способ получения просветляющего покрытия

Формула изобретения

Способ получения просветляющего покрытия на поверхности оптической детали, включающий нанесение на поверхность детали, по меньшей мере, одного мономолекулярного слоя пленкообразующего органического вещества, отличающийся тем, что в качестве пленкообразующего органического вещества используют амфифильные вещества из классов жирных кислот и/или полиамидокислот, а нанесение слоев осуществляют по методу Ленгмюра-Блоджетт.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области изготовления оптических покрытий, а именно к способам создания тонкопленочных органических просветляющих покрытий на поверхности полупроводниковых деталей, например подложек, и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов.

Известны способы получения просветляющих покрытий путем нанесения на поверхность оптических деталей одного или нескольких слоев неорганических веществ, таких как оксидов кремния (SiO₂), алюминия (Аl₂О₃), гафния (НfO₂), фторида магния (MgF₂) и др. При этом состав и количество слоев как правило подбирают исходя из условия достижения максимального значения коэффициента пропускания. Известны различные методы нанесения их на поверхность деталей: механические, конденсационные, химические, катодное распыление, испарение металлов в вакууме и др.

Например, известно просветляющее покрытие, состоящее из последовательно нанесенных слоев: адгезионного четвертьволнового слоя с высоким значением показателя преломления из сульфида цинка или селенида цинка, четвертьволнового на рабочей длине волны слоя с низким значением показателя преломления из фторида висмута (Патент РФ №2097801, МПК G 02 В 5/28).

Используемая в данном изобретении многослослойная конструкция позволяет добиваться расширения рабочего диапазона, однако нанесение перечисленных слоев, как правило, требует специального оборудования, что значительно усложняет данный процесс.

Известен способ получения просветляющего покрытия оптических деталей, заключающийся в последовательном нанесении на поверхность оптического элемента адгезионного слоя двуокиси кремния с оптической толщиной /2 и просветляющего покрытия из чередующихся слоев двуокиси кремния и вещества с коэффициентом преломления, превышающего коэффициент преломления двуокиси кремния, которые получают методом электронно-лучевого напыления (Патент РФ №2037474, МПК С 03 С 17/22).

Метод электронно-лучевого напыления характеризуется трудоемкостью и сложностью в связи с необходимостью применения специального вакуумного оборудования.

Известен способ изготовления тонкопленочных покрытий, включающий нагрев подложки, осаждение на нее, по меньшей мере, одного слоя пленкообразующего материала путем конденсации паров в процессе охлаждения подложки. При изготовлении каждого слоя покрытия подложку нагревают до температуры, не превышающей температуру разрушения и изменения структуры материалов подложки и предыдущих слоев покрытия, затем подложку охлаждают со скоростью 0,3-2°С/с преимущественно до температуры 50-100°С, а осаждение слоя покрытия ведут со скоростью 0,5-3 нм/с на охлаждаемую подложку в диапазоне температур, верхней границей которого является критическая температура конденсации осаждаемого материала, а нижней границей - температура, преимущественно 150-200°С (Патент РФ №2097799, МПК G 02 B 1/10).

Данный способ позволяет получать покрытия с минимальным поглощением и рассеянием излучения, высокой лучевой и термомеханической прочностью за счет получения ненапряженных слоев покрытия с аморфной или монокристаллической структурой. Однако данный способ характеризуется трудоемкостью, требует соблюдения специфичных температурных режимов нагрева и охлаждения подложки, что усложняет технологию получения просветляющих покрытий.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения многослойного оптического покрытия на подложке, заключающийся в нанесении покрытия из элементоорганического соединения (ЭОС) на подложку в потоке плазмы атмосферного давления. В поток плазмы последовательно вводят ЭОС и осаждают соответствующие им чередующиеся слои оксидов, обладающие различными коэффициентами преломления. Нанесение каждого слоя осуществляют при N-разовом высокоскоростном пересечении подложкой плазменного потока, причем толщина слоя может колебаться от /40 до /2, где - длина волны излучения, на которую рассчитано покрытие. Плазменный поток может быть создан, по крайней мере, двумя сходящимися плазменными струями, в область слияния которых вводят ЭОС (Патент РФ №2035752, MПK G 02 B 1/10).

Получаемое покрытие обладает высокой адгезией, малыми потерями на поглощение и рассеяние, повышенной износостойкостью. Однако данный способ требует значительных энергозатрат, очень трудоемок и сложен при воспроизведении.

Задачей изобретения является упрощение технологии получения просветляющего покрытия на поверхности оптических деталей, работающих в устройствах ИК-диапазона, а также расширение номенклатуры веществ, применяемых в оптике для создания просветляющих покрытий.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения просветляющего покрытия на поверхности оптической детали, включающем нанесение на поверхность детали по меньшей мере одного мономолекулярного слоя пленкообразующего органического вещества, согласно предлагаемому решению, в качестве пленкообразующего органического вещества используют амфифильные вещества из классов жирных кислоты и/или полиамидокислот, а нанесение слоев осуществляют по методу Ленгмюра-Блоджетт.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены спектры пропускания излучения ближнего инфракрасного диапазона структурами, содержащими просветляющее покрытие. На фиг.1 изображен спектр пропускания структуры, состоящей из подложки и просветляющего покрытия в виде пленки из стеариновой кислоты, на фиг.2 - из арахиновой кислоты, на фиг.3 - из соли полиамидокислоты.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения просветляющего покрытия, включающем нанесение на поверхность детали, по меньшей мере, одного мономолекулярного слоя пленкообразующего органического вещества, согласно изобретению в качестве пленкообразующего органического вещества используют амфифильные вещества из классов жирных кислот и/или полиамидокислот, а нанесение слоев осуществляют по методу Ленгмюра-Блоджетт.

В способе нанесения просветляющего покрытия применяется технология Ленгмюра-Блоджетт, которая основана на принципах самопроизвольного упорядочивания органических молекул и позволяет упростить процесс получения пленок. Использование данного метода в совокупности с подобранными экспериментально веществами - жирными кислотами и/или полиамидокислотами не известно из опубликованных источников информации для получения просветляющих покрытий оптических деталей. Одним из условий использования метода ЛБ является возможность образования молекулами упомянутых веществ стабильных монослоев на поверхности воды вследствие наличия в своем составе длинной углеводородной цепи.

Способ заключается в следующем.

На поверхность водной субфазы вносят раствор амфифильного вещества в легколетучем растворителе, после испарения которого на поверхности воды образуется мономолекулярный слой амфифильного вещества. Уменьшением площади поверхности, занимаемой монослоем, формируют его кристаллическую структуру с необходимыми параметрами. Перенос пленки с поверхности водной субфазы на поверхность оптической детали, например полупроводниковой подложки, осуществляют путем ее перемещения через границу раздела вода-воздух погружением в водную субфазу и/или извлечением из нее. В процессе нанесения слоев на поверхность оптических деталей производят контроль оптических параметров получаемых структур: пропускания и поглощения. При достижении максимального значения пропускания или минимального значения поглощения процесс нанесения слоев завершают.

В качестве амфифильных веществ используют вещества из классов жирных кислот, например, стеариновую, олеиновую, арахиновую, или полиамидокислоту, например, октадецилдиметиламиновую соль полипиромеллитамидокислоты.

Пример 1

В качестве вещества покрытия использовали стеариновую кислоту, монослой которой формировали на поверхности водной субфазы и наносили на поверхность арсенидгаллиевой подложки методом Ленгмюра-Блоджетт. Количество наносимых слоев - 40. Результаты величин пропускания излучения через полученную структуру изображены на фиг.1, на которой представлено два графика зависимости коэффициента пропускания структуры от длины волны для случаев одностороннего (1) и двухстороннего (2) нанесения покрытия на поверхность подложки. Сравнительный анализ графиков (1) и (2) показывает, что подложка с двухсторонним просветляющим покрытием имеет более высокий коэффициент пропускания.

Пример 2

В качестве вещества покрытия использовали арахиновую кислоту, которую наносили на поверхность кремниевой подложки методом Ленгмюра-Блоджетт. При этом в одном случае количество слоев составляло - 20, в другом - 40. На фиг.2 представлено два графика зависимости коэффициента пропускания от длины волны для структуры, содержащей 20 слоев (1) и 40 слоев (2). При увеличении количества наносимых слоев в 2 раза коэффициент пропускания увеличивается с 10 до 15%. Т.о. варьированием количества наносимых слоев можно добиваться требуемого коэффициента пропускания.

Пример 3

В качестве вещества покрытия использовали октадецилдиметиламиновую соль полипиромеллитамидокислоты, которую наносили также на поверхность кремниевой подложки методом Ленгмюра-Блоджетт. Коэффициент пропускания излучения структуры измеряли как до нанесения слоев на подложку, так и после последовательного нанесения 28, 60 и 90 слоев. При этом наблюдалось увеличение коэффициента пропускания на 5, 9, 18% соответственно. Результаты измерений представлены на кривых (1), (2), (3) и (4) фиг.3, где кривая (1) характеризует коэффициент пропускания подложки без пленки. Как и в примере 2 увеличение количества слоев приводит к повышению коэффициента пропускания.

Т.о. исследование пропускания структур, содержащих просветляющие покрытия на полупроводниковых подложках, полученные заявляемым способом, позволили установить, что пропускание структур повышается с увеличением количества наносимых слоев.

Заявляемый способ позволяет получать структуры с повышенным коэффициентом пропускания излучения инфракрасного (ИК) диапазона при минимальных затратах.