تصنيع الأفلام اللون رقيقة جداً مع الغاية استيعاب وسائل الإعلام استخدام الترسيب زاوية مائلة

Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

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.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Yoo, Y. J., Lee, G. J., Jang, K. I., Song, Y. M. Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition. J. Vis. Exp. (126), e56383, doi:10.3791/56383 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

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.

Introduction

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

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

  1. 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.
  2. 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-
  3. تنظيف ركائز Si ملصوق التتابع في الأسيتون والكحول الأيزوبروبيل (IPA) والمياه (DI) 3 s كل.
    1. باستخدام PTFE التنظيف الرقصة، sonicate ركائز Si ملصوق مع الأسيتون في حمام الموجات فوق الصوتية لمدة 3 دقائق على تردد 35 كيلو هرتز-
    2. لإزالة الأسيتون، شطف ركائز Si ملصوق مع أصد.
    3. كخطوة أخيرة للتنظيف، شطف ركائز Si ملصوق مع المياه دي-
  4. لإزالة الرطوبة، جاف الركيزة نظيفة مع بندقية ضربة نيتروجين أثناء الضغط عليه مع الملقط.

2. ترسب من "العاكس الاتحاد الأفريقي"

  1. 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-
  2. إخلاء غرفة ح 1 للوصول إلى فراغ عالية. يجب أن يكون الضغط قاعدة الدائرة فراغ عربة 4 × 10 -6-
  3. 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.
  4. 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-
  5. التنفيس عن قاعة ترسب طبقة
  6. "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-

  1. إعداد لوحة معدنية مصنوعة من معدن انحناء بسهولة مثل الألومنيوم.
  2. قطع اللوحة المعدنية إلى قطع ثلاثة سم 2 × 5 سم.
  3. 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)-
  4. 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.

  1. فيكس العينات الاتحاد الأفريقي أودع أربعة مع الشريط الكربون لصاحب عينة يميل بزاوية 0° 30°، 45° و 70 درجة، على التوالي.
  2. تحميل العينات أودع الاتحاد الأفريقي على صاحب العينة تميل إلى مبخر شعاع الإلكترون مع مصدر جنرال الكتريك لترسب زاوية مائلة.
  3. إخلاء غرفة ح 1 للوصول إلى فراغ عالية. يجب أن يكون الضغط قاعدة الدائرة فراغ عربة 4 × 10 -6-
  4. 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.
  5. 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.

  1. 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-
  2. 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-
  3. إخلاء غرفة 1 (ح) الوصول إلى فراغ عالية. يجب أن يكون الضغط قاعدة الدائرة فراغ عربة 4 × 10 -6-
  4. 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
  5. بعد الانتهاء من ترسب الطبقة الأولى جنرال الكتريك تنفيس الدائرة وإخراج العينة، لأن العينة بحاجة إلى إعادة تحديد موضعها وحصريا-
  6. إصلاح عينة لصاحب العينة يميل في وضع يمكنها من تحمل رأسا فيما يتعلق بموقف الترسيب الأولى.
  7. تحميل العينة على صاحب العينة يميل مع مصدر شركة جنرال الكتريك بحيث يواجه الحامل في نفس اتجاه ترسب الأولى.
  8. إخلاء غرفة ح 1 للوصول إلى فراغ عالية. يجب أن يكون الضغط قاعدة الدائرة فراغ عربة 4 × 10 -6-
  9. 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
  10. ترسب طبقة "بعد جنرال الكتريك"، التنفيس عن الدائرة وإخراج العينة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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 الشكل 2. من النتائج التجريبية، يمكن أن ينظر إلى أن ارتفاع ترسب الزوايا، تغيير اللون لكل زاوية الترسيب هو أقل وضوحاً.

ويبين الشكل 2b نتائج القياسات الانعكاس عينات ملفقة. يتم تغيير اللون بتحول في تراجع الحد الأدنى للانعكاس. كما هو موضح بتغيير لون الشكل 2a، تراجع انعكاس تحول ببطء ارتفاع ترسب الزوايا. مع كل من سمك طبقة جنرال الكتريك، يغير تراجع التفكير مع زاوية الترسيب. يتم تغيير اللون بهذه التحولات في تراجع التفكير.

لتحليل العينات ملفقة من منظور لون، الانعكاسيات المقاسة بحاجة إلى تحويلها إلى قيم وني. للتحويل إلى قيم لوني في حساباتنا، CIE 1931 الدالة القياسية المراقب، والأكثر شيوعاً تستخدم الدالة مطابقة الألوان، كان العاملين13. في الحساب، يتم ضرب الانعكاس يقاس اللون مطابقة دالة توزيع القدرة طيفية. يوضح الشكل 3 ألف الاستجابة الطيفية مع لون مطابقة دالة الانعكاس قياس العينات بزوايا مختلفة ترسب (أي، 0 °، 30 °، 45 ° و 70 درجة) وسمك طبقة جنرال الكتريك 15 نانومتر. من خلال دمج هذه الاستجابات الطيفية، مقياس قيم X، Y و Z، وهي المعالم الأساسية للتعبير عن معلومات اللون، يمكن الحصول عليها. في إحداثيات الألوان CIE، التصنيف للون المحدد بواسطة المعلمتين المشتقة x و y، وقيم طبيعية لكل قيم مقياس ثلاثة باستخدام المعادلات التالية:

Equation 1

Equation 2
استناداً إلى هذه المعادلات، يبين الشكل 3b التصنيف العينات بزوايا مختلفة ترسب في نظام إحداثيات CIE.

يظهر الشكل 4a القيم لوني بعد أنها تم تحويلها من الانعكاس المقاسة في الشكل 3 ألف في نظام الإحداثيات الألوان CIE. للمقارنة، كما تم رسم النتائج المحسوبة، كما هو موضح بالخطوط المتقطعة. في العملية الحسابية، مؤشرات فعالة لشركة جنرال الكتريك حسبت على أساس مسامية المتوقع لكل زاوية ترسب7. ثم، باستخدام هذه المؤشرات الفعالة، حسبت قيم الانعكاس بصرامة موجه إلى جانب التحليل (ركوا)9. مقارنة باستخدام نظام إحداثيات CIE، كانت مطابقة النتائج التجريبية أيضا إلى النتائج المحسوبة.

مقارنة نطاقات القيم لوني من العينات، أظهرت تلك العينات مع ارتفاع ترسب زوايا أوسع نطاق لوني. وهذا يعني أن مجموعة التعبيرات اللون كان واسعاً، مع أعلى نقاء اللون. نقاء اللون أعلى ارتفاع ترسب الزوايا يعزى إلى الانخفاض في التفكير السطحي الناجمة عن مسامية أعلى نتيجة لترسب في الزوايا العليا.

معلومات اللون تم تحويلها من الانعكاس يمكن تحويلها إلى قيم RGB لتمثيل الألوان15. ويبين الشكل 4b تمثيل الألوان بعد تحويل المعلومات لون من الانعكاس المقاسة من العينات إلى قيم RGB. الصور التي قد لا تمثل بدقة الألوان عينة حقيقية، نظراً للاختلافات في الإضاءة أو الظروف الأخرى، ولكن يمكن ملاحظة الاتجاه العام في تغيير لون من نموذج بعينه.

يبين الشكل 5 صور عينات ملفقة على رقاقة 2 بوصة، استخدام عملية مساحة كبيرة. عندما اختﻻق عينة كبيرة، سمك المودعة يختلف تبعاً لوضع السطح. إيجاد حل لهذه المشكلة القيام بالترسب في خطوتين، كما هو مفصل في الخطوة 5 من البروتوكول. الطبقة الأولى، حيث أن نصف سمك المرجوة، وتودع في زاوية ترسب إيجابية، وتودع في النصف الثاني بزاوية ترسب سلبي.  بهذه الطريقة، بإيداعها في زوايا إيجابية وسلبية، الاختلافات في سمك سوف تعوض بعضها البعض، ويمكن الحصول على سماكة موحدة.

أهدافنا كانت 20 نانومتر وسمك nm 40 في زاوية ترسب 45 °، ومع ذلك، أظهرت النتائج رواسب أكثر سمكا. هذا سبب سمك متوسط تعويض تشكلت في اتجاه عمودي في موضع أقرب إلى المصدر من حامل عينة16. وهكذا، عند تلفيق على نطاق واسع باستخدام هذا الأسلوب، فإنه ينبغي أن يتوقع أن الفيلم المودعة سوف تكون أكثر سمكا من سمك الهدف.

يصور الشكل 6 صور العينات ملفقة في زوايا مختلفة، وقياس الانعكاس في زوايا مختلفة في الحادث. كما هو موضح في الصور، هناك تغيير طفيف في الألوان استناداً إلى عرض الزوايا. كما يصعب نقلوا الانخفاضات الحد الأدنى من القيم المقاسة الانعكاس في زوايا مختلفة بزوايا الحادث. أساسا، ما هذه الطلاءات أرق كثير من الأطوال الموجية للضوء الحادث، هناك فارق ضئيل في المرحلة الناجمة عن تزايد من زاوية المقارنة مع حالة الإصابة العادية.

Figure 1
الشكل 1 : التخطيطية من () العينات التي أودعت في أصحاب العينة ميلا، وأفلام شركة جنرال الكتريك المسامية (ب) تم إنشاؤها بواسطة ترسب زاوية مائلة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
الطبقة = "إكسفيج" > الشكل 2: () صور عينات ملفقة في زوايا مختلفة من ترسب (أي، 0 °، 30 °، 45 ° و 70 درجة) مع سمك جنرال الكتريك مختلفة (أي10 نانومتر، 15 نانومتر، 20 نانومتر، 25 نانومتر، و 100 nm). غادر، تدرج رمادي-الأرقام تظهر مسح الصور مجهرية المقابلة للعينات مع جنرال الكتريك سمك 200 نانومتر لأفضل عرض مورفولوجية. شريط المقياس = 100 نانومتر. (ب) قياس أطياف الانعكاس لكل سمك جنرال الكتريك (أي، 10 نانومتر، 15 نانومتر، 20 نانومتر، و 25 نانومتر) مع زوايا مختلفة ترسب (أي، 0 °، 30 °، 45 ° و 70 درجة). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3 : () استجابة لوني مقياس القيم وشمال البحر الأبيض المتوسط (ب) وارسم CIE بزوايا مختلفة ترسب (أي، 0 °، 30 °، 45 ° و 70 درجة) في سمك 20 شركة جنرال الكتريك. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4 : () لوني القيم في إحداثيات CIE من القيم المقاسة الانعكاس عينات ملفقة، تبين النتائج المحسوبة.  (ب) تمثيل الألوان استناداً إلى الانعكاسيات قياس العينات ملفقة. غادر، تدرج رمادي-الأرقام تظهر مسح الصور مجهرية المقابلة للعينات مع جنرال الكتريك سمك 200 نانومتر لأفضل عرض مورفولوجية. شريط المقياس = 100 نانومتر. وهذا الرقم قد استنسخ من 7 مع إذن من "المجتمع الملكي للكيمياء". الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 5
الشكل 5 : صور لعينات ملفقة على رقاقة 2 بوصة مع سمك جنرال الكتريك مختلفة () 20 نانومتر، ونانومتر (ب) 40 في زاوية ترسب 45 °.

Figure 6
الرقم 6 : الصور بزوايا مختلفة من وجهة نظر من 5° إلى 60° وأطياف الانعكاس المقاسة في الزوايا المائلة من 20° إلى 60° من ملفقة عينات مع () سمك قة 15 نانومتر بزاوية ترسيب 0 °، شمال البحر الأبيض المتوسط (ب) بسمك 25 شركة جنرال الكتريك في ترسب gle من 70 درجة. وهذا الرقم قد استنسخ من يو جيه Y. et al. 7، بإذن من "المجتمع الملكي للكيمياء".

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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. مسامية المطبقة على شركة جنرال الكتريك الرقيقة-الفيلم يؤدي إلى تغيير في مؤشر فعال لشركة جنرال الكتريك طبقة7. تغيير المرحلة على ضوء نشر في الأجلين المتوسط وجنرال الكتريك يختلف مع تغيير مؤشر فعال بترسب زاوية مائلة. نتيجة لذلك يتغير اللون مع ظروف مختلفة تدخل في الأطوال الموجية المرئية. لا سيما في الأفلام اللون رقيقة جداً، ولدينا المحسن انخفاض مؤشر فعال في زاوية ترسيب عالية منحرف نقاء اللون مع انعكاس السطح السفلي وألواح مع تغيير مرحلة أصغر.

في البروتوكول، ولدينا هو الخطوة 4 أهم عملية التلون. أن نجاح تنفيذ الخطوة 4، نعتبر أن جودة الفيلم عاملاً حاسما في تلوين الطلاء الضوئية رقيقة. جودة الفيلم يمكن تغيير الانكسار، ومهارة يؤثر على التلوين. جودة الفيلم يعتمد على طبيعة وظروف من معدات الترسيب. وفي حالتنا، كمبخر شعاع إلكترون معدات ترسيب، واستمرت معدلات الترسب والضغط المستمر لضمان الاستقرار على الفيلم. علاوة على ذلك، قمنا بقياس الثوابت البصرية للأغشية الرقيقة التي أودعت في ظل هذه الظروف مستمرة، ويمكن باستخدام الثوابت الضوئية المقاسة، وتوقع لون الفيلم رقيقة وحلل. لتحقيق لون المطلوب الضبط وضبط اللون باستخدام سمك الفيلم، ضمان استقرار الأوضاع، مثل معدل الضغط وترسب من معدات الترسيب. خاصة، في حالة المعدات المختلفة، تحتاج إلى ظروف مختلف المعدات الأمثل لضبط اللون رقيقة جداً الأفلام.

في مساحة كبيرة زاوية مائلة عملية الترسيب، وترسب الفيلم غير موحدة بسبب اختلاف الرأسي بين المصدر والركيزة. في عملية التبخر شعاع الإلكترون، تتفاوت كثافة تدفق بخار في الاتجاه العمودي من المصدر. في الزوايا المائلة عالية، هناك فرق رأسي تبعاً للموقف الركازة، الذي يسبب كثافة التدفق تودع بشكل مختلف تبعاً لوضع السطح.

ووضعت هذه العملية بالتفصيل في الخطوة 5 من البروتوكول للتعويض عن هذا. هذا الأسلوب هو بسيط ويمكن اتباعها بسهولة دون تعديل المعدات. ومع ذلك، كما هو مذكور في المقطع النتائج، العملية يميل إلى يؤدي إلى زيادة سماكة الفيلم من سمك الهدف. هي طريقة عملية منطقة كبيرة أخرى يمكن أن تحل هذه المشكلة سمك لتعديل تشاك في الدائرة بحيث يتم تحميل العينة ذلك أنها تدور في محور ع. عندما يتم تحميل العينة في مركز الدوران محور ع، وسط العينة سوف تظل دائماً على مسافة ثابتة من المصدر. ولذلك، حتى مع الترسب في زوايا إيجابية وسلبية، يمكن أن يتحقق بسمك موحد. وعلاوة على ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه لا يمكن تغيير زاوية مائلة للعينة مع الحفاظ على الفراغ نظراً لتشاك للتدوير في محور "ع" داخل الدائرة.

وفي الختام، قدمنا عملية لاختلاق الأفلام اللون رقيقة جداً استخدام الترسيب زاوية مائلة مع مبخر شعاع إلكترون. وبالإضافة إلى ذلك، نحن بالتفصيل طريقة لتحويل قياس الخصائص البصرية للعينات ملفقة إلى معلومات اللون، وحلل لهم من حيث اللون مع إحداثياتها CIE. أيضا يمكن أن تكون هذه العملية المستخدمة لقياس وتحليل ألوان العينات ملفقة مفيدة لتحليل مختلف هياكل التلوين الأخرى. في هذه الدراسة، لوحظت تغيرات في اللون تبعاً لسمك الفيلم رقيقة جداً وزاوية الترسيب. هياكلنا اللون رقيقة جداً يمكن استخدامها على نطاق واسع لمختلف التطبيقات غشاء رقيق مثل أقطاب لون مرنة، وخلايا شمسية رقيقة، والمرشحات الضوئية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

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)

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)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics