porozite7kullanarak. Gözeneklilik yatırılan film kontrol ederek, ince film orta etkili Kırılma indisi değiştirilen8olabilir. Bu değişikliği etkili Kırılma indisi, düzelmek için optik özelliklerini sağlar. Bu etkiye bağlı olarak, biz sıkı eşleşmiş dalga analizi (RCWA)9kullanarak hesaplamalar tarafından Ultra-ince renk filmler farklı kalınlıklarda ve porosities ile tasarlanmıştır. Tasarım renkleri farklı film kalınlıkları her porozite7de sunar.

Eğik açısı birikimi, yüksek emici ince film kaplama porozite denetlemek için basit bir yöntem çalıştırmaya başladık. Eğik açısı ifade tekniği temelde bir hareket ettirildiğinde substrat10ile bir elektron ışını Evaporatör veya termal Evaporatör, gibi bir normal ifade sistemi birleştirir. Eğik açısı olay akı atomik gölgeleme, hangi alanlarda buharı flux doğrudan11ulaşamıyorum üreten oluşturur. Eğik açısı ifade tekniği yaygın olarak çeşitli ince film kaplama uygulamaları12,13,14' te kullanmıştır.

Bu çalışmada, bir elektron ışını Evaporatör kullanarak eğik ifadesi tarafından Ultra-ince renk filmleri imalatı için süreçleri ayrıntı. Ayrıca, geniş alanlara işleme için ek yöntemler ayrı olarak sunulur. İşlemin adımlarına ek olarak, üretim işlemi sırasında dikkate alınması gereken bazı notlar ayrıntılı olarak açıklanmıştır.

CIE renk koordinatları ve RGB değerleri15ifade edilebilir biz aynı zamanda fabrikasyon örnekleri yansıma ölçme ve analiz, bilgiyle renk dönüştürme işlemleri gözden geçirirsiniz. Ayrıca, ultra-ince renk filmleri imalat sürecinde dikkate alınacak bazı konular ele alınmıştır.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Dikkat: Bu protokol için kullanılan bazı kimyasal maddeler (Yani, tamponlu oksit etchant, izopropil alkol, vb) sağlığı için tehlikeli olabilir. Herhangi bir numune hazırlama yürürlüğe girmeden önce ilgili tüm malzeme güvenlik bilgi formları danışınız. Uygun kişisel koruyucu donanım (örneğin, laboratuvar mont, koruyucu gözlük, eldiven, vb) kullanmak ve denetimleri (örneğin, ıslak istasyonu, duman hood, vb) mühendislik etchants ve çözücüler işlerken.

1. Si substrat hazırlanması

  1. 4 inç Silisyum (Si) gofret 2 cm x 2 cm kesilmiş bir elmas kesici kullanarak büyüklükte kareler. Renkli örnekleri yapmak belgili tanımlık substrate 2 cm x 2 cm, genellikle kesilir ama eğik açısı ifade için kullanılan örnek tutucu boyutuna bağlı olarak daha büyük hale gelebilir.
  2. Yerli oksit politetrafloroetilin (PTFE) ayı'yı kullanarak kaldırmak için 3 dikkat s. için arabelleğe alınan oksit etchant (BOE) cleaved Si yüzeylerde daldırma: Lütfen güvenliği için uygun koruma giymek.
  3. Cleaved Si yüzeylerde aseton, izopropil alkol (IPA) ve 3 için deiyonize (DI) su içinde sırayla temiz s her.
    1. PTFE kullanarak jig, temizlik solüsyon içeren bir ultrasonik banyo 3 dk 35 kHz frekans için aseton ile cleaved Si yüzeylerde temizleyicide.
    2. Cleaved Si yüzeylerde IPA ile aseton kaldırmak için durulama.
    3. Temizlik son adımı olarak, cleaved Si yüzeylerde DI su ile durulama.
  4. Nem, kaldırmak için onunla forseps. tutarken bir azot darbe silah ile temiz yüzey kuru

2. Au reflektör birikimi

  1. forseps ve karbon bant kullanarak, bir düz örnek tutucu üzerine temizlenmiş Si yüzeylerde düzeltmek ve yer tutucu elektron ışını Evaporatör Ti ve Au kaynakları ile odasına.
  2. Odası yüksek vakum ulaşmak 1 h için tahliye edin. Temel basınç, vakum odasının 4 x 10 -6 Torr olmalıdır.
  3. Mevduat Ti katman olarak bir yapışma katmanın kalınlığı 10 nm elektron % 5-7 ile ışınla güç 7.5 bir DC gerilim, manuel modda kontrollü, kV, 1 ifade oranını veren Å / sn
    Not: Ti katman yerine aynı kalınlıkta Cr tabakası yapışma tabakası olarak yatırılır.
  4. Mevduat Au katman kalınlığı 100 yansıma katmana olarak nm elektron 13-%15 ile ışınla güç 7.5 bir DC gerilim, manuel modda kontrollü, kV, 2 ifade oranını veren Å / sn
    Not: Au yansıma katman kalınlığı 100'den büyük olabilir nm. Kalınlığı 100 nm yatırılır burada Au optik özelliklerini koruyarak yansıma katmanı olarak ince yapmak için.
  5. Sonra Au katman biriktirme, odası delik ve numune al. Eğik açısı ifade için eğimli örnek sahibi ile yeniden yüklenmesi gerekecektir.

3. Eğik açısı ifade için eğimli örnek sahibinin hazırlık

Not: z ekseni dönen chuck 16 gibi eğik ifade için kullanılabilecek birkaç yöntem vardır ama bu gerektirir Sadece ekipman değiştirme ve filmler bir açıyla teker teker yatırılır. Verimli bir şekilde farklı ifade açıları tarafından üretilen renk değişiklikleri gözlemlemek için örnekleri farklı açılarda eğimli örnek sahipleri kullanılır. Hassas için eğimli örnek sahibi metal işleme ekipman kullanılarak yapılabilir. Ancak, bu yazıda, biz kolayca takip edilebilir basit bir yöntem tanıtmak.

  1. Alüminyum gibi kolayca bükülebilir bir metalden yapılmış bir metal plaka hazırlayın.
  2. Metal plaka üç 2 cm x 5 cm parçalar halinde kesilmiş.
  3. Yanında bir iletki yere metal parçası düzeltmek, kısa kenarda tutun ve metal (Yani, 30 °, 45 ° ve 70 °) istenen ifade açı viraj.
  4. Karbon bant kullanarak 4 inç örnek sahibi bükülmüş metal parçalar eklemek.

4. Eğik açısı ifade Ge katman

Not: Bu bölümde, şematik diyagramları oblique aşağıdaki şekil 1 eğimli örnek sahipleri ve gözenekli Ge Filmler, üzerinde biriken örnekleri bakın açı ifade.

  1. Sırasıyla Dört yatırılır Au örnekleri bir eğimli örnek sahibi 0 °, 30 °, 45 ° ve 70 ° açılarla teybe karbon ile düzeltmek.
  2. Elektron ışını Evaporatör eğik açısı ifade için bir Ge kaynakla eğimli örnek kutusunda Au yatırılır örnekleri yüklemek.
  3. Odası yüksek vakum ulaşmak 1 h için tahliye edin. Temel basınç, vakum odasının 4 x 10 -6 Torr olmalıdır.
  4. Mevduat Ge katman elektron ışını güç 7.5 bir DC gerilim, manuel modda kontrollü % 6-8 ile boyama katmanı olarak kV, 1 ifade oranını veren Å/sn. Dört örnekleri Ge katmanda ifade kalınlıkları vardır 10 nm, 15 nm, 20 nm ve 25 nm, sırasıyla.
    Not: İfade kalınlıkları 10 nm, 15 nm, 20 nm ve 25 nm her biriktirme açısı için renk değişiklikleri karşılaştırma kolaylaştırmak için seçildi. Belirli bir renk elde etmek için farklı açı ve kalınlığı (5-60 nm) seçilebilir.
  5. Sonra Ge katman biriktirme, odası delik ve numune al.

5. Eğik açısı biriktirme işlemi için geniş alanlar

Not: eğik açısı ifade için kullanılan örnek boyutu küçük ise, bu adım 4'te ayrıntılı işlem tarafından sahte olduğu. Ancak, sahte olduğu ortaya örnek boyutu büyükse, film tekdüzelik nedeniyle buharlaşma akı 16 z ekseni boyunca varyasyon korumak zorlaşır. Bu nedenle, ayrı bir ek işlem Adım 5, daha büyük örnekleri imal ve tekdüze bir renk elde etmek için gereklidir.

  1. İçin bir 2 inç gofret, adım 2, büyük örnek üzerinde Au katman yatırma sonra düzeltmek Au-tevdi büyük örnek 45° eğimli örnek sahibi için.
    Not: bizim eğimli örnek sahibi küçük örnekleri sığacak şekilde tasarlandığından, tüm büyük örnekleri yükleme açıları (Yani, 0 °, 30 °, 45 ° ve 70 °) örnekleri arasında girişime oluşturacak. Bu nedenle, eğik bir işlemdeki çeşitli açılarda büyük ölçekli örnekler mevduat, bir eğimli örnek sahibi büyük ölçekli örnekler için uygun olması gereklidir için.
  2. Elektron ışını Evaporatör eğik açısı ifade için bir Ge kaynağı ile içine meyilli örnek kutusunda Au yatırılır büyük örnek yüklemek.
    Not: örnek yüklerken, ikinci ifade katman olması gerekir ilk ifade olarak aynı yönde yatırılır, çok yüklü örnek yönüne dikkat edin. Kolaylık sağlamak için bu örnek sahibi odası önünde karşı karşıya yüklenir önerilir.
  3. Odası için 1 h için tahliye yüksek vakum ulaşmak. Temel basınç, vakum odasının 4 x 10 -6 Torr olmalıdır.
  4. Ge katman olarak ifade kalınlığı 10 boyama katmana mevduat 20 hedef kalınlığı yarısı nm nm, elektron ışını güç 7.5 bir DC gerilim, manuel modda kontrollü % 6-8 ile kV, 1 ifade oranını veren Å / sn
  5. Devrilmesinden sonra ilk Ge katman tamamlandıktan sonra odası delik ve örnek yeniden konumlandırılmış ve reloaded gerekmektedir çünkü örnek atın.
  6. İlk biriktirme konumu ile ilgili ters olan bir konumda eğimli örnek tutucusu örneğe düzeltmek.
  7. Sahibi ilk ifade olarak aynı yönde karşı karşıya Ge kaynakla eğimli örnek kutusunda örnek yüklemek.
  8. Odası yüksek vakum ulaşmak 1 h için tahliye edin. Temel basınç, vakum odasının 4 x 10 -6 Torr olmalıdır.
  9. Ge katman olarak ifade kalınlığı 10 boyama katmana mevduat 20 hedef kalınlığı yarısı nm nm, elektron ışını güç 7.5 bir DC gerilim, manuel modda kontrollü % 6-8 ile kV, 1 ifade oranını veren Å / sn
  10. Sonra Ge katman biriktirme, odası delik ve örnek alın.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Şekil 2a görüntüleri 2 cm x 2 fabrikasyon cm örnekleri gösterir. Filmler farklı kalınlıklarda vardı ki örnekleri fabrikasyon (Yani, 10 nm, 15 nm, 20 nm ve 25 nm) ve farklı açılarda (Yani, 0 °, 30 °, 45 ° ve 70 °) tevdi. Her iki kalınlığı örnekleri ve ifade açı kombinasyonu yatırılan filmleri değişir rengi. Renk değişiklikleri film porozite içinde değiştirilmesinden kaynaklanan. Bağlı olarak ifade açı, nano-sütunları tek tek eğimli dizileri Şekil 2

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Geleneksel ince film kaplama rengi3,4,5,6içinde renk değiştirme farklı malzeme ve kalınlık yaparak kontrol edilebilir. Farklı kırılma endeksi ile malzeme seçimi çeşitli renk ayarlamak için sınırlıdır. Bu sınırlama dinlenmek için ince film renk kaplama için eğik açısı ifade kullandı. İfade açı bağlı olarak Şekil 1badımında gösterildiği11, kat...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

Bu araştırma insansız araçlar gelişmiş çekirdek teknoloji araştırma ve geliştirme programı aracılığıyla insansız araç gelişmiş Araştırma Merkezi (Bilim Bakanlığı, ICT ve gelecek planlama, Güney Kore (tarafından finanse edilen UVARC) tarafından desteklenen 2016M1B3A1A01937575)

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
  KVE-2004LKore Vakum Tech. Ltd.E-ışınlı evaporatör sistemi
Cary 500Varian, ABDUV-Vis-NIR spektrofotometre
T1-H-10ElmaUltrasonik banyo
HSD150-03PMisung Scientific Co., LtdSıcak plaka
İzopropil Alkol (IPA)OCI Company Ltd.İzopropil Alkol (IPA)
Tamponlu Oksit Aşındırma 6:1AvantorTamponlu Oksit Aşındırma 6:1
AsetonOCI Company Ltd.Aseton
4 inç Silikon GofretHi-Solar Co., Ltd.4 inç Silikon Gofret (P-100, 1 - 20 ohm.cm, Tek tarafı cilalı, Kalınlık: 440 ± 20 μ m)
2 inç Silikon GofretHi-Solar Co., Ltd.2 inç Silikon Gofret (P-100, 1 - 20 ohm.cm, Tek tarafı cilalı, Kalınlık: 440 ± 20 μ m)

Kaynaklar

  1. Macleod, H. A. Thin-film optical filters. Institute of Physics Publishing. 3, 3rd, (2001).
  2. Baumeister, P. W. Optical Coating Technology. , SPIE Press. Bellingham, Washington. (2004).
  3. 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).
  4. Kats, M. A., et al. Ultra-thin perfect absorber employing a tunable phase change material. Appl. Phys. Lett. 101 (22), 221101(2012).
  5. 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).
  6. Song, H., et al. Nanocavity enhancement for ultra-thin film optical absorber. Adv. Mater. 26 (17), 2737-2743 (2014).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Moharam, M. G. Coupled-wave analysis of two-dimensional dielectric gratings. Proc. SPIE. 883, 8-11 (1988).
  10. Robbie, K., Sit, J. C., Brett, M. J. Advanced techniques for glancing angle deposition. J. Vac. Sci. Technol. B. 16 (3), 1115-1122 (1998).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Oliver, J. B., et al. Electron-beam–deposited distributed polarization rotator for high-power laser applications. Opt. Exp. 22 (20), 23883-23896 (2014).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Elektron Demeti Buharla t r cGermanyum BiriktirmeAlt n Yans tma TabakasSilikon Altl klarFilm G zeneklili i KontrolRenk Ayarlanabilirli i AnaliziYans tma l mleriKromatik De er D n m
Eğik açısı ifade kullanarak medya yüksek emici ile Ultra ince renk filmleri imalatı
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.