Fabricage van Films van de ultra-dunne kleur met zeer absorberen van Media met behulp van schuine hoek depositie

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

Presenteren we een gedetailleerde methode voor het fabriceren van ultradunne kleur films met verbeterde eigenschappen voor optische coatings. De schuine hoek afzetting techniek met behulp van een electron beam verdamper kan verbeterde kleur tunability en zuiverheid. Bewerkte films van Ge en Au op Si substraten werden geanalyseerd door metingen van de reflectiecoëfficiënt en informatie kleurconversie.

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

Ultra-dunne film structuren zijn bestudeerd uitgebreid voor gebruik als optische coatings, maar prestaties en fabricage uitdagingen blijven.  We presenteren een geavanceerde methode voor het fabriceren van ultradunne kleur films met verbeterde eigenschappen. Het voorgestelde proces vraagstukken verschillende fabricage, inclusief de verwerking van grote gebied. Met name beschrijft het protocol een proces voor het fabriceren van ultradunne kleur films met behulp van een electron beam verdamper voor schuine hoek afzetting van germanium (Ge) en goud (Au) op silicium (Si) substraten.  Porositeit van de film geproduceerd door de schuine hoek afzetting induceert kleurveranderingen in de ultra-dunne film. De mate van kleurverandering hangt af van factoren zoals afzetting hoek en film dikte. Vervaardigd van monsters van de films van de ultra-dunne kleur toonde verbeterde kleur tunability en zuiverheid van de kleur. Bovendien was de gemeten reflectiecoëfficiënt van de gefabriceerde monsters chromatische waarden omgezet en geanalyseerd in termen van kleur. Onze ultra-dunne film fabriceren methode naar verwachting worden gebruikt voor diverse toepassingen van de ultra-dunne film zoals flexibele kleur elektroden, dunne film zonnecellen en optische filters. Ook is het proces hier ontwikkeld voor het analyseren van de kleur van de gefabriceerde monsters in het algemeen nuttig voor het bestuderen van verschillende kleur structuren.

Introduction

In het algemeen, is de prestaties van de optische coatings dunne-film gebaseerd op het type optische interferentie die zij, zoals hoge reflectie of transmissie produceren. In de diëlektrische dun-films, kan optische interferentie worden verkregen gewoon door te voldoen aan de voorwaarden zoals kwartaal Golf dikte (λ/4n). Interferentie beginselen hebben lange tijd gebruikt in verschillende optische toepassingen zoals Fabry-Pérot-interferometer en gedistribueerde Bragg reflectoren1,2. In de afgelopen jaren studeerde dunne film structuren met behulp van sterk absorberende materialen zoals metalen en halfgeleiders wijd zijn3,4,5,6. Sterke optische interferentie kan worden verkregen door dunne-film coating een absorberend halfgeleidermateriaal op een metalen film, die niet-triviale fase veranderingen in de weerkaatste golven produceert. Dit type structuur kunt ultradunne coatings die aanzienlijk dunner dan diëlektrische dunne-film coatings zijn.

Onlangs, studeerde wij middelen ter verbetering van de kleur tunability en de zuiverheid van de kleur van sterk absorberende dun-films met behulp van de porositeit7. Door het beheersen van de poreusheid van de gedeponeerde film, kunnen de effectieve brekingsindex van het dunne-film medium gewijzigde8. Deze wijziging in de effectieve brekingsindex kunt de optische kenmerken worden verbeterd. Op basis van dit effect, ontworpen we ultradunne kleur films met verschillende diktes en porosities door cristalloïden strenge gekoppelde wave analyse (RCWA)9. Onze design presenteert kleuren met verschillende film diktes op elke porositeit7.

We gebruikt een eenvoudige methode, schuine hoek depositie, waarmee de porositeit van sterk absorberende dunne-film coatings. De schuine hoek afzetting techniek combineert in principe een typische depositie-systeem, zoals een electron beam verdamper of thermische verdamper, met een gekantelde substraat10. De schuine hoek van incident flux maakt atomaire schaduwen, die produceert gebieden dat de damp flux11direct niet bereiken. De schuine hoek afzetting techniek heeft wijd gebruikt in verschillende dunne-film coating toepassingen12,13,14.

In dit werk detailleren wij de processen voor het fabriceren van ultradunne kleur films door schuine afzetting met behulp van een electron beam verdamper. Aanvullende methoden voor de verwerking van grote terrein zijn ook afzonderlijk gepresenteerd. Naast de processtappen, worden sommige merkt op dat tijdens het fabricageproces rekening moeten worden gehouden in detail toegelicht.

We bekijken ook processen voor het meten van de reflectiecoëfficiënt van de gefabriceerde monsters en omzetting daarvan in de kleurinformatie voor analyse, zodat ze kunnen worden uitgedrukt in CIE kleur coördinaten en RGB waarden15. Bovendien, sommige kwesties te overwegen bij het fabricageproces van ultradunne kleur films worden besproken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Let op: sommige chemicaliën (d.w.z. gebufferde oxide etchant, isopropyl alcohol, etc.) die worden gebruikt in dit protocol kunnen worden gevaarlijk voor de gezondheid. Raadpleeg alle relevante veiligheidsinformatiebladen alvorens elke bereiding van de monsters plaatsvindt. Gebruiken van passende persoonlijke beschermingsmiddelen (bijvoorbeeld Labjassen, veiligheidsbrillen, handschoenen, enz.) en engineering van besturingselementen (bijvoorbeeld natte station, fume hood, etc.) bij de behandeling van etchants en oplosmiddelen.

1. bereiding van het substraat Si

  1. met behulp van een diamantslijper, snijd een 4 inch silicium (Si) wafer in 2 x 2 cm grote pleinen. Om gekleurde monsters, het substraat wordt meestal gesneden 2 cm x 2 cm, maar kan ook groter zijn, afhankelijk van de grootte van de monsterhouder gebruikt voor schuine hoek depositie.
  2. Als wilt verwijderen inheemse oxide met behulp van polytetrafluorethyleen (PTFE) dipper, dompel de gekloofd Si substraten in gebufferde oxide etchant (BOE) voor 3 s. Let op: Neem passende bescherming voor de veiligheid dragen.
  3. Schoon de gekloofd Si substraten opeenvolgend in aceton, isopropyl alcohol (IPA) en gedeïoniseerd (DI) water voor 3 s elke.
    1. Met behulp van PTFE schoonmaken jig, bewerk ultrasone trillingen ten de gekloofd Si substraten met aceton in een ultrasoonbad gedurende 3 minuten op een frequentie van 35 kHz.
    2. Om te verwijderen van de aceton, spoel de gekloofd Si substraten met IPA.
    3. Als de laatste stap van het reinigen, spoelen de gekloofd Si substraten met DI water.
  4. Als u wilt verwijderen van vocht, drogen de schone ondergrond met een Blaaspistool stikstof terwijl het met pincet.

2. Afzetting van de Au-Reflector

  1. met behulp van Tang en koolstofvastlegging tape, bevestigen de schoongemaakte Si substraten op een vlakke monsterhouder en plaats van de houder in de kamer van de electron beam verdamper met Ti en Au bronnen.
  2. Evacueren de kamer voor 1 h te bereiken hoog vacuüm. De basis druk van de Vacuuemcel moet 4 x 10 -6 Torr.
  3. Storting de Ti-laag als een hechting laag met een dikte van 10 nm met 5-7% van de electron beam macht gecontroleerd in de handmatige modus op een DC-spanning van 7.5 kV, waarmee een snelheid van de depositie van 1 Å / sec.
    Opmerking: Een Cr-laag van dezelfde dikte, in plaats van een Ti-laag, als de hechting laag kan worden gedeponeerd.
  4. Storting de Au-laag als een reflectie laag met een dikte van 100 nm met 13-15% van de electron beam macht gecontroleerd in de handmatige modus op een DC-spanning van 7.5 kV, waardoor een tarief van de depositie van 2 Å / sec.
    Opmerking: De dikte van de Au reflectie laag kan worden groter dan 100 nm. Een dikte van 100 nm wordt hier gestort zodat de reflectie laag zo dun mogelijk met behoud van de optische eigenschappen van de Au.
  5. Na de Au laag depositie, luchten van de kamer en neem uit de monsters. Zij zullen moeten worden herladen met de geneigd monsterhouder voor de schuine hoek afzetting.

3. Voorbereiding van de monsterhouder geneigd voor schuine hoek afzetting

Opmerking: er zijn verschillende methoden die kunnen worden gebruikt voor schuine depositie, zoals de z-as draaien chuck 16, maar dit vereist wijziging van de apparatuur en films kunnen alleen onder een hoek worden gedeponeerd op een moment. Om de wijzigingen in kleur geproduceerd door verschillende afzetting hoeken efficiënt constateert, hebben we gebruikt monster houders die geneigd de monsters onder verschillende hoeken. Voor precisie, kan de geneigd monsterhouder worden gemaakt met behulp van metalen verwerkingsapparatuur. In deze paper, introduceren we echter een eenvoudige methode die gemakkelijk kan worden gevolgd.

  1. Bereiden een metalen plaat gemaakt van een gemakkelijk buigzaam metaal zoals aluminium.
  2. Snij het metalen plaatje in stukjes van de drie 2 x 5 cm.
  3. De metalen stuk vast op de grond naast een gradenboog, houden de korte zijde en het metaal te buigen tot de hoek van de gewenste afzetting (dat wil zeggen, 30 °, 45 ° en 70 °).
  4. De gebogen metalen stukken aan de 4 inch monsterhouder met behulp van koolstof tape koppelen.

4. Schuine hoek afzetting van Ge Layer

Opmerking: In deze sectie verwijzen naar de schema's in Figuur 1 van de monsters gestort op de geneigd monster houders en poreuze Ge films, schuine na hoek van depositie.

  1. Herstellen van de vier monsters van de Au gestort met koolstof tape naar een geneigd monsterhouder in een hoek van 0°, 30° en 45° 70°, respectievelijk.
  2. Laden van de Au-gestort monsters op de geneigd monsterhouder in de electron beam verdamper met een Ge-bron voor schuine hoek depositie.
  3. Evacueren de kamer voor 1 h te bereiken hoog vacuüm. De basis druk van de Vacuuemcel moet 4 x 10 -6 Torr.
  4. Storten de Ge-laag als een laag van de kleuring met 6-8% van de elektron bundelvermogen gecontroleerd in de handmatige modus op een DC-spanning van 7.5 kV, waarmee een snelheid van de depositie van 1 Å/sec. De diktes van de afzetting van de Ge-laag op de vier monsters zijn 10 nm, 15 nm, 20 nm, en 25 nm, respectievelijk.
    Opmerking: De afzetting diktes van 10 nm, 15 nm, 20 nm, en 25 nm werden geselecteerd om de vergelijking van de kleurveranderingen voor elke hoek van de depositie. Een andere hoek en dikte (5-60 nm) kunnen worden gekozen om een bepaalde kleur.
  5. Na de Ge laag depositie, luchten van de kamer en de monsters nemen.

5. Schuine hoek Deposition proces voor grote gebieden

Opmerking: als de omvang van de steekproef gebruikt voor schuine hoek afzetting klein is, het kan worden vervaardigd door het proces dat is beschreven in stap 4. Echter, als de grootte van de steekproef te worden vervaardigd groot is, het moeilijk om uniformiteit van de film als gevolg van de variatie in de verdamping beweging langs de z-as 16. Dus een aparte aanvullende CMYK, stap 5, is vereist voor grotere monsters fabriceren en bereiken van een uniforme kleur.

  1. Voor een 2 inch wafer, na de neerlegging van de Au-laag op de grote steekproef in stap 2, bevestigen het Au-gestort groot monster, tot de 45° geneigd monsterhouder.
    Opmerking: Aangezien onze geneigd monsterhouder is ontworpen om te passen kleine steekproeven, grote monsters helemaal laden de hoeken (d.w.z., 0 °, 30 °, 45 ° en 70 °) maakt interferentie tussen monsters. Daarom, om te storten schuin grote monsters onder verschillende hoeken in één proces, is het noodzakelijk om een geneigd monsterhouder geschikt voor grote en middelgrote monsters.
  2. Laad de Au-gestort groot monster op de geneigd monsterhouder in de electron beam verdamper met een Ge-bron voor schuine hoek depositie.
    Opmerking: Bij het laden van het monster, de tweede laag van de depositie moet worden gedeponeerd in dezelfde richting als de eerste afzetting, dus let op de richting van het geladen monster. Voor het gemak, is het aanbevolen dat de monsterhouder wordt geladen naar de voorkant van de kamer.
  3. De kamer voor 1 h te evacueren bereiken hoog vacuüm. De basis druk van de Vacuuemcel moet 4 x 10 -6 Torr.
  4. Storten de Ge-laag als een kleuring laag met een dikte van de depositie van 10 nm, dat de helft van de dikte van de doelstelling van 20 is nm, met 6-8% van de elektron bundelvermogen gecontroleerd in de handmatige modus op een DC-spanning van 7.5 kV, waarmee een snelheid van de depositie van 1 Å / sec.
  5. Na de afzetting van de eerste laag van de Ge is voltooid, luchten van de kamer en neem uit de steekproef, omdat het monster moet worden verplaatst en opnieuw geladen.
  6. Vast aan de geneigd monsterhouder monster in een positie die ondersteboven wordt geplaatst ten opzichte van de positie van de eerste afzetting.
  7. Het monster op de geneigd monsterhouder met de Ge-bron laden, zodat de houder in dezelfde richting als de eerste afzetting gezichten.
  8. Evacueren de kamer voor 1 h te bereiken hoog vacuüm. De basis druk van de Vacuuemcel moet 4 x 10 -6 Torr.
  9. Storten de Ge-laag als een kleuring laag met een dikte van de depositie van 10 nm, dat de helft van de dikte van de doelstelling van 20 is nm, met 6-8% van de elektron bundelvermogen gecontroleerd in de handmatige modus op een DC-spanning van 7.5 kV, waarmee een snelheid van de depositie van 1 Å / sec.
  10. Na de Ge laag depositie, luchten van de kamer en het monster nemen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figuur 2a toont beelden van de monsters van 2 x 2 cm vervaardigd. De monsters werden vervaardigd zodat de films had verschillende diktes (dat wil zeggen, 10 nm, 15 nm, 20 nm, en 25 nm) en werden gestort onder verschillende hoeken (d.w.z., 0 °, 30 °, 45 ° en 70 °). De kleur van de wijzigingen van de gedeponeerde films afhankelijk van de combinatie van beide de dikte van de monsters en de hoek van de depositie. De veranderingen in kleur resulteren uit veranderingen in de poreusheid van de film. Afhankelijk van de invalshoek van de depositie, worden geneigd matrices van afzonderlijke nano-kolommen gemaakt op de drager vervagen, zoals wordt weergegeven in de linker SEM beelden van Figuur 2. Uit de experimentele resultaten blijkt dat bij hogere afzetting hoeken, minder de kleur te veranderen voor elke hoek van de depositie wordt uitgesproken.

Figuur 2b toont de resultaten van de metingen van de reflectiecoëfficiënt van de gefabriceerde monsters. De kleur wordt gewijzigd door een verschuiving in de minimale dip van reflectie. Zoals blijkt uit de kleur te veranderen in Figuur 2a, verschoven de reflectie dip langzaam hoger afzetting hoeken. Met elke Ge-laagdikte, de dip reflectie verandert met de hoek van de depositie. De kleur wordt gewijzigd door deze verschuivingen in de reflectie-dip.

Voor het analyseren van de gefabriceerde monsters vanuit het perspectief van een kleur, moeten de gemeten reflectanties worden geconverteerd naar chromatische waarden. Voor conversie naar chromatische waarden, in onze berekeningen, de CIE 1931 standaardwaarnemer functie, de meest vaak gebruikte functie voor kleuraanpassing, werknemer13was. In de berekening, wordt de gemeten reflectiecoëfficiënt vermenigvuldigd met de functie als een spectrale stroomverdeling voor kleuraanpassing. Figuur 3a toont de spectrale respons met de kleurafstemming van de functie van de gemeten reflectiecoëfficiënt van monsters met verschillende afzetting hoeken (d.w.z., 0 °, 30 °, 45 ° en 70 °) en een dikte van de laag Ge van 15 nm. Door de integratie van deze spectrale reacties, de trichromatische componenten van X, Y, en Z, die de fundamentele parameters voor het uitdrukken van kleurinformatie, kunnen worden verkregen. In de CIE kleur coördinaten, de kleurkwaliteit van een kleur wordt opgegeven door de twee afgeleide parameters x en y, en de genormaliseerde waarden voor alle drie trichromatische componenten met behulp van de volgende vergelijkingen:

Equation 1

Equation 2
Op basis van deze vergelijkingen, Figuur 3b ziet u de kleurkwaliteit van monsters met verschillende afzetting hoeken in het CIE-coördinatensysteem.

Figuur 4a weergegeven de chromatische waarden nadat ze zijn geconverteerd van de gemeten reflectiecoëfficiënt in Figuur 3a in het CIE-kleursysteem coördinaat. Ter vergelijking: de berekende resultaten waren ook uitgezet, zoals blijkt uit de onderbroken lijnen. In de berekening, werden de effectieve indexen van Ge berekend op basis van de porosities verwacht voor elke afzetting hoek7. Vervolgens werden met behulp van deze effectieve indexcijfers, de reflectiecoëfficiënt waarden berekend door strenge gekoppelde wave analyse (RCWA)9. Vergeleken met behulp van het coördinatensysteem CIE, werden de experimentele resultaten goed afgestemd op de berekende resultaten.

Het vergelijken van het bereik van de chromatische waarden van de monsters, tentoongesteld die monsters met een hoge afzetting hoeken een bredere chromatische reeks. Dit betekent dat het bereik van kleur expressies breed, met hogere zuiverheid van de kleur was. De hogere zuiverheid van de kleur op hogere afzetting hoeken wordt toegeschreven aan de afname van de oppervlakte reflectie als gevolg van de hogere porositeit als gevolg van de afzetting op hogere hoeken.

De kleurgegevens van de reflectiecoëfficiënt geconverteerd kan worden omgezet in RGB-waarden voor kleuren15. Figuur 4b shows de vertegenwoordiging van de kleur na de kleurinformatie uit de gemeten reflectiecoëfficiënt van de monsters omzetten in RGB-waarden. De foto's kunnen niet nauwkeurig de werkelijke voorbeeldkleuren, als gevolg van verschillen in verlichting of andere voorwaarden, maar de algemene tendens in de kleur te veranderen van monster monster kan worden gezien.

Figuur 5 toont beelden van de monsters op een 2 inch wafer, vervaardigd met behulp van het proces van groot gebied. Wanneer het fabriceren van een grote steekproef, verschilt de gedeponeerde dikte afhankelijk van de positie van het oppervlak. Een oplossing voor dit probleem is voor het uitvoeren van de afzetting in twee stappen, zoals wordt beschreven in stap 5 van het protocol. De eerste laag, met de helft van de gewenste dikte, wordt gestort in een hoek van positieve depositie, en de tweede helft wordt gestort in een hoek van negatieve afzetting.  Op deze manier, door het storten van positieve en negatieve hoeken, de verschillen in dikte zal compenseren onderling en een uniforme dikte kan worden verkregen.

Onze doelen waren 20 nm en 40 nm dikte onder een hoek van de depositie van 45°, echter de resultaten toonden dikker deposito's. Dit is omdat de gecompenseerd gemiddelde dikte ontstond in verticale richting tot een standpunt dichter bij de bron dan de monster houder16. Dus, wanneer fabriceren op grote schaal met behulp van deze methode, het moet worden verwacht dat de gedeponeerde film zal dikker zijn dan de dikte van de doelgroep.

Figuur 6 toont beelden van de gefabriceerde monsters op verschillende kijkhoeken en gemeten reflectie op incident invalshoeken. Zoals aangetoond in de beelden, is er weinig verandering in kleur op basis van de kijkhoeken. De minimale dips van de reflectie van de gemeten waarden onder verschillende hoeken waren ook nauwelijks verschoven door de invallende hoeken. Kortom, als deze coatings veel dunner beeldscherm mogelijk dan de golflengten van het invallende licht zijn, er is weinig fase verschil als gevolg van de toegenomen invalshoek in vergelijking met het geval van normale invalshoek.

Figure 1
Figuur 1 : Schema's van (een) de monsters gestort op de geneigd monster houders, en (b) poreuze Ge films gemaakt door de afzetting van schuine hoek. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Class = "xfig" > figuur 2: (een) beelden van de monsters die zijn vervaardigd op verschillende afzetting hoeken (d.w.z., 0 °, 30 °, 45 ° en 70 °) met verschillende Ge dikte (i.e., 10 nm, 15 nm, 20 nm, 25 nm, en 100 nm). Links, grijs-schaal cijfers Toon scanning microscopie beelden overeenkomt met de monsters met Ge dikte van 200 nm voor het beter tonen de morfologie. Schaal bar = 100 nm. (b) reflectiecoëfficiënt spectra voor elke Ge-dikte gemeten (d.w.z., 10 nm, 15 nm, 20 nm, en 25 nm) met verschillende afzetting hoeken (d.w.z., 0 °, 30 °, 45 ° en 70 °). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3 : (een) chromatische reactie van de trichromatische componenten en (b) de CIE plot met verschillende afzetting hoeken (d.w.z., 0 °, 30 °, 45 ° en 70 °) bij een Ge-dikte van 20 nm. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4 : (een) chromatische waarden in de coördinaten van de CIE uit de reflectie van de gemeten waarden van de gefabriceerde monsters, de berekende resultaten.  (b) op basis van de gemeten reflectanties van de gefabriceerde monsters kleurenweergave. Links, grijs-schaal cijfers Toon scanning microscopie beelden overeenkomt met de monsters met Ge dikte van 200 nm voor het beter tonen de morfologie. Schaal bar = 100 nm. Dit cijfer is van 7 weergegeven met toestemming van de Royal Society of Chemistry. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5 : Beelden van verzonnen monsters op 2 inch Wafer met verschillende Ge diktes van (een) 20 nm, en (b) 40 nm in een hoek van de depositie van 45 °.

Figure 6
Figuur 6 : Beelden met verschillende hoeken van mening van 5° tot 60° en gemeten reflectiecoëfficiënt Spectra in een schuine hoek van 20° tot 60° van vervaardigde monsters met (een) een Ge-dikte van een 15 nm in een hoek van de depositie van 0 °, (b) een Ge-dikte van een 25 nm bij een afzetting een gle van 70°. Dit cijfer is weergegeven van Y. J. Yoo et al. 7, met toestemming van de Royal Society of Chemistry.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

In conventionele dunne film coatings voor verkleuring3,,4,,5,6, kan de kleur worden gecontroleerd door verschillende materialen wijzigen en aanpassen van de dikte. De keuze van materialen met verschillende brekingsindices is beperkt voor het afstemmen van verschillende kleuren. Om te ontspannen deze beperking, misbruikt we de schuine hoek afzetting aan de dunne-film kleur coating. Afhankelijk van de invalshoek van de afzetting shadowing de poreusheid van de laag wordt gewijzigd door atomaire Ge11, zoals weergegeven in Figuur 1b. De poreusheid toegepast op de Ge dunne-film veroorzaakt een verandering in de effectieve index van de Ge layer7. De verandering van de fase van het teeltmateriaal licht in het Ge-medium varieert met de verandering van de index van de effectief door de afzetting van schuine hoek. Dientengevolge, verandert de kleur met inmenging van de verschillende omstandigheden in de zichtbare golflengtes. Vooral in onze ultradunne kleur films versterkt de lage effectieve index op een zeer schuine afzetting hoek de zuiverheid van de kleur met lagere oppervlakte reflectie en de tunability met een kleinere fase verandering.

In ons protocol is stap 4 de meest kritische proces voor verkleuring. Voor het succesvol uitvoeren van stap 4, van mening dat de kwaliteit van de film een kritieke factor in dunne film optisch coating kleuring is. De kwaliteit van de film de brekingsindex kunt wijzigen, en subtiel beïnvloedt de kleuring. De kwaliteit van de film is afhankelijk van de aard en de voorwaarden van de depositie-apparatuur. In ons geval, een electron beam verdamper werd gebruikt als de apparatuur van de depositie, en constante druk en depositie werden onderhouden film stabiliteit te waarborgen. Bovendien, we de optische constanten van de dunne lagen gestort onder deze constante omstandigheden gemeten, en met behulp van de gemeten optische-constanten zijn, de kleur van de dunne film zou kunnen worden voorspeld en geanalyseerd. Een exacte gewenste kleur te krijgen en om af te stemmen op de kleur die met behulp van laagdikte, zorgen voor de stabiliteit van de voorwaarden, zoals de druk en de afzetting van de depositie-apparatuur. Vooral in het geval van verschillende apparatuur moeten de verschillende omstandigheden van de apparatuur worden geoptimaliseerd voor het afstemmen van de ultra-dunne kleur films.

In het groot gebied voor schuine hoek deposition proces, afzetting van de film is niet-uniforme vanwege de verticale verschil tussen de bron en het substraat. In het proces van de electron beam verdamping varieert de damp fluxdichtheid in verticale richting van de bron. Bij hoge schuine hoeken is er een verticale verschil afhankelijk van de positie van het substraat, waardoor fluxdichtheid anders afhankelijk van de oppervlakte positie worden gedeponeerd.

Het proces dat is beschreven in stap 5 van het protocol werd ontwikkeld om dit te compenseren. Deze methode is eenvoudig en kan gemakkelijk worden gevolgd zonder het wijzigen van de apparatuur. Echter, zoals vermeld in het gedeelte ' resultaten ', het proces neigt leiden tot grotere laagdikte dan de dikte van de doelgroep. Een ander groot-gebied proces methode die zulks werkstuk dikte oplossen annuleerteken is het wijzigen van de chuck in de zaal waar het monster is geladen, zodat het draait in de z-as. Wanneer het monster wordt geladen in het midden van de draaiing van de z-as, is het midden van het monster blijft altijd een constante afstand van de bron. Daarom, zelfs met de afzetting op de positieve en negatieve hoeken, een uniforme dikte kan worden bereikt. Bovendien moet opgemerkt worden dat de schuine hoek van het monster kan worden gewijzigd terwijl het handhaven van het vacuüm omdat de chuck draaibare in de z-as in de kamer.

Tot slot hebben wij een proces voor het fabriceren van ultradunne kleur films voor schuine hoek afzetting met een electron beam verdamper gepresenteerd. Bovendien, we een methode voor het omzetten van de gemeten optische eigenschappen van de gefabriceerde monsters in kleurinformatie gedetailleerde en ze geanalyseerd in termen van kleur met hun coördinaten CIE. Dit proces gebruikt om te meten en analyseren van de kleuren van de gefabriceerde monsters kan ook nuttig zijn voor de analyse van de verschillende structuren van andere kleuren. In deze studie werden veranderingen in kleur afhankelijk van de dikte van de ultra-dunne film en de hoek van de depositie waargenomen. Onze ultradunne kleur structuren kunnen algemeen worden gebruikt voor diverse toepassingen zoals flexibele kleur elektroden, dunne film zonnecellen en optische filters, dunne-film.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Dit onderzoek werd gesteund door onbemande voertuigen Advanced Core Technology Research and Development Program via de onbemande voertuig Advanced Research Center (UVARC) gefinancierd door het ministerie van wetenschap, ICT en de Planning van de toekomst, de Republiek Korea ( 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