Fabricage van Films van de ultra-dunne kleur met zeer absorberen van Media met behulp van schuine hoek depositie
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.
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.
Protocol
Representative Results
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 v…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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).
