Fabricação de filmes de cor ultra-fino com altamente absorvente Media usando ângulo oblíquo deposição
Summary
Apresentamos um método detalhado para fabricar filmes cor ultra-fino com características melhoradas para revestimentos ópticos. A técnica de deposição de ângulo oblíquo usando um evaporador de feixe de elétrons permite pré-definido de cor melhorada e pureza. Filmes fabricados de Ge e Au em substratos de Si foram analisados por medições de reflectância e conversão de informação de cor.
Abstract
Estruturas de filmes ultrafinos têm sido estudadas extensivamente para uso como revestimentos ópticos, mas permanecem desafios desempenho e fabricação. Apresentamos um método avançado para fabricar filmes cor ultra-fino com características melhoradas. O processo proposto aborda várias questões de fabricação, incluindo o processamento de grande área. Especificamente, o protocolo descreve um processo para a fabricação de filmes ultrafinos cor usando um evaporador de feixe de elétrons para deposição de ângulo oblíquo de ouro (Au) em substratos de silício (Si) e germânio (Ge). Porosidade de filme produzida pela deposição ângulo oblíquo induz mudanças de cor no filme ultra-fino. O grau de mudança de cor depende de fatores como espessura de filme e ângulo de deposição. Fabricado com amostras dos filmes ultrafinos cor mostrou pré-definido de cor melhorada e pureza de cor. Além disso, a reflectância medida das amostras fabricadas foi convertida em valores cromáticos e analisada em termos de cor. Nosso filme ultra-fino, método de fabricação é esperado para ser usado para diversas aplicações de filme ultra-fino como eletrodos cor flexíveis, células solares de película fina e filtros ópticos. Além disso, o processo desenvolvido aqui para analisar a cor das amostras fabricadas é amplamente útil para estudar várias estruturas de cor.
Introduction
Em geral, o desempenho de revestimentos ópticos de película fina é baseado no tipo de interferência ótico que eles produzem, tais como alta reflexão ou transmissão. Em filmes-dielétricos finos, interferência ótico pode ser obtida simplesmente, satisfazendo as condições tais como a espessura de onda trimestre (λ/4n). Princípios de interferência têm sido muito utilizados em diversas aplicações ópticas como interferômetros de Fabry-Perot e distribuído Bragg refletores1,2. Nos últimos anos, película fina, estruturas usando materiais absorventes como metais e semicondutores têm sido amplamente estudados3,4,5,6. Forte interferência ótico pode ser obtida por filme fino revestimento de um material semicondutor absorvente em uma película do metal, que produz mudanças de fase não-trivial nas ondas refletidas. Este tipo de estrutura permite revestimentos ultra-fino que são consideravelmente mais finos do que o dielétricos revestimentos de película fina.
Recentemente, estudamos formas de melhorar o pré-definido de cor e pureza de cor altamente absorvente fino-filmes usando porosidade7. Ao controlar a porosidade do filme depositado, o índice de refração eficaz do meio de filme fino pode ser alterado8. Esta mudança no índice de refração eficaz permite que as características óticas de ser melhorado. Baseado neste efeito, nós projetamos filmes ultra finos de cor com diferentes espessuras e porosidades por cálculos usando onda acopladas rigorosa análise (RCWA)9. Nosso projeto apresenta cores com espessuras de filme diferente em cada porosidade7.
Utilizamos um método simples, deposição de ângulo oblíquo, para controlar a porosidade de revestimentos de película fina altamente absorventes. Basicamente, a técnica de deposição de ângulo oblíquo combina um sistema de deposição típica, como um evaporador do feixe de elétron ou evaporador térmica, com um substrato inclinado10. O ângulo oblíquo de fluxo incidente cria sombreamento atômica, que produz áreas que o fluxo de vapor não pode atingir diretamente o11. A técnica de deposição de ângulo oblíquo foi amplamente utilizada no revestimento de película fina vários aplicativos12,13,14.
Neste trabalho, detalhamos os processos para a fabricação de filmes ultrafinos cor pela deposição oblíqua usando um evaporador de feixe de elétrons. Além disso, métodos adicionais para processamento de grande área são apresentados separadamente. Além das etapas do processo, algumas notas que devem ser tomadas em consideração durante o processo de fabricação são explicadas em detalhes.
Revisamos também processos de medição do coeficiente de reflexão das amostras fabricadas e convertê-los em informações de cores para análise, para que possam ser expressos nas coordenadas de cor CIE e RGB valores15. Além disso, algumas questões a serem consideradas no processo de fabricação de filmes ultra finos coloridos são discutidos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Em revestimentos de película fina convencional para coloração3,4,5,6, a cor pode ser controlada alterando materiais diferentes e ajustar a espessura. A escolha de materiais com diferentes índices de refracção é limitada para tuning várias cores. Para relaxar esta limitação, nós explorada a deposição de ângulo oblíquo para o revestimento de película fina de cor. Dependendo do ân…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa foi apoiada pelo programa desenvolvimento através o não tripulados veículo avançado Research Center (UVARC) financiado pelo Ministério da ciência, TIC e planejamento de futuro, a República da Coreia (e veículos não tripulados Core Advanced Technology Research 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) |
Referências
- 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).
