416,5 Kb.НазваниеОптические свойства дисперсионных сред в настоящее время при изготовлении интегральных микросхем (имс) используются тонкие пленки металловстраница1/3Дата конвертации03.11.2012Размер416,5 Kb.Тип 1 ГЛАВА 5 . ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСИОННЫХ СРЕДВ настоящее время при изготовлении интегральных микросхем (ИМС) используются тонкие пленки металлов, полупроводников и диэлектриков. По своему составу перечисленные пленки являются гомогенными, т. е. их состав не меняется существенным образом от точки к точке. Различные области рабочих элементов, например транзисторов, отличаются друг от друга типом и концентрацией атомов внедренной примеси. Такие эффекты, как кластеризация атомов примеси, т. е. образование малых частиц вещества, отличающегося по составу от основной матрицы, являются нежелательными и в стандартной технологии изготовления интегральных схем (ИС) этот эффект подавляется. Вместе с тем, в последние несколько лет наблюдается повышенный интерес к оптическим свойствам гетерогенных сред на основе диэлектрических материалов как неорганических, так и органических. Это связано в первую очередь с возможностью изготовления на их основе оптических переключающих устройств пикосекундного диапазона, направленных соединителей, интерферометров Маха Цендера, планарных и трехмерных диэлектрических микроволноводов и ряда других практически важных устройств [1, 2] для интегральной оптики и оптоэлектроники. Нелинейные оптические свойства гетерогенных сред на основе оптически прозрачных диэлектриков, содержащих наночастицы металлов, основываются на зависимости показателя преломления среды от параметров внешних воздействий (пико- или фемтосекундных лазерных импульсов). Кроме того, гетерогенные пленки могут обладать аномально высоким коэффи]циен]том преломления, что, как показано в работе [3], может иметь целый ряд практически важных применений, например, повышение разрешающей способности оптических микроскопов, управление направлением распространения светового луча (включая самофоку]сирующие устройства селфоки), создание миниатюрных высоко]качественных линз и других оптических элементов. В связи с вышесказанным гетерогенные (дисперсные) пленки могут получить широкое распространение при разработке и изготовлении нового поколения приборов интегральной оптики и оптоэлектроники. Дисперсионной средой называют объемные взвеси частиц в какой-либо матрице или двухмерные осадки частиц на твердой поверхности. Традиционные методы приготовления дисперсионных сред и физические свойства малых металлических частиц подробно описаны в [4,5]. К ним относятся: сверхзвуковое истечение газа (пара) через сопло в вакуум; матричный метод совместное осаждение инертного газа и пара исследованного вещества на холодную (T 10 K) подложку; метод молекулярных сит; метод ударной волны; плазменная полимеризация с одновременным осаждением металла; испарение в инертном газе. Так, например, в [6] для получения кластеров золота на (111) поверхности монокристаллического кремния используют напыление тонкой (1-40 нм) золотой пленки с последующей термообработкой и охлаждением до комнатной температуры, сопровождающимся образованием сферических кластеров. В данном случае используется особенность фазовой диаграммы системы Au/Si - очень низкая точка эвтектики 363 `С. Так как в качестве подложки используется кремний, то для расчета коэффициента поглощения (k) исследуемой гетерогенной среды использовался метод спектральной эллипсометрии (k=400...900 нм). Спектры k(k) приведены ниже на рис.5.1. Широкая полоса поглощения в области 520...580 нм связана с плазменными колебаниями в малых частицах золота. С ростом размера кластеров максимум поглощения сдвигается в красную область. Распределение кластеров золота по глубине в данной работе не исследовалось, но очевидно, что при таком методе формирования они залегают непосредственно вблизи поверхности кремния. Рис.5.1. Зависимость k(k) для различных толшин пленки золота: 1 39 нм, 2 15 нм, 3 6,3 нм, 4 4,3 нм, 5 1,0 нм. Для получения наночастиц некоторых металлов в стеклах часто используют непосредственное их введение в процессе варки. Так, в [7] наночастицы меди были сформированы в стекле следующего состава: SiO2(57,8 %), Na2O(5,7 %), K2O(7,9 %), PbO(24,4%), Al2O3(0,5%), CaO (0,5 %), MgO(0,1%), CuO(1,2%) и SnO (1,9 %). Для анализа распределения наночастиц меди использовался метод ПЭМ и спектральной эллипсометрии (рис.5.2, 5.3). Рис.5.2. ПЭМ изображение сферических наночастиц меди в стекле. Рис.5.3. Зависимости k(k), n(k) (кривые 1,2) и nM(k) -3 Кривая 3 на рис.5.3 соответствует дисперсии коэффициента преломления стеклянной матрицы (nM). В области 575 нм коэффициент преломления гетерогенной смеси имеет хорошо выраженный максимум. Взаимодействие мощного лазерного излучения с поглощающими средами приводит к абляции последних и распылению их материала в окружающую среду. Удаляемый материал организуется в кластеры нанометровых размеров. Образование наночастиц при лазерной абляции твердых тел в вакууме или газе детально исследовалось в течение последнего десятилетия в связи с технологически важным процессом лазерного абляционного напыления тонких пленок[8]. На рис.5,4; 5.5 приведена структура и зависимость оптической плотности коллоидного раствора наночастиц золота в воде. Рис. 5.4. Наночастицы золота, полученные при плотности энергии 35 Дж/см2 (а). Тот же коллоидный раствор, подвергнутый лазерному облучению в течение 3 час при той же плотности энергии в отсутствии мишени (б) Рис. 5.5. Оптическая плотность коллоидного раствора наночастиц золота в воде, полученного абляцией золотой мишени. Аналогичный метод получения получения наночастиц серебра и золота в полимерных пленках описан в [9]. На рис.5.6 приведено изображение наночастиц золота, полученное с помощью АСМ-микроскопии.Рис.5.6. АСМ изображения золотых наночастиц, полученных методом лазерной абляции [9] Имеются также сообщения о получении кристаллических нано]частиц Ag электронным облучением ацетата серебра: c ростом дозы облучения реакция проходит стадию образования оксида серебра с последующим получением нанокристаллов Ag [n23]. Весьма перспективным методом получения наночастиц широкозонных полупроводников и изоляторов является метод отмучивания . Для этого готовится взвесь специально подготовленного порошка, содержащего атомы нужных элементов в каком-либо органическом растворителе. Например, в [10] для получения наночастиц TiO2 использовался ацетон. После длительного отстаивания взвеси отделялся верхний, практически прозрачный слой, содержащий наиболее мелкие частицы. После этого растворитель удаляется выпариванием. Рис.5.7. Электронно-микроскопическое изображение частиц TiO2 [10]Большинство полученных наночастиц имеет
Оптические свойства дисперсионных сред в настоящее время при изготовлении интегральных микросхем (имс) используются тонкие пленки металлов
Оптические свойства дисперсионных сред в настоящее время при изготовлении интегральных микросхем (имс) используются тонкие пленки металлов
Комментариев нет:
Отправить комментарий