Herstellung von ultra-dünnen Farbfilm mit stark absorbierenden Medien mit schrägen Winkel Deposition

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Summary

Wir präsentieren Ihnen eine detaillierte Methode zur Herstellung von ultra-dünnen Farbfilm mit verbesserten Eigenschaften für optische Beschichtungen. Die schrägen Winkel-Ablagerung-Technik mit einem Elektron Lichtstrahl Verdampfer ermöglicht verbesserte Farbe Einstellbarkeit und Reinheit. Hergestellte Filme von Ge und Au auf Si-Substraten wurden durch Reflexion Messungen und Farbkonvertierung Informationen ausgewertet.

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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

Ultra-Dünnschicht-Strukturen wurden ausgiebig für den Einsatz als optische Beschichtungen untersucht, aber Leistung und Herstellung Herausforderungen bleiben.  Wir präsentieren Ihnen eine erweiterte Methode für die Herstellung von ultra-dünnen Farbfilm mit verbesserten Eigenschaften. Der vorgeschlagene Prozess behebt mehrere Herstellung Probleme, einschließlich großflächigen Verarbeitung. Insbesondere beschreibt das Protokoll ein Verfahren zur Herstellung von ultra-dünnen Farbfilm mit einem Elektron Lichtstrahl Verdampfer schrägen Winkel Abscheidung von Germanium (Ge) und Gold (Au) auf Silizium (Si) Substraten.  Film Porosität hergestellt durch die schrägen Winkel Ablagerung induziert Farbänderungen in der ultra-dünnen Film. Der Grad der Farbänderung hängt von Faktoren wie Winkel und Film Ablagerungsstärke. Proben von der ultra-dünnen Farbfilmen zeigte verbesserte Farbe Einstellbarkeit und Farbreinheit hergestellt. Darüber hinaus wurde die gemessene Reflexion der vorgefertigten Samples chromatische Werte umgewandelt und in Bezug auf Farbe analysiert. Unsere ultra-dünnen Film Herstellung Methode soll für verschiedene Anwendungen der ultradünne Film wie flexible Farbe Elektroden, Dünnschicht-Solarzellen und optische Filter verwendet werden. Auch ist der Prozess hier entwickelt für die Analyse der Farbe der vorgefertigten Proben im großen und ganzen nützlich für das Studium verschiedener Farbe Strukturen.

Introduction

Im Allgemeinen basiert die Leistung der Dünnschicht-optische Beschichtungen auf die Art der optischen Störungen, die sie, wie z. B. hohe Reflexion oder Transmission produzieren. In dielektrischen Dünnschichten erhalten Sie optische Störungen durch Bedingungen wie Quartal Welle Dicke (λ/4n) erfüllen. Interferenz-Grundsätze wurden lange in verschiedenen optischen Anwendungen wie Fabry-Perot-Interferometer und verteilter Bragg Reflektoren1,2verwendet. In den letzten Jahren studierte Dünnfilm Strukturen mittels hoch saugfähige Materialien wie Metalle und Halbleiter allgemein wurden3,4,5,6. Starke optische Störungen erhalten Sie von Dünnfilm-Beschichtung eine saugfähige Halbleitermaterial auf einer Metallfolie, die nicht-triviale Phasenänderungen in den reflektierten Wellen produziert. Diese Art von Struktur ermöglicht ultra-dünnen Beschichtungen sind wesentlich dünner als dielektrische Dünnschicht-Beschichtungen.

Vor kurzem, studierte wir Möglichkeiten zur Verbesserung der Farbe Einstellbarkeit und Farbreinheit von hochabsorbierenden Dünnschichten mit Porosität7. Durch die Kontrolle der Porosität der abgeschiedenen Films, kann der effektive Brechungsindex des Mediums Dünnschicht-geänderte8sein. Diese Änderung in der effektive Brechungsindex ermöglicht die optischen Eigenschaften verbessert werden. Basierend auf diesen Effekt, entworfen wir ultra-dünnen Farbfilm mit unterschiedlichen dicken und Porositäten von Berechnungen mit strengen gekoppelten Welle Analyse (RCWA)9. Unser Design präsentiert mit unterschiedlichen Schichtdicken bei jeder Porosität7Farben.

Wir Beschäftigten eine einfache Methode, schrägen Winkel Ablagerung, die Porosität des hochabsorbierenden Dünnfilmbeschichtungen steuern. Die schrägen Winkel Ablagerung Technik kombiniert im Grunde eine typische Ablagerung System, z. B. ein Elektron Lichtstrahl Verdampfer oder thermischen Verdampfer mit einem geneigten Substrat10. Die schrägen Winkel des einfallenden Flussmittel schafft atomaren beschatten, produziert die Bereiche, in denen der Dampf-Flux11direkt erreichen kann. Die schrägen Winkel Ablagerung Technik hat in verschiedenen Dünnschicht-Beschichtung Anwendungen12,13,14eingesetzt.

In dieser Arbeit zeigen wir die Prozesse für die Herstellung von ultra-dünnen Farbfilmen durch schräge Ablagerung mit einem Elektron Lichtstrahl Verdampfer. Darüber hinaus werden zusätzliche Methoden zur großflächigen Verarbeitung separat ausgewiesen. Zusätzlich zu den Prozessschritten sind einige Hinweise, die bei der Fertigung berücksichtigt werden sollte im Detail erklärt.

Darüber hinaus prüfen wir Prozesse für die Messung des Reflexionsgrad der vorgefertigten Samples und Umwandlung in Farbinformationen für die Analyse, so dass sie in CIE Farbkoordinaten und RGB Werte15ausgedrückt werden können. Darüber hinaus sind einige Punkte zu beachten in der Fertigung von ultra-dünnen Farbfilmen erörtert.

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Protocol

Vorsicht: einige in diesem Protokoll verwendeten Chemikalien (d.h., gepufferte Oxid Ätzmittel, Isopropyl-Alkohol, etc.) können gesundheitsschädlich sein. Konsultieren Sie bitte alle relevanten Sicherheitsdatenblätter, bevor irgendwelche Probenvorbereitung stattfindet. Geeigneten persönlichen Schutzausrüstung (z.B., Laborkittel, Schutzbrille, Handschuhe, etc.) zu nutzen und technische Kontrollen (z.B. nasse Station, Rauch, Hood, etc.) beim Umgang mit Ätzmittel und Lösungsmitteln.

1. Vorbereitung des Untergrunds Si

  1. mit einem Diamantenschleifer, 2 x 2 cm 4 Zoll Silizium (Si) Wafer geschnitten große Quadrate. Um farbige Muster zu machen, das Substrat wird in der Regel geschnitten 2 cm x 2 cm, aber größer ist, je nach Größe der Probenhalter für schrägen Winkel Abscheidung verwendet werden kann.
  2. Um native Oxid mit Polytetrafluorethylen (PTFE) Wagen zu entfernen, tauchen die gespalten Si-Substraten im gepufferten Oxid Ätzmittel (BOE) für 3 Vorsicht s.: Bitte tragen Sie geeignete Schutzmaßnahmen für die Sicherheit.
  3. Sauber gespalten Si-Substraten sequenziell in Aceton, Isopropylalkohol (IPA) und deionisiertes (DI) Wasser für 3 s.
    1. Verwendung von PTFE Reinigung Jig, beschallen die gespalten Si-Substraten mit Aceton in ein Ultraschallbad für 3 min bei einer Frequenz von 35 kHz.
    2. Um das Aceton entfernen, spülen Sie die gespalten Si-Substraten mit IPA.
    3. Als letzter Schritt der Reinigung, spülen Sie die gespalten Si-Substraten mit VE-Wasser.
  4. , Feuchtigkeit, entfernen trocken sauber Substrates mit einem Blasrohr Stickstoff halten Sie es mit einer Pinzette.

2. Ablagerung von der Au-Reflektor

  1. mit Zange und Carbon Band, die gereinigten Si Substraten auf einem flachen Probenhalter zu beheben und bringen Sie die Halterung in die Kammer von den Elektronen Strahl Verdampfer mit Ti und Au Quellen.
  2. Evakuierung die Kammer für 1 h, hohes Vakuum zu erreichen. Der Basisdruck der Vakuumkammer sollte 4 x 10 -6 Torr.
  3. Kaution die Ti-Schicht als Adhäsion Schicht mit einer Dicke von 10 nm bei ca. 5-7 % der Elektronen Strahl macht gesteuert im manuellen Modus mit einer DC-Spannung von 7,5 kV, verleiht eine Abscheiderate 1 Å / Sek.
    Hinweis: Eine Cr-Schicht mit gleicher Dicke, statt ein Ti-Schicht kann als die Adhäsion Schicht abgeschieden werden.
  4. Kaution Au Schicht als eine Reflexionsschicht auf eine Dicke von 100 nm mit 13-15 % der Elektronen Strahl macht gesteuert im manuellen Modus mit einer DC-Spannung von 7,5 kV, verleiht eine Abscheiderate von 2 Å / Sek.
    Hinweis: Die Dicke der Reflexionsschicht der Au kann größer sein als 100 nm. Einer Dicke von 100 nm lagert sich hier um die Reflexionsschicht so dünn wie möglich zu machen, unter Beibehaltung der optischen Eigenschaften der Au.
  5. Nach Au Abscheidung von Schichten, entlüften Sie die Kammer und die Proben entnehmen. Sie müssen mit der geneigten Probenhalter für die schrägen Winkel Abscheidung nachgeladen werden.

3. Vorbereitung der geneigt Probenhalter für schrägen Winkel Ablagerung

Hinweis: Es gibt mehrere Methoden, die für schräge Abscheidung verwendet werden können wie die z-Achse rotierende 16 chuck, aber dies erfordert Geräte-Modifikation und Filme können nur in einem Winkel zu einem Zeitpunkt hinterlegt werden. Um die Änderungen in der Farbe von verschiedenen Ablagerung Winkel produziert effizient zu beobachten, verwendeten wir Probenhalter, die die Proben in verschiedenen Winkeln geneigt. Für Präzision kann der geneigte Probenhalter mit Metallverarbeitung Ausrüstung erfolgen. Jedoch in diesem Beitrag stellen wir eine einfache Methode, die leicht verfolgt werden kann.

  1. Bereiten eine Metallplatte eine leicht biegsame Metall wie Aluminium gemacht.
  2. Die Metallplatte in drei 2 cm x 5 cm lange Stücke schneiden.
  3. Befestigen das Metallstück am Boden neben einem Winkelmesser, halten Sie die kurze Seite und beugen das Metall auf den gewünschten Abscheidung Winkel (d. h., 30°, 45° und 70°).
  4. Legen die verbogene Metallteile auf der 4-Zoll-Probenhalter mit Kohlenstoff Klebeband.

4. Schrägen Winkel Ablagerung von Ge Schicht

Hinweis: In diesem Abschnitt beziehen sich auf die schematische Diagramme in Abbildung 1 der Proben auf die geneigte Probenhalter und poröse Ge Filme hinterlegt schräg nach Angle Deposition.

  1. Vier Au hinterlegt Stichproben mit Carbon-Band auf eine geneigte Probenhalter in einem Winkel von 0°, 30°, 45° und 70°, bzw. zu beheben.
  2. Laden die Au hinterlegt Proben auf der geneigten Probenhalter in den Elektronen Strahl Verdampfer mit einer Ge-Quelle für schrägen Winkel Ablagerung.
  3. Evakuierung die Kammer für 1 h, hohes Vakuum zu erreichen. Der Basisdruck der Vakuumkammer sollte 4 x 10 -6 Torr.
  4. Hinterlegen die Ge-Schicht als eine farbgebende Schicht mit ca. 6-8 % der Elektronen Strahl macht gesteuert im manuellen Modus mit einer DC-Spannung von 7,5 kV, verleiht eine Abscheiderate 1 Å/sec. Die dicken Ablagerung der Ge-Schicht auf die vier Proben sind 10 nm, 15 nm, 20 nm und 25 nm bzw..
    Hinweis: Die Ablagerung dicken von 10 nm, 15 nm, 20 nm und 25 nm wurden ausgewählt, um die Vergleichbarkeit der ändert sich die Farbe für jeden Winkel der Ablagerung. Einem anderen Blickwinkel und Dicke (5-60 nm) können gewählt werden, um eine bestimmte Farbe zu erreichen.
  5. Nach Ge Abscheidung von Schichten, entlüften Sie die Kammer und die Proben herausnehmen.

5. Schrägen Winkel Abscheidung für großflächige

Hinweis: Wenn die Größe des Beispiels verwendet für schrägen Winkel Ablagerung klein ist, kann es in Schritt 4 beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Jedoch, wenn die Größe der Stichprobe, fabriziert werden groß ist, wird es schwierig, Film Einheitlichkeit durch Variation in der Verdunstung-Fluss entlang der z-Achse 16 zu erhalten. Daher wird ein separater zusätzlicher Prozess, Schritt 5, erforderlich, um größere Proben zu fabrizieren und eine einheitliche Farbe zu erreichen.

  1. Für ein 2-Zoll-Wafer, nach Hinterlegung der Au-Schicht auf der großen Stichprobe in Schritt 2, beheben die Au hinterlegt große Probe der 45° geneigten Probenhalter.
    Hinweis: Da unsere geneigten Probenhalter kleine Proben passen soll, laden große Proben überhaupt die Winkel (d. h., 0°, 30°, 45° und 70°) Interferenzen zwischen Proben erstellt. Daher große Proben schräg in verschiedenen Winkeln in einem Arbeitsgang zu hinterlegen, ist es notwendig, eine geneigte Probenhalter für große Proben haben.
  2. Au hinterlegt große Stichprobe auf der geneigten Probenhalter in den Elektronen Strahl Verdampfer mit einer Ge-Quelle für schrägen Winkel Ablagerung laden.
    Hinweis: Beim Laden von der Probenmaterials, die zweite Schicht der Ablagerung muss in die gleiche Richtung wie die ersten Ablagerung hinterlegt, so beachten Sie die Richtung des geladenen Samples. Der Einfachheit halber wird empfohlen, dass der Probenhalter geladen auf der Vorderseite der Kammer ist.
  3. Evakuierung die Kammer für 1 h bis hohes Vakuum zu erreichen. Der Basisdruck der Vakuumkammer sollte 4 x 10 -6 Torr.
  4. Hinterlegen die Ge-Schicht als eine farbgebende Schicht zu einer Deposition Dicke von 10 nm, die Hälfte der Ziel-Dicke von 20 nm, mit 6 bis 8 % der Elektronen Strahl macht gesteuert im manuellen Modus mit einer DC-Spannung von 7,5 kV, verleiht eine Abscheiderate 1 Å / Sek.
  5. Nach die Ablagerung der ersten Ge-Schicht beendet ist, die Kammer zu entlüften und nehmen Sie die Probe, weil die Probe neu positioniert und neu geladen werden muss.
  6. Fix zu dem geneigten Probenhalter Probe in eine Position, die auf dem Kopf stehend in Bezug auf die Position der ersten Ablagerung ist.
  7. Die Probe auf der geneigten Probenhalter mit der Ge-Quelle zu laden, so dass der Halter in die gleiche Richtung wie die ersten Ablagerung weist.
  8. Evakuierung die Kammer für 1 h, hohes Vakuum zu erreichen. Der Basisdruck der Vakuumkammer sollte 4 x 10 -6 Torr.
  9. Hinterlegen die Ge-Schicht als eine farbgebende Schicht zu einer Deposition Dicke von 10 nm, die Hälfte der Ziel-Dicke von 20 nm, mit 6 bis 8 % der Elektronen Strahl macht gesteuert im manuellen Modus mit einer DC-Spannung von 7,5 kV, verleiht eine Abscheiderate 1 Å / Sek.
  10. Nach Ge Abscheidung von Schichten, die Kammer zu entlüften und nehmen Sie das Beispiel.

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Representative Results

Abbildung 2a zeigt Bilder der Proben 2 x 2 cm hergestellt. Die Proben wurden hergestellt, so dass die Filme unterschiedliche dicken hatte (d.h.10 nm, 15 nm, 20 nm und 25 nm) und in verschiedenen Winkeln (d.h., 0°, 30°, 45° und 70°) abgelagert wurden. Die Farbe des hinterlegten Filmen wechselt abhängig von der Kombination der beiden Dicke der Proben und der Ablagerung Winkel. Die Änderungen in der Farbe ergeben sich aus Veränderungen in der Porosität des Films. Je nach Betrachtungswinkel Ablagerung sind geneigt Arrays einzelner Nano-Spalten auf dem Substrat erstellt, wie in der linken SEM Bilder der Abbildung 2dargestellt. Aus den experimentellen Ergebnissen ist ersichtlich, dass bei höheren Ablagerung Winkel, die Farbe zu ändern für jeden Winkel der Ablagerung weniger stark ausgeprägt ist.

Abbildung 2 b zeigt die Ergebnisse der Reflexion Messungen der vorgefertigten Samples. Die Farbe wird durch eine Verschiebung in die minimale Dip Reflexion geändert. Dargestellt durch die Farbänderung in Abbildung 2ahat die Reflexion Dip langsam bei höheren Ablagerung Winkel verschoben. Mit jeder Ge-Schichtdicke ändert die Reflexion-Dip mit der Ablagerung Winkel. Die Farbe wird durch diese Verschiebungen in der Reflexion Dip geändert.

Um die vorgefertigten Samples von eine Farbperspektive zu analysieren, müssen die gemessenen Reflexionen chromatische Werte konvertiert werden. Für die Umstellung auf chromatische Werte in unseren Berechnungen der CIE 1931 Standardbeobachter Funktion, die häufig Farbabstimmung Funktion verwendet, war beschäftigt13. Bei der Berechnung wird die gemessene Reflexion mit der Farbabstimmung Funktion als eine spektrale Energieverteilung multipliziert. Abbildung 3a zeigt die spektrale mit der Farbabstimmung Funktion der gemessenen Reflexionsgrad von Proben mit unterschiedlichen Ablagerung Winkel (d. h., 0°, 30°, 45° und 70°) und einer Ge-Schichtdicke von 15 nm. Durch die Integration dieser spektralen Antworten, die Normfarbwerte x, Y und Z, die die grundlegenden Parameter für den Ausdruck von Farbinformationen sind, erzielt werden. In der CIE Farbkoordinaten die Farbart einer Farbe wird angegeben durch die beiden abgeleiteten Parameter X und y sowie die normalisierte Werte aller drei Tristimulus-Werte mit den folgenden Gleichungen:

Equation 1

Equation 2
Basierend auf diesen Gleichungen, zeigt Abbildung 3 b die Farbigkeit von Proben mit unterschiedlichen Ablagerung Winkel in der CIE-Koordinatensystem.

Abbildung 4a zeigt die chromatische Werte, nachdem sie aus der gemessenen Reflexionsgrad in Abbildung 3a in das CIE-Farbsystem Koordinate umgewandelt wurden. Zum Vergleich wurden die berechneten Ergebnisse auch dargestellt, wie durch die gestrichelte Linien dargestellt. Bei der Berechnung wurden die effektive Indizes der Ge die Porositäten erwartet für jede Ablagerung Winkel7berechnet. Dann wurden diese effektive Indizes verwenden, die Reflexion Werte durch rigorose gekoppelten Welle Analyse (RCWA)9berechnet. Die experimentellen Ergebnisse wurden verglichen mit den CIE-Koordinatensystem, die berechneten Ergebnisse gut abgestimmt.

Vergleicht man die Wertebereiche der chromatischen der Proben, Proben mit hohen Ablagerung Winkeln ausgestellt eine breitere Farbpalette. Dies bedeutet, dass das Spektrum der Farbe ausdrücken breit, mit höherer Farbreinheit war. Die höhere Farbreinheit bei höheren Ablagerung Winkel wird zur Verringerung der Oberfläche Reflexion durch die höhere Porosität durch Ablagerung in höheren Winkeln zugeschrieben.

Die Farbinformationen aus den Reflexionsgrad umgewandelt in RGB-Werte darzustellen Farben15umgewan- Abbildung 4 b zeigt die Farbdarstellung nach der Konvertierung der Farbinformationen aus den gemessenen Reflexionsgrad der Proben in RGB-Werte. Die Fotos entsprechen möglicherweise nicht genau die wahren Farben, aufgrund von Unterschieden in der Beleuchtung oder andere Bedingungen, aber die allgemeine Tendenz in der Farbumschlag von Probe zu Probe zu sehen.

Abbildung 5 zeigt Bilder von den Proben auf einem 2-Zoll-Wafer hergestellt mit dem großflächigen Prozess. Wenn eine große Stichprobe zu fabrizieren, unterscheidet sich die abgelagerte Dicke abhängig von der Position der Oberfläche. Eine Lösung für dieses Problem ist die Ablagerung in zwei Schritten, wie in Schritt 5 des Protokolls durchführen. Die erste Schicht, mit der Hälfte der gewünschten Dicke lagert sich in einem Winkel von positiven Ablagerung und die zweite Hälfte lagert sich in einem Winkel von negativen Ablagerung.  Auf diese Weise durch die Hinterlegung im positiven und negativen Winkel die Unterschiede in der Dicke kompensieren einander, und eine gleichmäßige Dicke erhalten werden.

Unsere Ziele waren 20 nm und 40 nm Dicke in einem Ablagerung Winkel von 45°, jedoch zeigten die Ergebnisse dickere Einlagen. Und zwar deshalb, weil die kompensierte durchschnittliche Dicke in vertikaler Richtung an einer Position näher an die Quelle als Probe Halter16gebildet wurde. So sollte bei der Herstellung in großem Umfang mit dieser Methode, es erwarten, dass die abgeschiedenen Films dicker als die Ziel-Dicke wird.

Abbildung 6 zeigt Bilder der vorgefertigten Proben bei verschiedenen Betrachtungswinkeln und gemessene Reflexion in verschiedenen einfallenden Winkeln. Wie in den Abbildungen gezeigt, gibt es wenig Veränderung in Farben je nach Betrachtungswinkel. Die minimale Dips der gemessenen Reflexion Werte in verschiedenen Winkeln waren auch kaum von den einfallenden Winkeln verschoben. Grundsätzlich, wie diese Beschichtungen viel dünner als die Wellenlänge des einfallenden Lichts sind, gibt es wenig Phasendifferenz infolge erhöhten des Einfallswinkels im Vergleich mit dem Fall der normalen Inzidenz.

Figure 1
Abbildung 1 : Schematische Darstellungen von (einem) erstellt die Proben auf den geneigten Probenhalter und (b) poröse Ge Filmen hinterlegt durch die schrägen Winkel Ablagerung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Klasse = "Xfig" > Abbildung 2: (ein) Bilder der Proben bei verschiedenen Ablagerung Winkel (d. h., 0°, 30°, 45° und 70°) mit unterschiedlicher Ge Dicke hergestellt (d.h.10 nm, 15 nm, 20 nm, 25 nm und 100 nm). Links, Graustufen-Figuren zeigen Scannen von Mikroskopie-Bildern entsprechend der Proben mit Ge-Dicke von 200 nm für bessere zeigen die Morphologie. Maßstabsleiste = 100 nm. (b) gemessen Reflexionsvermögen Spektren für jede Ge-Dicke (d.h.10 nm, 15 nm, 20 nm und 25 nm) mit verschiedenen Ablagerung Winkel (d. h., 0°, 30°, 45° und 70°). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3 : (ein) chromatischen Antwort der Normfarbwerte und (b) Das CIE-Grundstück mit verschiedenen Ablagerung Winkel (d. h., 0°, 30°, 45° und 70°) bei einer Ge-Dicke von 20 nm. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4 : (ein) chromatische Werte in den CIE-Koordinaten aus den gemessenen Reflexion Werten der Proben hergestellten, mit den berechneten Ergebnissen.  (b) Farbdarstellung anhand der gemessenen Reflexionen der vorgefertigten Samples. Links, Graustufen-Figuren zeigen Scannen von Mikroskopie-Bildern entsprechend der Proben mit Ge-Dicke von 200 nm für bessere zeigen die Morphologie. Maßstabsleiste = 100 nm. Diese Zahl wurde mit freundlicher Genehmigung von der Royal Society of Chemistry von 7 wiedergegeben. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5 : Bilder von vorgefertigten Samples auf 2-Zoll-Wafer mit verschiedenen Ge dicken von (einem) 20 nm und (b) 40 nm bei einer Ablagerung Winkel von 45°.

Figure 6
Abbildung 6 : Bilder mit verschiedenen Blickwinkeln von 5° bis 60° und gemessenen Reflexionsvermögen Spektren im schrägen Winkel von 20° bis 60° der fabriziert Proben mit (einem) einer Ge-Dicke von 15 nm bei einer Ablagerung Winkel von 0°, (b) einer Ge-Dicke von einem 25 nm bei einer Aussage eine Gle 70 °. Diese Zahl wurde von Y. J. Yoo Et Al. reproduziert 7, mit freundlicher Genehmigung von der Royal Society of Chemistry.

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Discussion

Die Farbe ist in herkömmlichen Dünnfilmbeschichtungen für Färbung3,4,5,6steuerbar durch verschiedene Materialien zu verändern und anpassen der Dicke. Die Wahl der Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes beschränkt sich für die Optimierung verschiedener Farben. Um diese Einschränkung zu erholen, ausgebeutet wir die schrägen Winkel Ablagerung zu Dünnschicht-Farbbeschichtung. Je nach Betrachtungswinkel Ablagerung shadowing die Porosität der Ge Schicht durch atomare geändert wird11, wie in Abbildung 1 bgezeigt. Die Porosität auf die Ge-Dünnschicht angewendet bewirkt eine Änderung der effektiven Index des Ge-Layer-7. Der Phasenwechsel des fortpflanzenden Lichtes mittelfristig Ge variiert mit der Änderung des Indexes wirksam durch die schrägen Winkel Ablagerung. Dadurch ändert sich die Farbe mit verschiedenen Überlagerungen in der sichtbaren Wellenlängen. Insbesondere unsere ultra-dünnen Farbfilm verbesserte niedrige effektivere Index in einem sehr schrägen Ablagerung Winkel die Farbreinheit mit niedrigeren Oberflächenreflexion und Abstimmbarkeit mit einem kleineren Phasenwechsel.

In unserem Protokoll ist Schritt 4 das wichtigste Verfahren zur Färbung. Um erfolgreich führen Sie Schritt 4, der Auffassung, dass die Filmqualität ein entscheidender Faktor in der Dünnschicht-optische Beschichtung Färbung ist. Die Filmqualität der Brechungsindex ändern kann und subtil beeinflusst die Färbung. Die Filmqualität richtet sich nach Art und Bedingungen der Ablagerung Ausrüstung. In unserem Fall ein Elektron Lichtstrahl Verdampfer diente als die Ablagerung Ausrüstung und konstanten Druck und Depositionsraten wurden beibehalten, um Film Stabilität zu gewährleisten. Darüber hinaus wir maßen die optischen Konstanten der dünner Schichten unter diese konstanten Bedingungen abgelagert, und mithilfe der gemessenen optischen konstanten, die Farbe des dünnen Films vorhergesagt und analysiert werden könnte. Um eine genaue gewünschte Farbe zu erzielen und tune die Farbe mit der Schichtdicke, sorgen Sie für die Stabilität der Bedingungen, z. B. den Druck und die Ablagerung der Ablagerung Ausrüstung. Vor allem bei verschiedenen Geräten, die verschiedenen Bedingungen der Ausrüstung für ultra-dünnen Farbfilmen tuning optimiert werden müssen.

Dabei großflächig schrägen Winkel Ablagerung Film Abscheidung ist nicht gleichmäßig durch die vertikale Differenz zwischen der Quelle und dem Substrat. Dabei Elektronen Strahl Verdunstung variiert die Dampf-Flussdichte in vertikaler Richtung von der Quelle. Bei hohen schrägen Winkeln ist ein vertikale Unterschied abhängig von der Position des Substrates, wodurch Flussdichte unterschiedlich je nach Oberfläche Position hinterlegt werden.

Der Prozess detailliert in Schritt 5 des Protokolls wurde entwickelt, um dies zu kompensieren. Diese Methode ist einfach und kann leicht verfolgt werden, ohne das Gerät zu ändern. Allerdings, wie im Abschnitt "Ergebnisse" erwähnt, der Prozess tendenziell größere Schichtdicke als Ziel Dicke zur Folge haben. Eine weitere großflächige Process-Methode, die dieses dicke Problem lösen kann ist, das Futter in der Kammer zu ändern, wo die Probe geladen wird, so dass sie in der z-Achse dreht. Wenn die Probe in der Mitte der z-Drehung geladen wird, bleibt das Zentrum der Probe immer einen konstanten Abstand von der Quelle. Daher kann auch mit der Absetzung im positiven und negativen Winkel, eine gleichmäßige Dicke erreicht werden. Darüber hinaus ist darauf hinzuweisen, dass die schrägen Winkel der Probe geändert werden kann, und gleichzeitig das Vakuum, weil das Futter in der z-Achse im Inneren der Kammer drehbar ist.

Zusammenfassend haben wir ein Verfahren zur Herstellung von ultra-dünnen Farbfilm mit schrägen Winkel Ablagerung mit einem Elektron Lichtstrahl Verdampfer vorgestellt. Darüber hinaus haben wir ausführlich eine Methode zur Umwandlung der gemessenen optischen Eigenschaften der gefertigten Proben in Farbinformationen und analysiert sie farblich mit den CIE-Koordinaten. Dabei verwendet zu messen und zu analysieren, die Farben der vorgefertigten Proben kann auch für die Analyse von verschiedenen anderen Färbung Strukturen hilfreich sein. In dieser Studie wurden Veränderungen in der Farbe abhängig von der Dicke des ultra-dünnen Films und der Ablagerung Winkel beobachtet. Unsere ultra-dünnen Farbe Strukturen können für verschiedene Dünnschicht-Anwendungen wie flexible Farbe Elektroden, Dünnschicht-Solarzellen und optische Filter verbreitet.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Diese Forschung wurde durch unbemannte Fahrzeuge erweiterte Core Technology Research and Development Program durch die unbemannten Fahrzeug Advanced Research Center (UVARC) gefördert durch das Ministerium für Wissenschaft, IKT und Zukunft planen, die Republik Korea (unterstützt. 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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