Fabrikasjon av ultra tynn farge filmer med svært absorberende Media med skrå vinkel avsetning
Summary
Vi presenterer en detaljert metode for fabrikasjon ultratynne filmrull med bedre egenskaper for optisk belegg. Skrå vinkel deponering teknikken bruker et elektron strålen fordamperen gir forbedret farge tunability og renhet. Fabrikkert filmer Ge og Au på Si underlag ble analysert av refleksjon målinger og informasjon fargekonvertering.
Abstract
Ultratynne filmstrukturer har vært studert for bruk som optisk belegg, men ytelsen og fabrikasjon utfordringer forbli. Vi presenterer en avansert metode for fabrikasjon ultratynne filmrull med bedre egenskaper. Foreslåtte prosessen tar flere fabrikasjon problemer, inkludert stort område behandling. Spesielt beskriver protokollen en prosess for fabrikasjon ultratynne filmrull bruker et elektron strålen fordamperen til skrå vinkel deponering av germanium (Ge) og gull (Au) på silikon (Si) underlag. Filmen porøsitet produsert av skrå vinkel avsetning induserer endringer i den ultra-spinkle filmen. Graden av fargeendring avhenger av faktorer som deponering vinkel og film tykkelse. Fremstille prøver av ultra tynn farge filmene viste forbedret farge tunability og farge renhet. I tillegg var den målte refleksjon av fabrikkerte prøvene konverteres til kromatisk verdier og analysert i form av farger. Vår ultra-spinkle film fabrikere metoden forventes å bli brukt for ultra-spinkle film programmer som fleksibel farge elektroder, tynnfilm-solceller og optiske filtre. Prosessen utviklet her for å analysere fargen fabrikkerte prøvene er også generelt nyttig for studerer ulike farge strukturer.
Introduction
Generelt, er ytelsen til tynn-film optisk belegg basert på typen optiske forstyrrelser de produserer, for eksempel høy refleksjon eller overføring. I dielektrisk tynn-film, kan optiske forstyrrelser fås ved å tilfredsstille forhold som kvartal bølge tykkelse (λ/4n). Forstyrrelser prinsipper har lenge vært brukt i optisk programmer som Fabrys-Perot interferometers og distribuert Bragg reflektorer1,2. De siste årene studerte tynnfilm strukturer ved hjelp av svært absorberende materialer som metall og halvledere har vært mye3,4,5,6. Sterke optiske forstyrrelser kan fås ved tynn-film belegging en absorberende halvledermateriale på en metall film, som gir ikke-triviell faseendringer i reflekterte bølger. Denne typen struktur kan ultra-tynne belegg som er vesentlig tynnere enn dielektrisk tynn-film belegg.
Nylig vi studerte måter å forbedre farge tunability og farge renhet av svært absorberende tynn-film bruker porøsitet7. Ved å kontrollere porøsitet av avsatt filmen, kan den effektive brytningsindeksen i tynn-film mediet endret8. Denne endringen i den effektive brytningsindeksen lar optiske egenskapene forbedres. Basert på denne effekten, designet vi ultratynne filmrull med ulike tykkelser og porosities av beregninger ved hjelp av strenge kombinert bølge analyse (RCWA)9. Vår design presenterer farger med annen film tykkelser på hver porøsitet7.
Vi ansatt en enkel metode, skrå vinkel deponering, kontrollere porøsitet av svært absorberende tynn-film belegg. Skrå vinkel deponering teknikken kombinerer i utgangspunktet en typisk avsetning system, for eksempel et elektron strålen fordamperen eller termisk fordamperen, med en skrå substrat10. Skrå vinkel hendelsen flux oppretter atomic skygge, som produserer områder at damp fluks ikke kan nå direkte11. Skrå vinkel deponering teknikken har vært mye brukt i ulike tynn-film belegging programmer12,13,14.
I dette arbeidet detalj vi prosessene for fabrikasjon ultratynne filmrull av skrå deponering bruker et elektron strålen fordamperen. Også presenteres flere metoder for behandling av store området separat. I tillegg til prosess trinnene, er noen notater som bør tas hensyn til under fabrikasjon prosessen forklart i detalj.
Vi vurderer også prosesser for å måle refleksjon av fabrikkerte prøvene og konvertere dem til fargeinformasjon for analyse, slik at de kan uttrykkes i CIE farge koordinater og RGB verdier15. Videre diskuteres noen problemer å vurdere i fabrikasjon prosessen med ultratynn filmrull.
Protocol
Representative Results
Discussion
I konvensjonell tynnfilm belegg i farge3,4,5,6, kan fargen kontrolleres ved å endre forskjellige materialer og justere tykkelsen. Valget av materialer med forskjellige refractive indekser er begrenset for tuning ulike farger. Hvis du vil slappe av denne begrensningen, utnyttet vi skrå vinkel avsetning til tynn-film farge belegg. Avhengig av avsetning vinkelen skygge porøsitet av Ge lag endre…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskningen ble støttet av ubemannet kjøretøy avansert Core Technology Research and Development Program gjennom den ubemannet kjøretøy Advanced Research Center (UVARC) finansiert av departementet for vitenskap, IKT og fremtiden planlegging, Sør-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).
