close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16781

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2013.02.28
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 23C 14/46 (2006.01)
G 02B 1/10 (2006.01)
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ОПТИЧЕСКОГО
ЭЛЕМЕНТА НА ОСНОВЕ ФТОРИДА КАЛЬЦИЯ CaF2
(21) Номер заявки: a 20101892
(22) 2010.12.24
(43) 2012.08.30
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Новицкий Николай Николаевич; Шарко Сергей Александрович; Стогний Александр Иванович;
Будько Тамара Олеговна (BY)
BY 16781 C1 2013.02.28
BY (11) 16781
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение "Научно-практический центр
Национальной академии наук Беларуси по материаловедению" (BY)
(56) WISSING M. et al. Nanotechnology. 1997. - No. 8. - P. 40-45.
SU 1380527 A1, 1994.
US 6835661 B2, 2004.
НОВИЦКИЙ Н.Н. Свойства металлических пленок и наноструктур, полученных методом ионно-лучевого распыления: Автореф. дис. … канд. физ.мат. наук. - Минск, 2003. - С. 8-16.
СТОГНИЙ А.И. и др. ЖТФ. - 2003. Т. 73. Вып. 6. - С. 86-89.
(57)
Способ обработки поверхности оптического элемента на основе фторида кальция
CaF2, заключающийся в том, что на поверхность элемента из монокристалла CaF2, установленного с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной плоскости поверхности элемента, напыляют слой золота толщиной от 5 до 8 нм посредством
облучения ионами кислорода мишени из золота, затем осуществляют ионно-лучевое распыление поверхности элемента из монокристалла CaF2 вместе со слоем золота ионами
кислорода, направленными под прямым углом к поверхности элемента, повторяют цикл
напыления-распыления до получения требуемой гладкости поверхности, причем напыление и распыление осуществляют ионами кислорода с энергией от 0,4 до 0,8 кэВ в течение
150-250 с.
Изобретение относится к области технологии обработки поверхности методом ионнолучевого напыления-распыления и может быть использовано в лазерной технике и ультрафиолетовой литографии.
Монокристалл фторида кальция CaF2 является прозрачным оптическим материалом в
области дальнего ультрафиолетового (УФ) диапазона электромагнитного излучения (до
190 нм). По этой причине он имеет огромное значение в технологии создания различных
компонентов вакуумных УФ-лазеров, а также линз объективов, используемых в субмикрометровой литографии. Литография, основанная на CaF2, позволяет формировать элементы с минимальными размерами 130 нм. Для сравнения следует отметить, что один из
BY 16781 C1 2013.02.28
наиболее широко используемых в настоящее время в оптоэлектронике материал - кварц оптически прозрачен только до 200 нм, что делает возможным его применение до уровня
250 нм, и это является нижним пределом для кварца.
С другой стороны, постоянно повышаются требования, предъявляемые к качеству поверхностей подложек, на которых формируются функциональные элементы электронных
и оптоэлектронных устройств. В качестве таких элементов выступают однослойные и
многослойные пленочные структуры с толщинами от нескольких единиц до десятков
нанометров, поэтому наличие атомногладких поверхностей в данном случае является
определяющим фактором качества их функционирования.
Известно, что CaF2, как и всякий прозрачный в УФ-диапазоне материал, является достаточно мягким, и получение из него посредством механической полировки идеально
гладкой поверхности, требуемой для лазерных зеркал, представляет большие трудности.
Так, например, при механической обработке он сильно царапается, и формируется микрорельеф поверхности.
Известен способ обработки [1] поверхности фторида кальция, заключающийся в том,
что механически отполированный образец фторида кальция подвергают в ионно-лучевой
установке бомбардировке ионами аргона с энергией 4,5 кэВ под скользящими углами
(≈ 10°) к поверхности, в результате чего происходит распыление и удаление поверхностного механически нарушенного слоя и формируется гладкая поверхность.
Недостатком данного способа является невысокое качество обработки поверхности,
связанное с неполным удалением примесей органической природы при облучении ионами
аргона. Монокристалл CaF2, как и все монокристаллы, имеет конечное число ростовых
дефектов - дислокаций. Такие дефекты размером 200-300 нм являются ловушками и линзами для излучения, что заметно ухудшает оптические характеристики приборов, создаваемых на основе фторида кальция. Органические примеси скапливаются в трещинах,
образующихся по границам монокристаллических блоков при механохимическом полировании (трещиноватый слой), а также в областях ростовых дефектов. Химические методы
обработки не в состоянии удалить эти примеси. При наклонном падении ионов материал
поверхности перепыляется с выступов и, мигрируя по поверхности, попадает во впадины.
Происходит срезание выступов и сглаживание поверхности. Однако органические примеси остаются и при облучении ионами. Таким образом, область ростовых дефектов не
устраняется, а поверхность остается химически активной при взаимодействии с атмосферным кислородом и формирует измененный слой. В результате создается видимость
планаризации, которая в дальнейшем отрицательно сказывается на оптических характеристиках при нанесении тонких пленок на подложку CaF2, например при создании оптических покрытий для лазерных зеркал.
Задачей заявленного изобретения является повышение качества обработки поверхности.
Поставленная задача решается тем, что в способе обработки поверхности оптических
элементов на основе фторида кальция CaF2 на поверхность элемента из монокристалла
СаF2, установленного с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной плоскости
поверхности элемента, напыляют слой золота толщиной от 5 до 8 нм посредством облучения ионами кислорода мишени из золота, затем осуществляют ионно-лучевое распыление
поверхности элемента из монокристалла CaF2 вместе со слоем золота ионами кислорода,
направленными под прямым углом к поверхности элемента, повторяют цикл напыленияраспыления до получения требуемой гладкости поверхности, причем напыление и распыление осуществляют ионами кислорода с энергией от 0,4 до 0,8 кэВ в течение 150-250 с.
Новым, по мнению авторов, является то, что перед распылением поверхности элемента из монокристалла CaF2 производят напыление слоя золота толщиной от 5 до 8 нм
ионами кислорода с энергией от 0,4 до 0,8 кэВ в течение 150-250 с с последующим распылением обрабатываемой поверхности CaF2 теми же ионами под прямым углом к поверхности в течение того же времени.
2
BY 16781 C1 2013.02.28
В качестве мишени используется пластинка из золота чистотой не хуже 99,99 %. Предельное давление в установке составляет менее 10-3 Па, а рабочее давление во время осаждения пленки не превышает 10-2 Па.
Напыляемая пленка золота сосредотачивается в областях впадин рельефа поверхности. Затем ионами кислорода распыляется поверхность CaF2 вместе с пленкой золота.
Происходит небольшое срезание выступов и заполнение впадин. При этом все ростовые
дефекты выходят на поверхность и содержащиеся в них органические примеси выгорают
в кислороде и удаляются.
Известно, что на поверхности золота не образуется слоя естественного оксида и ультратонкие пленки золота толщиной в единицы нанометров способны пропускать более
половины падающего оптического излучения при поглощении в 10...20 %. Эти свойства
предопределяют перспективность использования ультратонких пленок золота в качестве
прозрачных защитных слоев для многослойных металлических структур или в качестве
прозрачных омических контактов для светоизлучающих полупроводниковых структур на
основе нитрида галлия.
Для иллюстрации предложенного способа обработки пластины фторида кальция на
фигуре приведены изображения исходной поверхности фторида кальция и этой же поверхности, полученной после обработки. Из фигуры видно, что после облучения поверхность становится более плоской, плотность выхода дислокаций существенно понижается
и средняя шероховатость на порядок уменьшается.
Пленка золота толщиной 5 нм осаждается за время 150 с, а толщиной 8 нм - за 250 с.
При толщинах, меньших 5 нм, слой золота кластеризуется, соответственно при толщинах
более 8 нм в атмосфере кислорода он становится рыхлым.
Преимуществом заявляемого изобретения по сравнению с известным способом является улучшение качества обработки поверхности монокристалла фторида кальция, что
позволяет его использовать в ультрафиолетовой литографии, а также в качестве материала
подложки для нанесения многослойных оптических пленок при создании лазерных зеркал.
Источники информации:
1. Wissing M., Batzill M., Snowdon K.J. Preparation by glancing incidence ion irradiation of
CaF2 surfaces with angstrom-scale RMS roughness // Nanothechnology. - 1997. - No. 8. - P. 4045.
3
BY 16781 C1 2013.02.28
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
699 Кб
Теги
by16781, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа