Tillverkning av ultra-tunn färg filmer med mycket absorberande medier med sned vinkel nedfall
Summary
Vi presenterar en detaljerad metod för att fabricera Ultra-tunn färg filmar med förbättrade egenskaper för optiska beläggningar. Sned vinkel nedfall tekniken använder electron beam förångare tillåter förbättrad färg tunability och renhet. Fabricerade filmar av Ge och Au på Si substrat analyserades av reflektans mätningar och information färgkonvertering.
Abstract
Ultra-tunn filmar strukturerar har studerats ingående för användning som optiska beläggningar, men prestanda och fabrication utmaningar kvarstår. Vi presenterar en avancerad metod för fabricera Ultra-tunn färg filmar med förbättrade egenskaper. Den föreslagna processen tar flera fabrication frågor, inklusive bearbetning, stort område. Specifikt, beskriver protokollet en process för att fabricera Ultra-tunn färg filmer med electron beam förångare för sned vinkel nedfall av germanium (Ge) och guld (Au) på kisel (Si) substrat. Film porositet produceras av sned vinkel nedfall inducerar färgändringar i Ultra-tunn film. Graden av färgförändring beror på faktorer såsom nedfall vinkel och film tjocklek. Fabricerade prover av ultra-tunn färg filmerna visade förbättrad färg tunability och färgen renhet. Dessutom var uppmätta reflektansen av påhittade proverna omvandlas till kromatiska värden och analyseras i termer av färg. Vår ultratunna film fabricera metod förväntas användas för olika program, Ultra-tunn film som flexibel färg elektroder, tunnfilmssolceller och optiska filter. Den process som utvecklats här för att analysera färgen på de fabricerade proverna är också allmänt användbar för att studera olika färg strukturer.
Introduction
Utförandet av tunnfilms-optiska beläggningar är i allmänhet baserad på typ av optiska störningar som de producerar, till exempel hög reflektion eller överföring. I dielektriska tunn-filmer, kan optiska störningar erhållas genom att helt enkelt tillfredsställande förhållanden såsom kvartalet våg tjocklek (λ/4n). Störningar principer har länge använts i olika optiska applikationer såsom Fabry-Perot interferometrar och distribuerade Bragg reflektorer1,2. Under de senaste åren studerat tunn film strukturer med högabsorberande material som metaller och halvledare har varit allmänt3,4,5,6. Stark optiska störningar kan erhållas av tunnfilms-beläggning en absorberande halvledarmaterial på en metall film, som producerar icke-triviala fas förändringar i reflekterade vågor. Denna typ av struktur tillåter ultratunn beläggning som är betydligt tunnare än dielektriska tunnfilms-beläggningar.
Nyligen har vi studerat olika sätt att förbättra den färg tunability och färgen renhet av högabsorberande thin-film använder porositet7. Genom att kontrollera porositeten av deponerade filmen, kan effektivt brytningsindex av tunnfilms-mediet vara ändrade8. Denna förändring i effektiv brytningsindex tillåter de optiska egenskaperna förbättras. Baserat på denna effekt, utformat vi Ultra-tunn färg filmer med olika tjocklekar och porositeter av beräkningar med hjälp av rigorösa kopplat wave analys (RCWA)9. Vår design presenterar färger med olika film tjocklekar på varje porositet7.
Vi anställt en enkel metod, sned vinkel nedfall, att styra porositeten av högabsorberande tunnfilms-beläggningar. Sned vinkel nedfall tekniken kombinerar i princip ett typisk nedfall system, såsom en electron beam förångare eller termisk förångaren, med en lutande substrat10. Sned vinkel infallande flux skapar Atom skuggning, som producerar områden att ånga flux inte kan nå direkt11. Sned vinkel nedfall tekniken har använts i olika tunnfilms-beläggning program12,13,14.
I detta arbete detalj vi processerna för att tillverka Ultra-tunn färg filmer av sneda nedfall använda electron beam förångare. Ytterligare metoder för stora ytor bearbetning presenteras dessutom separat. Förutom processteg beskrivs några anteckningar som bör beaktas under tillverkningsprocessen i detalj.
Vi granskar även processer för mätning av reflektansen fabricerade prover och omvandla dem till färginformation för analys, så att de kan uttryckas i CIE-koordinater för färg och RGB-värden15. Dessutom diskuteras vissa frågor att överväga i tillverkningsprocessen av ultra-tunn färg filmer.
Protocol
Representative Results
Discussion
I konventionella tunn filmbeläggningar för färgning3,4,5,6, kan färgen styras genom att ändra olika material och justera tjockleken. Valet av material med olika refractive index är begränsad för finjustering av olika färger. För att koppla av denna begränsning, utnyttjat vi sned vinkel nedfall att tunnfilms-färg beläggning. Beroende på nedfall vinkeln skuggning porositeten av den …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna forskning stöddes av obemannade fordon avancerade Core Technology Research och utveckling av programmet genom den obemannade fordon avancerad forskning Center (UVARC) finansieras av ministeriet för vetenskap, IKT och framtida planering, den Republiken Korea ( 2016M1B3A1A01937575)
Materials
| 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 | |
| 4inch Silicon Wafer | Hi-Solar Co., Ltd. | 4inch Silicon Wafer (P-100, 1-20 ohm.cm, Single side polished, Thickness: 440±20μm) | |
| 2inch Silicon Wafer | Hi-Solar Co., Ltd. | 2inch Silicon Wafer (P-100, 1-20 ohm.cm, Single side polished, Thickness: 440±20μm) |
References
- Macleod, H. A. Thin-film optical filters. Institute of Physics Publishing. 3, (2001).
- Baumeister, P. W. . Optical Coating Technology. , (2004).
- 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).
- Kats, M. A., et al. Ultra-thin perfect absorber employing a tunable phase change material. Appl. Phys. Lett. 101 (22), 221101 (2012).
- 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).
- Song, H., et al. Nanocavity enhancement for ultra-thin film optical absorber. Adv. Mater. 26 (17), 2737-2743 (2014).
- 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).
- 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).
- Moharam, M. G. Coupled-wave analysis of two-dimensional dielectric gratings. Proc. SPIE. 883, 8-11 (1988).
- Robbie, K., Sit, J. C., Brett, M. J. Advanced techniques for glancing angle deposition. J. Vac. Sci. Technol. B. 16 (3), 1115-1122 (1998).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Oliver, J. B., et al. Electron-beam–deposited distributed polarization rotator for high-power laser applications. Opt. Exp. 22 (20), 23883-23896 (2014).
