अत्यंत अवशोषित मीडिया परोक्ष कोण जमाव का उपयोग कर के साथ अल्ट्रा-पतली रंग फिल्मों का निर्माण

Engineering

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Summary

हम ऑप्टिकल कोटिंग्स के लिए बेहतर विशेषताओं के साथ अल्ट्रा पतली रंग फिल्मों के निर्माण के लिए एक विस्तृत विधि प्रस्तुत करते हैं । टेढ़ा कोण जमाव तकनीक एक इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण का उपयोग कर सुधार रंग tunability और पवित्रता की अनुमति देता है । Si सब्सट्रेट पर जीई और Au की गढ़े फिल्मों चिंतनशील माप और रंग जानकारी रूपांतरण द्वारा विश्लेषण किया गया ।

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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).

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Abstract

अल्ट्रा पतली फिल्म संरचनाओं ऑप्टिकल कोटिंग्स के रूप में उपयोग के लिए बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है, लेकिन प्रदर्शन और निर्माण चुनौतियों रहते हैं ।  हम बेहतर विशेषताओं के साथ अल्ट्रा पतली रंग फिल्मों के निर्माण के लिए एक उन्नत विधि प्रस्तुत करते हैं । प्रस्तावित प्रक्रिया बड़े क्षेत्र प्रसंस्करण सहित कई निर्माण मुद्दों, पते । विशेष रूप से, प्रोटोकॉल अल्ट्रा के लिए एक प्रक्रिया का वर्णन-पतली रंग फिल्मों जर्मेनियम के टेढ़ा कोण जमाव के लिए एक इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण (जीई) और सिलिकॉन (एसआई) सब्सट्रेट पर सोना (Au) का उपयोग कर ।  टेढ़े कोण बयान द्वारा उत्पादित फिल्म porosity अल्ट्रा पतली फिल्म में रंग परिवर्तन लाती है । रंग बदलने की डिग्री जमाव कोण और फिल्म मोटाई जैसे कारकों पर निर्भर करता है । अल्ट्रा पतली रंग फिल्मों के गढ़े नमूनों में सुधार रंग tunability और रंग पवित्रता दिखाया । इसके अलावा, गढ़े नमूनों की मापा चिंतनशील रंगीन मूल्यों में परिवर्तित और रंग के मामले में विश्लेषण किया गया था । हमारे अल्ट्रा पतली फिल्म निर्माण विधि लचीला रंग इलेक्ट्रोड, पतली फिल्म सौर कोशिकाओं, और ऑप्टिकल फिल्टर के रूप में विभिन्न अल्ट्रा पतली फिल्म अनुप्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया जा करने के लिए उम्मीद है । इसके अलावा, गढ़े नमूनों के रंग का विश्लेषण करने के लिए यहां विकसित की प्रक्रिया विभिंन रंग संरचनाओं का अध्ययन करने के लिए मोटे तौर पर उपयोगी है ।

Introduction

सामांय में, पतली फिल्म ऑप्टिकल कोटिंग्स के प्रदर्शन के प्रकार पर आधारित है ऑप्टिकल हस्तक्षेप वे उत्पादन, उच्च प्रतिबिंब या संचरण के रूप में । ढांकता पतली फिल्मों में, ऑप्टिकल हस्तक्षेप केवल तिमाही तरंग मोटाई (λ/4n) के रूप में संतोषजनक शर्तों द्वारा प्राप्त किया जा सकता है । हस्तक्षेप सिद्धांतों लंबे समय ऐसे Fabry के रूप में विभिंन ऑप्टिकल अनुप्रयोगों में इस्तेमाल किया गया है-टेकनॉलजी interferometers और वितरित डींग मारने1,2। हाल के वर्षों में, पतली फिल्म संरचनाओं धातुओं और अर्धचालक के रूप में अत्यधिक शोषक सामग्री का उपयोग कर व्यापक रूप से अध्ययन किया गया है3,4,5,6। मजबूत ऑप्टिकल हस्तक्षेप पतली फिल्म कोटिंग एक धातु फिल्म है, जो प्रतिबिंबित तरंगों में गैर तुच्छ चरण परिवर्तन पैदा पर एक शोषक अर्धचालक सामग्री द्वारा प्राप्त किया जा सकता है । इस प्रकार की संरचना अल्ट्रा पतली कोटिंग्स जो ढांकता पतली फिल्म कोटिंग्स से काफी पतले हैं अनुमति देता है ।

हाल ही में, हम porosity7का उपयोग कर उच्च शोषक पतली फिल्मों के रंग tunability और रंग शुद्धता में सुधार के तरीके का अध्ययन किया । जमा की गई फिल्म के porosity को नियंत्रित करके तनु-फिल्मी माध्यम के प्रभावी अपवर्तन सूचकांक कोबदला जा सकता है. प्रभावी अपवर्तन सूचकांक में यह परिवर्तन ऑप्टिकल विशेषताओं में सुधार की अनुमति देता है । इस आशय के आधार पर, हम विभिंन मोटाई और कठोर युग्मित वेव विश्लेषण (RCWA)9का उपयोग कर गणना द्वारा porosities के साथ अल्ट्रा पतली रंग फिल्मों डिजाइन किए हैं । हमारे डिजाइन प्रत्येक porosity7में अलग फिल्म मोटाई के साथ रंग प्रस्तुत करता है ।

हम एक सरल विधि, टेढ़ा कोण जमाव, उच्च शोषक पतली फिल्म कोटिंग्स के porosity को नियंत्रित करने के लिए कार्यरत हैं । टेढ़ा कोण बयान तकनीक मूल रूप से इस तरह एक इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण या थर्मल वाष्पीकरण के रूप में एक ठेठ जमाव प्रणाली, को जोड़ती है, एक झुका सब्सट्रेट10के साथ. घटना प्रवाह के टेढ़ा कोण परमाणु छाया, जो क्षेत्रों है कि वाष्प प्रवाह सीधे11तक नहीं पहुंच सकता है पैदा करता है बनाता है । टेढ़ा कोण जमाव तकनीक व्यापक रूप से विभिंन पतली फिल्म कोटिंग अनुप्रयोगों में इस्तेमाल किया गया है12,13,14

इस काम में, हम विस्तार के लिए एक इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण का उपयोग कर परोक्ष जमाव से अल्ट्रा पतली रंग फिल्मों के निर्माण के लिए प्रक्रियाओं । इसके अलावा, बड़े क्षेत्र प्रसंस्करण के लिए अतिरिक्त तरीकों को अलग से प्रस्तुत कर रहे हैं । प्रक्रिया कदम के अलावा, कुछ नोट है कि निर्माण की प्रक्रिया के दौरान ध्यान में रखा जाना चाहिए विस्तार से समझाया जाता है ।

हम भी गढ़े नमूनों के रिफ्लेक्टर को मापने और उंहें विश्लेषण के लिए रंग जानकारी में परिवर्तित करने के लिए प्रक्रियाओं की समीक्षा करें, ताकि वे CIE रंग निर्देशांक और आरजीबी मान15में व्यक्त किया जा सकता है । इसके अलावा, कुछ मुद्दों अल्ट्रा के निर्माण की प्रक्रिया में विचार करने के लिए पतली रंग फिल्मों पर चर्चा कर रहे हैं ।

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Protocol

सावधानी: इस प्रोटोकॉल में इस्तेमाल होने वाले कुछ केमिकल्स ( यानी , बफर ऑक्साइड खोदना, isopropyl अल्कोहल, आदि ) सेहत के लिए खतरनाक हो सकते हैं । किसी भी नमूना तैयारी जगह लेता है पहले सभी प्रासंगिक सामग्री सुरक्षा डेटा शीट से परामर्श करें । उचित व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण का उपयोग ( जैसे , लैब कोट, सुरक्षा चश्मा, दस्ताने, आदि ) और इंजीनियरिंग नियंत्रण ( जैसे , गीले स्टेशन, धुएं डाकू, आदि) जब etchants और सॉल्वैंट्स हैंडलिंग ।

< p class = "jove_title" > 1. एसआई सब्सट्रेट

  1. एक हीरे कटर का उपयोग कर की तैयारी, 2 सेमी x 2 सेमी आकार वर्गों में एक 4 इंच सिलिकॉन (Si) वेफर में कटौती । रंग के नमूने बनाने के लिए, सब्सट्रेट आमतौर पर 2 सेमी एक्स 2 सेमी कटौती है, लेकिन बड़ा हो सकता है, नमूना धारक के आकार के आधार पर टेढ़ा कोण जमाव के लिए इस्तेमाल किया.
  2. Polytetrafluoroethylene (PTFE) डोल का उपयोग कर देशी ऑक्साइड को दूर करने के लिए, 3 एस के लिए बफर ऑक्साइड नक़्क़ाशी (बोए) में सट एसआई सब्सट्रेट्स डुबकी सावधानी : कृपया सुरक्षा के लिए उपयुक्त सुरक्षा पहनें ।
  3. एसीटोन में क्रमिक रूप से सट एसआई सब्सट्रेट साफ, isopropyl शराब (आइपीए), और (DI) पानी के लिए 3 s प्रत्येक.
    1. PTFE सफाई जिग का उपयोग कर, sonicate के साथ एक अल्ट्रासोनिक स्नान में एसीटोन के साथ सट एसआई सब्सट्रेट ३५ kHz की एक आवृत्ति पर 3 मिनट के लिए.
    2. को हटाने के लिए, एसीटोन, आइपीए के साथ सट एसआई सब्सट्रेट कुल्ला ।
    3. सफाई के अंतिम चरण के रूप में, DI पानी के साथ सट एसआई सब्सट्रेट कुल्ला.
  4. नमी को दूर करने के लिए, एक नाइट्रोजन झटका बंदूक के साथ स्वच्छ सब्सट्रेट सूखी, जबकि यह संदंश के साथ पकड़े. & #160;
< p class = "jove_title" > 2. Au रिफ्लेक्टर के जमाव

  1. संदंश और कार्बन टेप का उपयोग कर, एक फ्लैट नमूना धारक पर साफ एसआई सब्सट्रेट ठीक और धारक और तिवारी Au स्रोतों के साथ इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण के चैंबर में जगह है ।
  2. 1 एच के लिए चैंबर खाली उच्च वैक्यूम तक पहुंचने के लिए । वैक्यूम चैंबर के आधार दबाव 4 x 10 -6 Torr.
  3. होना चाहिए
  4. एक आसंजन परत के रूप में इलेक्ट्रॉन बीम के 5-7% के साथ 10 एनएम की मोटाई के लिए जमा करें मैनुअल मोड में ७.५ केवी के एक डीसी वोल्टेज, जो 1 & #197 की एक जमाव दर देता है पर नियंत्रण शक्ति;/sec.
    नोट: एक ही मोटाई की एक सीआर परत, एक Ti परत के बजाय, आसंजन परत के रूप में जमा किया जा सकता है ।
  5. इलेक्ट्रॉन बीम के 13-15% के साथ १०० एनएम की मोटाई के लिए एक प्रतिबिंब परत के रूप में Au परत जमा मैनुअल मोड में नियंत्रित ७.५ केवी के एक डीसी वोल्टेज, जो 2 के एक जमाव दर देता है & #197;/sec.
    नोट: Au प्रतिबिंब परत की मोटाई से अधिक १०० एनएम हो सकता है । १०० एनएम की एक मोटाई यहां जमा के रूप में संभव के रूप में पतली के रूप में प्रतिबिंब परत कर रहा है, जबकि Au.
  6. के ऑप्टिकल गुणों को बनाए रखने
  7. के बाद Au परत जमाव, कक्ष वेंट और बाहर नमूने ले । वे टेढ़ा कोण जमाव के लिए झुका नमूना धारक के साथ पुनः लोड करने की आवश्यकता होगी ।
< p class = "jove_title" > 3. टेढ़े कोण जमाव के लिए झुका नमूना धारक की तैयारी

< p class = "jove_content" > नोट: ऐसी कई विधियाँ हैं जिनका उपयोग परोक्ष जमाव के लिए किया जा सकता है, जैसे कि z-अक्ष घूर्णन चक < सुप वर्ग = "xref" > 16 , लेकिन इस आवश्यकता उपकरण संशोधन और फिल्में केवल एक समय में एक कोण पर जमा की जा सकती हैं । कुशलतापूर्वक अलग जमाव कोण द्वारा उत्पादित रंग में परिवर्तन का पालन करने के लिए, हम नमूना धारकों है कि विभिन्न कोणों पर नमूनों झुका इस्तेमाल किया. परिशुद्धता के लिए, झुका नमूना धारक धातु प्रसंस्करण के उपकरण का उपयोग किया जा सकता है । हालांकि, इस पत्र में हम एक सरल विधि का परिचय देते हैं जिसका आसानी से पालन किया जा सकता है ।

  1. एल्यूमीनियम के रूप में एक आसानी से bendable धातु से बना एक धातु की थाली तैयार करते हैं ।
  2. ने मेटल प्लेट को तीन 2 सेमी x 5 सेमी के टुकड़ों में काटा ।
  3. एक ट्रेक्टर के साथ फर्श करने के लिए धातु टुकड़ा तय, कम पक्ष पकड़ और वांछित जमाव कोण करने के लिए धातु मोड़ ( यानी , 30 & #176;, ४५ & #176;, और ७० & #176;).
  4. कार्बन टेप का उपयोग कर 4 इंच नमूना धारक को तुला धातु के टुकड़े देते हैं ।
< p class = "jove_title" > 4. जीई लेयर की टेढ़ी कोण का जमाव

< p class = "jove_content" > नोट: इस अनुभाग में, योजनाबद्ध आरेखों को < सशक्त वर्ग में देखें = "xfig" > चित्रा 1 झुका नमूना धारकों पर जमा नमूनों की, और छिद्रित जीई फिल्मों, परोक्ष अनुसरण कोण साठा.

  1. 0 & #176 के कोणों पर एक झुका नमूना धारक को कार्बन टेप के साथ चार Au जमा नमूनों को ठीक करें;, 30 & #176;, ४५ & #176;, व ७० & #176;, क्रमश.
  2. तिरछा कोण जमाव के लिए एक जीई स्रोत के साथ इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण में झुका नमूना धारक पर Au-जमा नमूनों लोड ।
  3. 1 एच के लिए चैंबर खाली उच्च वैक्यूम तक पहुंचने के लिए । वैक्यूम चैंबर के आधार दबाव 4 x 10 -6 Torr.
  4. होना चाहिए
  5. 6-8% के साथ एक रंग परत के रूप में जीई की परत जमा ७.५ केवी, जो 1 & #197 की एक जमाव दर देता है की एक डीसी वोल्टेज पर मैनुअल मोड में नियंत्रित शक्ति का/sec. इस बयान चार नमूनों पर जीई परत की मोटाई 10 एनएम, 15 एनएम, 20 एनएम, और 25 एनएम, क्रमशः कर रहे हैं ।
    नोट: जमाव 10 एनएम, 15 एनएम, 20 एनएम, और 25 एनएम की मोटाई प्रत्येक जमाव कोण के लिए रंग परिवर्तन की तुलना की सुविधा के लिए चुना गया । एक अलग कोण और मोटाई (5-60 एनएम) के लिए एक विशेष रंग प्राप्त करने के लिए चुना जा सकता है ।
  6. जीई लेयर के जमाव के बाद
  7. ने चैंबर में जमकर भड़ास निकाली और नमूनों को बाहर निकाला ।
< p class = "jove_title" > 5. बड़े क्षेत्रों के लिए टेढ़ा कोण जमाव प्रक्रिया

< p class = "jove_content" > नोट: यदि तिरछा कोण जमाव के लिए प्रयुक्त नमूना का आकार छोटा है, तो यह चरण 4 में विस्तृत प्रक्रिया द्वारा गढ़े जा सकते हैं । हालांकि, अगर नमूना गढ़े जाने के आकार के बड़े है, यह z-अक्ष < सुप वर्ग = "xref" > 16 साथ वाष्पीकरण प्रवाह में भिन्नता के कारण फिल्म एकरूपता बनाए रखने के लिए मुश्किल हो जाता है. इसलिए, एक अलग अतिरिक्त प्रक्रिया, चरण 5, बड़ा नमूना बनाना और एक समान रंग प्राप्त करने के लिए आवश्यक है ।

  1. 2 इंच वेफर के लिए, चरण 2 में बड़े नमूने पर au परत जमा करने के बाद, au-जमा बड़े नमूने को ठीक ४५ & #176; इच्छुक नमूना धारक ।
    नोट: चूंकि हमारे इच्छुक नमूना धारक छोटे नमूनों को फिट करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, सभी कोणों पर बड़े नमूनों को लोड कर रहा है ( अर्थात , 0 & #176;, 30 & #176;, ४५ & #176;, और ७० & #176;) नमूनों के बीच व्यवधान पैदा करेगा । इसलिए, परोक्ष एक प्रक्रिया में विभिंन कोणों पर बड़े आकार के नमूने जमा करने के लिए, यह एक झुका नमूना बड़े आकार के नमूनों के लिए उपयुक्त धारक है आवश्यक है ।
  2. लोड Au-टेढ़ा कोण जमाव के लिए एक जीई स्रोत के साथ इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण में झुका नमूना धारक पर बड़े नमूना जमा ।
    नोट: जब नमूना लोड कर रहा है, दूसरा जमाव परत पहले जमाव के रूप में एक ही दिशा में जमा किया जाना चाहिए, तो लोड नमूना की दिशा ध्यान दें । सुविधा के लिए, यह सिफारिश की है कि नमूना धारक चैंबर के सामने का सामना करना पड़ रहा भरी हुई है ।
  3. 1 ज के लिए चैंबर खाली उच्च शूंय तक पहुंचें । वैक्यूम चैंबर के आधार दबाव 4 x 10 -6 Torr.
  4. होना चाहिए
  5. 10 एनएम के एक जमाव मोटाई के लिए एक रंग परत के रूप में जीई परत जमा, जो 20 एनएम के लक्ष्य मोटाई का आधा है, के साथ 6-8% की इलेक्ट्रॉन बीम मैनुअल मोड में नियंत्रित बिजली की एक डीसी वोल्टेज में ७.५ केवी, जो 1 के एक जमाव दर देता है & #197;/sec.
  6. पहले जीई परत के जमाव के बाद समाप्त हो गया है, कक्ष वेंट और बाहर नमूना ले, क्योंकि नमूना की जरूरत है और पुनः लोड किया जाएगा ।
  7. एक स्थिति है जो पहले जमाव की स्थिति के संबंध में उल्टा है में झुका नमूना धारक के लिए नमूने को ठीक ।
  8. जीई स्रोत के साथ झुका नमूना धारक पर नमूना लोड इतना है कि धारक पहले जमाव के रूप में एक ही दिशा में चेहरे ।
  9. 1 एच के लिए चैंबर खाली उच्च वैक्यूम तक पहुंचने के लिए । वैक्यूम चैंबर के आधार दबाव 4 x 10 -6 Torr.
  10. होना चाहिए
  11. 10 एनएम के एक जमाव मोटाई के लिए एक रंग परत के रूप में जीई परत जमा, जो 20 एनएम के लक्ष्य मोटाई का आधा है, के साथ 6-8% की इलेक्ट्रॉन बीम मैनुअल मोड में नियंत्रित बिजली की एक डीसी वोल्टेज में ७.५ केवी, जो 1 के एक जमाव दर देता है & #197;/sec.
  12. जीई लेयर के जमाव के बाद
  13. ने चैंबर में जमकर भड़ास निकाली और सैंपल ले लिए ।

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Representative Results

चित्रा 2a 2 सेमी x 2 सेमी गढ़े नमूनों की छवियों को दर्शाता है । नमूने इतने गढ़े गए थे कि फिल्मों की अलग मोटाई (यानी, 10 एनएम, 15 एनएम, 20 एनएम, और 25 एनएम) और अलग कोणों (यानी, 0 °, 30 °, ४५ °, और ७० °) पर जमा किए गए थे । जमा फिल्मों का रंग दोनों नमूनों की मोटाई और जमाव कोण के संयोजन के आधार पर बदलता है । फिल्म के porosity में बदलाव से रंग बरसने में बदलाव. बयान कोण पर निर्भर करता है, व्यक्तिगत नैनो के इच्छुक arrays-कॉलम सब्सट्रेट पर बनाया, के रूप में चित्रा 2की बाईं SEM छवियों में दिखाया जाता है । प्रयोगात्मक परिणामों से, यह देखा जा सकता है कि उच्च जमाव कोण पर, प्रत्येक जमाव कोण के लिए रंग परिवर्तन कम स्पष्ट है ।

चित्रा बी + गढ़े नमूनों की चिंतनशील माप के परिणाम से पता चलता है. रंग चिंतनशील की न्यूनतम डुबकी में बदलाव से बदल जाता है । के रूप में चित्रा 2aमें रंग परिवर्तन द्वारा दिखाया गया है, प्रतिबिंब डुबकी उच्च जमाव कोण पर धीरे से स्थानांतरित कर दिया गया है । प्रत्येक जीई परत मोटाई के साथ, प्रतिबिंब डुबकी कोण के साथ परिवर्तन । रंग प्रतिबिंब डुबकी में इन पारियों से बदल जाता है ।

एक रंग परिप्रेक्ष्य से गढ़े नमूनों का विश्लेषण करने के लिए, मापा reflectances रंगीन मूल्यों में परिवर्तित करने की आवश्यकता है । रंगीन मूल्यों के लिए रूपांतरण के लिए, हमारी गणना में, CIE १९३१ मानक पर्यवेक्षक समारोह, सबसे अधिक इस्तेमाल किया रंग मिलान समारोह,13कार्यरत थे । गणना में, मापा चिंतनशील एक वर्णक्रमीय बिजली वितरण के रूप में रंग मिलान समारोह से गुणा है । चित्रा 3 ए अलग जमाव कोण (यानी, 0 °, 30 °, ४५ °, और ७० डिग्री के साथ नमूनों की मापा प्रतिबिंबित करता है के रंग मिलान समारोह के साथ वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया प्रदर्शित करता है) और 15 एनएम के एक जीई परत मोटाई । इन वर्णक्रमीय प्रतिक्रियाओं को एकीकृत करके, tristimulus मूल्यों के एक्स, वाई, और जेड, जो रंग जानकारी व्यक्त करने के लिए बुनियादी मापदंडों कर रहे हैं प्राप्त किया जा सकता है । CIE रंग निर्देशांक में, एक रंग की रंगीनता दो व्युत्पंन पैरामीटर x और y द्वारा निर्दिष्ट किया गया है, और निम्न समीकरणों का उपयोग करते हुए सभी तीन tristimulus मानों की सामान्यीकृत मान:

Equation 1

Equation 2
इन समीकरणों के आधार पर, चित्र बी CIE निर्देशांक प्रणाली में विभिन्न जमाव कोण के साथ नमूनों की रंगीनता से पता चलता है.

चित्रा 4a रंगीन मूल्यों से पता चलता है के बाद वे CIE रंग निर्देशांक प्रणाली में आंकड़ा 3 में मापा चिंतनशील से परिवर्तित कर दिया गया है. तुलना के लिए, परिकलित परिणाम भी प्लॉट किए गए थे, जैसा कि डैश्ड रेखाओं द्वारा दिखाया गया है । परिकलन में, जीई के प्रभावी सूचकांकों की गणना प्रत्येक जमाव कोण7के लिए अपेक्षित porosities के आधार पर की गई थी । फिर, इन प्रभावी सूचकांकों का उपयोग करते हुए, चिंतनशील मूल्यों कठोर युग्मित वेव विश्लेषण द्वारा गणना की गई (RCWA)9। CIE निर्देशांक प्रणाली का उपयोग तुलना में, प्रयोगात्मक परिणाम अच्छी तरह से परिकलित परिणामों के लिए मिलान किया गया.

नमूनों की रंगीन मूल्यों की पर्वतमाला की तुलना, उच्च जमाव कोण के साथ उन नमूनों एक व्यापक रंगीन रेंज का प्रदर्शन किया । इसका मतलब यह है कि रंग की अभिव्यक्ति की सीमा, उच्च रंग शुद्धता के साथ व्यापक था । उच्च जमाव कोण पर उच्च रंग शुद्धता उच्च कोण पर जमाव के कारण उच्च porosity से उत्पंन सतह प्रतिबिंब में कमी करने के लिए जिंमेदार ठहराया है ।

चिंतनशील से कनवर्ट की गई रंग जानकारी को रंगों15का प्रतिनिधित्व करने के लिए RGB मानों में कनवर्ट किया जा सकता है । चित्रा 4b आरजीबी मूल्यों के लिए नमूनों की मापा चिंतनशील से रंग जानकारी परिवर्तित करने के बाद रंग प्रतिनिधित्व से पता चलता है. तस्वीरें सही नमूना रंग का प्रतिनिधित्व नहीं कर सकते हैं, रोशनी या अन्य स्थितियों में मतभेद के कारण, लेकिन नमूना नमूना से रंग परिवर्तन में समग्र प्रवृत्ति देखा जा सकता है.

चित्रा 5 एक 2 इंच वेफर पर गढ़े नमूनों की छवियों से पता चलता है, बड़े क्षेत्र की प्रक्रिया का उपयोग कर । जब एक बड़े नमूने गढ़े, जमा मोटाई सतह की स्थिति के आधार पर अलग है । इस समस्या का समाधान के रूप में प्रोटोकॉल के चरण 5 में विस्तृत के रूप में, दो चरणों में जमाव करने के लिए है । पहली परत, वांछित मोटाई के आधे के साथ, एक सकारात्मक जमाव कोण पर जमा है, और दूसरी छमाही एक नकारात्मक जमाव कोण पर जमा है ।  इस तरह, सकारात्मक और नकारात्मक कोण पर जमा करके, मोटाई में मतभेदों को एक दूसरे की भरपाई करेगा, और एक समान मोटाई प्राप्त किया जा सकता है ।

हमारे लक्ष्य ४५ डिग्री के एक जमाव कोण पर 20 एनएम और ४० एनएम मोटाई थे, तथापि, परिणाम मोटा जमा दिखाया । इसका कारण यह है कि क्षतिपूर्ति औसत मोटाई का नमूना धारक16से स्रोत के करीब स्थिति में अनुलंब दिशा में बनाया गया था । इस प्रकार, जब एक बड़े पैमाने पर इस पद्धति का उपयोग कर गढ़े, यह उंमीद की जानी चाहिए कि जमा फिल्म लक्ष्य मोटाई से मोटा हो जाएगा ।

चित्रा 6 अलग देखने के कोण पर गढ़े नमूनों की छवियों को दर्शाया गया है, और अलग घटना कोण पर प्रतिबिंबित करता मापा । के रूप में छवियों में दिखाया गया है, वहां कोण को देखने के आधार पर रंग में थोड़ा परिवर्तन है । विभिंन कोणों पर मापा चिंतनशील मूल्यों की ंयूनतम डुबकी भी शायद ही घटना के कोण से स्थानांतरित कर रहे थे । मूल रूप से, के रूप में इन कोटिंग्स घटना प्रकाश की तरंग दैर्ध्य की तुलना में बहुत पतले हैं, वहाँ छोटे चरण सामान्य घटना के मामले के साथ तुलना में घटनाओं की वृद्धि की कोण से उत्पन्न अंतर है.

Figure 1
चित्र 1 : के योजनाबद्ध आरेख (a) नमूनों को झुका हुआ नमूना धारकों पर जमा किया, और () टेढ़ा कोण जमाव के द्वारा निर्मित छिद्रित जीई फिल्में. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
class = "xfig" > चित्रा 2: (a) विभिन्न जमाव कोणों पर गढ़े नमूनों की छवियां (यानी, 0 °, 30 °, ४५ °, और ७० °) अलग जीई मोटाई के साथ (यानी, 10 एनएम, 15 एनएम, 20 एनएम, 25 एनएम, और १०० एनएम) । वाम, ग्रे पैमाने के आंकड़े बेहतर आकृति विज्ञान दिखाने के लिए २०० एनएम के जीई मोटाई के साथ नमूनों के लिए इसी स्कैनिंग माइक्रोस्कोपी छवियों को दिखाने । स्केल बार = १०० एनएम । (ख) प्रत्येक जीई मोटाई (यानी, 10 एनएम, 15 एनएम, 20 एनएम, और 25 एनएम) अलग जमाव कोण (यानी, 0 °, 30 °, ४५ °, और ७० डिग्री) के साथ के लिए मापा जाता है स्पेक्ट्रा । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3 : (एक) tristimulus मूल्यों के रंगीन प्रतिक्रिया और () अलग जमाव कोण (यानी, 0 °, 30 °, ४५ °, और ७० °) के साथ CIE साजिश 20 एनएम के एक जीई मोटाई पर । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4 : (a) CIE में रंगीन मानों, परिकलित परिणामों को दिखाते हुए, गढ़े गए नमूनों के मापा गया प्रतिबिंबित मूल्यों से निर्देशांक ।  (b) गढ़े नमूनों की मापी reflectances के आधार पर रंग निरूपण । वाम, ग्रे पैमाने के आंकड़े बेहतर आकृति विज्ञान दिखाने के लिए २०० एनएम के जीई मोटाई के साथ नमूनों के लिए इसी स्कैनिंग माइक्रोस्कोपी छवियों को दिखाने । स्केल बार = १०० एनएम । यह आंकड़ा 7 से रसायन विज्ञान के रॉयल सोसायटी से अनुमति के साथ reproduced किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्र 5 : 2 पर गढ़े नमूनों की छवियां-(एक) 20 एनएम के विभिंन जीई मोटाई के साथ इंच वेफर, और (b) ४० एनएम ४५ डिग्री के एक कोण पर ।

Figure 6
चित्र 6 : 5 ° से ६० ° को देखने के विभिंन कोणों के साथ छवियां और मापा स्पेक्ट्रा से टेढ़ा कोण पर 20 ° से ६० डिग्री के साथ गढ़े नमूनों की (a) एक जीई मोटाई के एक 15 एनएम के कोण पर 0 °, () एक एक साठा में एक 25 एनएम के जीई मोटाई gle of ७० °. यह आंकड़ा वाई. जे. यू एट अल से reproduced किया गया है । 7, रसायन विज्ञान के रॉयल सोसायटी से अनुमति के साथ ।

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Discussion

रंगाई3,4,5,6के लिए पारंपरिक पतली फिल्म कोटिंग्स में, रंग विभिन्न सामग्रियों फेरबदल और मोटाई समायोजन द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है । विभिन्न अपवर्तन सूचकांक के साथ सामग्री के चुनाव के विभिंन रंगों ट्यूनिंग के लिए सीमित है । इस सीमा को आराम करने के लिए, हम पतली फिल्म रंग कोटिंग करने के लिए टेढ़ा कोण जमाव का शोषण किया । बयान कोण पर निर्भर करता है, जीई परत के porosity परमाणु छाया11, के रूप में आंकड़ा 1bमें दिखाया द्वारा बदल दिया है । जीई पतली फिल्म के लिए लागू porosity जीई परत7के प्रभावी सूचकांक में बदलाव का कारण बनता है । जीई मीडियम में प्रचार प्रकाश का चरण परिवर्तन टेढ़े कोण जमाव द्वारा प्रभावी सूचकांक के परिवर्तन के साथ बदलता रहता है. एक परिणाम के रूप में, रंग दिखाई तरंग दैर्ध्य में विभिंन हस्तक्षेप की स्थिति के साथ बदल जाता है । विशेष रूप से हमारे अल्ट्रा में पतली रंग फिल्मों, कम प्रभावी सूचकांक एक अत्यधिक परोक्ष जमाव कोण पर कम सतह प्रतिबिंब और एक छोटे चरण परिवर्तन के साथ tunability के साथ रंग शुद्धता बढ़ाया ।

हमारे प्रोटोकॉल में, चरण 4 रंगाई के लिए सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया है । सफलतापूर्वक चरण 4 निष्पादित करने के लिए, विचार करें कि फिल्म गुणवत्ता पतली फिल्म ऑप्टिकल कोटिंग रंगाई में एक महत्वपूर्ण कारक है । फिल्म गुणवत्ता अपवर्तन सूचकांक को बदल सकती है, और आसानी से रंगाई को प्रभावित करती है । फिल्म की गुणवत्ता प्रकृति और जमाव उपकरणों की शर्तों पर निर्भर करता है । हमारे मामले में, एक इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण जमाव उपकरण के रूप में इस्तेमाल किया गया था, और लगातार दबाव और बयान दरों फिल्म स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए बनाए रखा गया । इसके अलावा, हम इन निरंतर शर्तों के तहत जमा पतली फिल्मों के ऑप्टिकल स्थिरांक मापा, और मापा ऑप्टिकल स्थिरांक का उपयोग करके, पतली फिल्म के रंग की भविष्यवाणी की और विश्लेषण किया जा सकता है । एक सटीक वांछित रंग प्राप्त करने के लिए और रंग धुन फिल्म मोटाई का उपयोग करने के लिए, शर्तों की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए, इस तरह के दबाव और जमाव उपकरणों के जमाव की दर के रूप में । विशेष रूप से, विभिंन उपकरणों के मामले में, उपकरणों की विभिंन शर्तों अल्ट्रा पतली रंग फिल्मों ट्यूनिंग के लिए अनुकूलित करने की आवश्यकता है ।

बड़े क्षेत्र टेढ़ा कोण जमाव प्रक्रिया में, फिल्म जमाव स्रोत और सब्सट्रेट के बीच ऊर्ध्वाधर अंतर की वजह से गैर वर्दी है । इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण की प्रक्रिया में, भाप प्रवाह घनत्व स्रोत से ऊर्ध्वाधर दिशा में बदलता है । उच्च परोक्ष कोण पर, वहां सब्सट्रेट, जो प्रवाह घनत्व का कारण बनता है की स्थिति पर निर्भर करता है एक ऊर्ध्वाधर अंतर है सतह की स्थिति के आधार पर अलग से जमा हो ।

इस के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए प्रोटोकॉल के चरण 5 में विस्तृत प्रक्रिया विकसित की गई थी । इस विधि सरल है और आसानी से उपकरणों को संशोधित करने के बिना पीछा किया जा सकता है । हालांकि, के रूप में परिणाम अनुभाग में उल्लेख किया है, इस प्रक्रिया के लिए लक्ष्य मोटाई से अधिक फिल्म मोटाई में परिणाम जाता है । एक और बड़े क्षेत्र प्रक्रिया विधि है कि इस मोटाई समस्या को हल कर सकते है चैंबर जहां नमूना इतनी भरी हुई है कि यह z-अक्ष में घूमता है में चक संशोधित है । जब नमूना z-अक्ष रोटेशन के केंद्र पर लोड है, नमूने का केंद्र हमेशा स्रोत से एक निरंतर दूरी रहेगी । इसलिए, यहां तक कि सकारात्मक और नकारात्मक कोण पर जमाव के साथ, एक समान मोटाई प्राप्त किया जा सकता है । इसके अलावा, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि नमूने के टेढ़ा कोण जबकि निर्वात को बनाए रखने में बदला जा सकता है क्योंकि चक जेड में घूर्णन योग्य है-धुरी चैंबर के अंदर ।

अंत में, हम एक इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण के साथ टेढ़ा कोण जमाव का उपयोग अल्ट्रा पतली रंग फिल्मों के निर्माण के लिए एक प्रक्रिया प्रस्तुत किया है । इसके अलावा, हम रंग जानकारी में गढ़े नमूनों की मापा ऑप्टिकल गुणों को परिवर्तित करने के लिए एक विधि विस्तृत और उनके CIE निर्देशांक के साथ रंग के मामले में उन्हें विश्लेषण किया. इस प्रक्रिया को मापने के लिए इस्तेमाल किया और गढ़े नमूनों के रंग का विश्लेषण भी विभिंन अंय रंग संरचनाओं के विश्लेषण के लिए उपयोगी हो सकता है । इस अध्ययन में, रंग में परिवर्तन अल्ट्रा पतली फिल्म और जमाव कोण की मोटाई के आधार पर मनाया गया । हमारे अल्ट्रा पतली रंग संरचनाओं व्यापक रूप से ऐसे लचीला रंग इलेक्ट्रोड, पतली फिल्म सौर कोशिकाओं, और ऑप्टिकल फिल्टर के रूप में विभिन्न पतली फिल्म अनुप्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस शोध मानव रहित वाहन उंनत अनुसंधान केंद्र (UVARC) विज्ञान, आईसीटी और भविष्य की योजना, कोरिया गणराज्य के द्वारा वित्त पोषित के माध्यम से मानव रहित वाहनों उन्नत कोर प्रौद्योगिकी अनुसंधान और विकास कार्यक्रम द्वारा समर्थित किया गया था ( 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)

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References

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