Fabricación de películas ultra delgadas Color con altamente absorbente de los medios de comunicación mediante deposición oblicua
Summary
Se presenta un detallado método para la fabricación de películas ultra delgadas color con características mejoradas para recubrimientos ópticos. La técnica de deposición oblicua utilizando un evaporador de haz de electrones permite afinabilidad de mejor color y pureza. Películas fabricadas de Ge y Au en substratos Si fueron analizadas por las mediciones de reflectancia y conversión de información de color.
Abstract
Estructuras de película ultra fina se han estudiado extensivamente para el uso como recubrimientos ópticos, pero sigue habiendo problemas de rendimiento y fabricación. Presentamos un método avanzado para la fabricación de películas ultra delgadas color con características mejoradas. El proceso propuesto aborda varios problemas de fabricación, incluyendo procesamiento de área grande. Específicamente, el protocolo describe un proceso para la fabricación de películas ultra delgadas color usando un evaporador de haz de electrones para la deposición de ángulo oblicuo de oro (Au) sobre sustratos de silicio (Si) y germanio (Ge). Porosidad de la película producida por la deposición de ángulo oblicuo induce cambios de color en la película ultra delgada. El grado de cambio de color depende de factores tales como el grosor de ángulo y de la película de deposición. Fabrican las muestras de las películas de color ultra delgado demostradas afinabilidad de color mejorada y la pureza del color. Además, la reflectancia medida de las muestras fabricadas fue convertida en valores cromáticos y analizada en términos de color. Se espera que nuestra película ultra fina fabricación método ser utilizado para diversas aplicaciones de película ultra fina como electrodos de color flexible, las células solares de película delgada y filtros ópticos. Además, el proceso desarrollado aquí para analizar el color de las muestras fabricadas es ampliamente útil para el estudio de varias estructuras de color.
Introduction
En general, el rendimiento de recubrimientos ópticos de capa fina se basa en el tipo de interferencia óptica producen, tales como alta reflexión o transmisión. En películas dieléctricas delgadas interferencia óptica puede obtenerse simplemente reúna condiciones tales como el grosor de barrio onda (λ/4n). Principios de interferencia han sido utilizados en diversas aplicaciones ópticas como interferómetros de Fabry-Perot y Bragg distribuido reflectores de1,2. En los últimos años, película delgada utilizando materiales muy absorbentes como metales y semiconductores han sido ampliamente estudiados3,4,5,6. Fuerte interferencia óptica puede obtenerse por capa fina capa de un material semiconductor absorbente en una película metálica, que produce cambios de fase no trivial en las ondas reflejadas. Este tipo de estructura permite recubrimientos ultra delgados que son considerablemente más delgadas que capas thin-film dieléctricas.
Recientemente, hemos estudiado maneras de mejorar la afinabilidad de color y pureza de color de películas delgadas altamente absorbentes con porosidad7. Mediante el control de la porosidad de la película depositada, el índice de refracción eficaz del medio de película delgada puede ser cambiado8. Este cambio en el índice de refracción eficaz permite que las características ópticas para mejorarse. Basado en ello, diseñamos películas ultra delgadas de color con diferentes espesores y porosidades por cálculos utilizando onda acoplado riguroso análisis (RCWA)9. Nuestro diseño presenta colores con espesores de película diferente en cada porosidad7.
Se empleó un método simple, deposición de ángulo oblicuo, para el control de la porosidad de recubrimientos de capa fina altamente absorbentes. La técnica de deposición oblicua básicamente combina un sistema de deposición típica, como un electrón viga evaporador o evaporador térmico, con un sustrato inclinado10. El ángulo oblicuo del flujo incidente crea sombra atómica, que produce que el flujo de vapor no puede comunicarse directamente con11áreas. La técnica de deposición de ángulo oblicuo ha sido ampliamente utilizada en varios película delgada capa aplicaciones12,13,14.
En este trabajo, se detallan los procesos para la fabricación de películas ultra delgadas color por deposición oblicua utilizando un evaporador de haz de electrones. Además, otros métodos para el procesamiento de gran superficie se presentan por separado. Además de las fases del proceso, algunos apuntes que deben tenerse en cuenta durante el proceso de fabricación se explican en detalle.
También repasamos los procesos para la medición de la reflectancia de las muestras fabricadas y convertirlos en información de color para el análisis, por lo que puede expresarse en coordenadas de color CIE y RGB valores15. Además, se discuten algunos aspectos a considerar en el proceso de fabricación de películas ultra delgadas color.
Protocol
Representative Results
Discussion
En recubrimientos de película delgada convencional para coloración3,4,5,6, el color puede controlarse por alteración de diversos materiales y ajustando el espesor. La elección de materiales con diferentes índices de refracción se limita para la adaptación de varios colores. Para relajarse esta limitación, explota la deposición oblicua a la capa del color de capa fina. Dependiendo del ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue apoyada por vehículos no tripulados avanzado núcleo tecnología investigación y desarrollo de programa a través del sin tripulación vehículo avanzado investigación centro (UVARC) financiado por el Ministerio de ciencia, TIC y planificación de futuro, la República de Corea ( 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).
