×
10.08.2016
216.015.53ad

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИОННОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Способ изготовления дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния включает в себя формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры с помощью имплантации ионами благородных или переходных металлов через поверхностную маску, с энергией 5-100 кэВ. При этом доза облучения обеспечивает концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке кремния 2.5·10-6.5·10 атомов/см. Плотностью тока ионного пучка 2·10-1·10 ион/(см·с) при температуре подложки во время облучения 15-450°C. Технический результат заключается в обеспечении возможности изготовления дифракционных периодических микроструктур на основе пористого кремния с наночастицами различных металлов в вакууме. 20 ил.
Основные результаты: Способ изготовления дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния, заключающийся в формировании заданной микроструктуры из пористого кремния на поверхности исходной подложки монокристаллического кремния, отличающийся тем, что формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры осуществляют с помощью имплантации ионами благородных или переходных металлов через поверхностную маску, с энергией 5-100 кэВ, дозой облучения, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке кремния 2.5·10-6.5·10 атомов/см, плотностью тока ионного пучка 2·10-1·10 ион/(см·с) при температуре подложки во время облучения 15-450°C.

Изобретение относится к устройствам дифракционной оптики [1], а именно, к способам изготовления дифракционных периодических микроструктур (дифракционных решеток, фотонных кристаллов и др.) для видимого диапазона, выполненным на основе различных пористых полупроводниковых материалов. На практике периодические структуры и решетки на основе различных полупроводников используются:

- в элементах оптической коммуникации для введения в тонкопленочные волноводы лазерного излучения или фильтрации в волноводе оптического сигнала (периодические структуры - решетки Брегга);

- для фокусировки сингулярных вихревых лазерных пучков для уплотнения каналов передачи информации;

- в качестве тестовых объектов для калибровки увеличения на просвечивающем электронном микроскопе;

- для преобразования нерадиационных плазмон-поляритонных мод в радиационные;

- в качестве резонаторов с распределенной обратной связью в волноводных лазерах, дифракционных элементов, используемых для управления светом [1] и др.

Известен способ изготовления дифракционных периодических микроструктур на основе полупроводника - кремния, выбранный в качестве аналога, который заключается в создании методом ионной имплантации аморфизованного слоя на поверхности образца и записи интерференционной картины от объектного и опорного пучков когерентного излучения наносекундного диапазона длительности с длиной волны в полосе поглощения аморфного полупроводника, отличающегося тем, что после записи интерференционной картины образец дополнительно облучают импульсом некогерентного света длительностью в интервале 0.05-4 с и плотностью мощности 3400-70 Вт/см2 (Фаттахов Я.В., Галяутдинов М.Ф., Львова Т.Н., Хайбуллин И.Б., Способ получения голограмм на кремнии, Патент РФ №2120653, опубликованный 20.10.1998).

Недостатком способа по аналогу является то, что для изготовления дифракционной периодической структуры (решетки) на аморфизированном кремнии методом интерференции требуется обязательное выполнение дополнительной технологической операции - термообработки с помощью облучения импульсами некогерентного света.

Известен [2] способ изготовления оптической дифракционной решетки на основе полупроводника - кремния, в котором формирование заданной периодической микроструктуры (областей кремния, чередующихся с областями пористого кремния с наночастицами золота) осуществляется одноступенчатым методом одновременного создания пористого кремния и осаждения на него золота из раствора (травителя), содержащего хлорзолотоводородную и плавиковую кислоты.

Дифракционная периодическая микроструктура формируется при использовании во время травления неоднородного по поверхности освещения границы раздела кислотный раствор - кремний. Под неоднородным по площади освещением понимается интерференционное поле, образованное двумя когерентными линейно поляризованными пучками света, падающими на поверхность образца. В результате фотохимической реакции формируются стабильные периодические пространственные структуры (дифракционная решетка), образованные из участков кремния (неосвещенные области), чередующихся с локальными областями, состоящими из пористого кремния с наночастицами золота (освещенные области). Хлорзолотоводородная кислота служит для фотовосстановления наночастиц золота.

Метод одновременного создания пористого кремния и осаждения на нем золота из раствора (создание композиционной системы, являющейся периодическим фрагментом дифракционной решетки) представляет собой частный случай коррозионного механизма травления полупроводников, когда в составе травящего раствора в качестве окислителя (т.е. акцептора электронов) используют ионы электроположительных (благородных) металлов, например, золота [2].

Эта технология изготовления дифракционной периодической микроструктуры - дифракционной решетки [2] на основе пористого кремния является наиболее близкой к заявляемому способу, и поэтому выбрана в качестве прототипа.

Недостатки прототипа:

- используемая методика [2], получения дифракционных решеток на пористом кремнии химическим способом в травящем агрессивном растворе ограничивает ее применение, например, в микроэлектронике при формировании дифракционных периодических структур для различных устройств, требующих при своем изготовлении соблюдения условий высокой чистоты окружающей среды, в частности, в вакууме;

- применяемая в способе [2] схема интерференционного освещения для стимулирования фотохимической реакции, предусматривает в приведенной методике формирование только полосовых дифракционных решеток не позволяя создавать дифракционные периодические структуры с элементами ее составляющими различной формы (квадратные, треугольные и т.д).;

- для возможного выполнения технологии получения дифракционной решетки, описанной в прототипе [2], обязательным условием является использование только специального окислительного травящего раствора с ионами благородных металлов, что снижает доступный набор типов металлов из которых формируются наночастицы, и тем самым, ограничивают набор композиционных материалов на основе пористого кремния с металлическими наночастицами для конструирования различных дифракционных устройств и периодических структур.

Решаемая техническая задача в заявляемом способе заключается в обеспечении возможности изготовления дифракционных периодических микроструктур на основе пористого кремния с наночастицами различных металлов в вакууме.

Поставленная техническая задача в предлагаемом способе изготовления дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния, заключающемся в формировании заданной микроструктуры из пористого кремния на поверхности исходной подложки монокристаллического кремния, достигается тем, что формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры осуществляют с помощью имплантации ионами благородных или переходных металлов через поверхностную маску, с энергией 5-100 кэВ, дозой облучения, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке кремния 2.5·1020-6.5·1023 атомов/см3, плотностью тока ионного пучка 2·1012-1·1014 ион/(см2·с) при температуре подложки во время облучения 15-450°C.

На фиг. 1. Показан чертеж в изометрии фрагмента дифракционной периодической структуры (дифракционной решетки - изделия) содержащей: 1 - подложку из монокристаллического кремния; 2 - имплантированные ячейки пористого кремния; 3 - необлученные перегородки монокристаллического кремния между ячейками.

На фиг. 2. Показано рассчитанное распределение имплантированного серебра по глубине в кремнии, при энергии облучения 30 кэВ.

На фиг. 3. Показано изображение, полученное на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) при малом увеличении, поверхности слоя пористого кремния, сформированного имплантацией монокристаллического кремния ионами серебра.

На фиг. 4. Показано изображение, полученное на СЭМ при большом увеличении, поверхности слоя пористого кремния, сформированного имплантацией монокристаллического кремния ионами серебра.

На фиг. 5. Показано СЭМ-изображение поверхности неимплантированного кремния.

На фиг. 6. Показана гистограмма распределения по размерам пор в структуре пористого кремния (фиг. 2), сформированной имплантацией монокристаллического кремния ионами серебра.

На фиг. 7. Показаны спектры оптического отражения необлученного кремния (1) и пористого кремния с ионно-синтезированными наночастицами серебра (2).

На фиг. 8. Показано АСМ-изображение поверхности слоя пористого кремния, сформированного имплантацией монокристаллического кремния ионами серебра.

На фиг. 9. Показан профиль поперечного сечения (cross-section) отдельных пор, измеренный по направлению, обозначенному на фрагменте фиг. 8.

На фиг. 10. Показано АСМ-изображение поверхности микроструктурированного монокристаллического кремния (фрагмента дифракционной решетки), имплантированного ионами серебра через поверхностную маску.

На фиг. 11. Показано изображение, полученное на оптическом микроскопе, микроструктурированного монокристаллического кремния (фрагмента дифракционной решетки), имплантированного ионами серебра через поверхностную маску. Размер ячейки 20 мкм. Свет, освещающий решетку, направлен от правого нижнего угла.

На фиг. 12. Показано изображение картины дифракционного рассеяния, полученное на экране при отражении зондирующего излучения гелий-неонового лазера на длине волны 632.8 нм света от микроструктурированного кремния с периодическими областями пористого кремния, сформированными имплантацией ионами серебра.

На фиг. 13. Показано СЭМ-изображение поверхности слоя пористого кремния, полученного после имплантации ионами Ag+ монокристаллического кремния при температуре подложки во время облучения 200°C.

На фиг. 14. Показано изображение, полученное на оптическом микроскопе, микроструктурированного монокристаллического кремния (фрагмента периодической микроструктуры), имплантированного ионами серебра через поверхностную маску - металлическую сетку в виде полос. Расстояние между полосовыми структурами составляет 40 мкм.

На фиг. 15. Показано СЭМ-изображение, полученное на микроскопе при малом увеличении, поверхности слоя пористого кремния, сформированного имплантацией монокристаллического кремния ионами кобальта.

На фиг. 16. Показано СЭМ-изображение, полученное на микроскопе при большом увеличении, поверхности слоя пористого кремния, сформированного имплантацией монокристаллического кремния ионами кобальта.

На фиг. 17. Показано СЭМ-изображение поверхности микроструктурированного монокристаллического кремния (фрагмента дифракционной решетки), имплантированного ионами кобальта через поверхностную маску.

На фиг. 18. Показано изображение, полученное на оптическом микроскопе, микроструктурированного монокристаллического кремния (фрагмента дифракционной решетки), имплантированного ионами кобальта через поверхностную маску. Размер ячейки 20 мкм.

На фиг. 19. Показано СЭМ-изображение поверхности слоя пористого кремния, сформированного имплантацией монокристаллического кремния ионами меди.

На фиг. 20. Показано СЭМ-изображение поверхности микроструктурированного монокристаллического кремния (фрагмента дифракционной решетки), имплантированного ионами меди через поверхностную маску.

Рассмотрим осуществление предлагаемого способа на конкретных примерах.

Пример 1. Рассмотрим способ изготовления дифракционной периодической микроструктуры (решетки) на основе пористого кремния, заключающийся в формировании заданной микроструктуры из пористого кремния на поверхности исходной подложки монокристаллического кремния предлагаемым способом, заключающемся в том, что формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры осуществляют с помощью имплантации на ускорителе ИЛУ-3 ионами благородного металла - Ag+ через поверхностную маску - металлическую сетку с размерами ячейки 20 мкм, с энергией E=30 кэВ, дозой облучения D=1.5·1017 ион/см2, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла 6.0·1022 атомов/см3 в облучаемой подложке кремния, плотностью тока ионного пучка J=3·1013 ион/(см2·с) при комнатной температуре подложки во время облучения.

На фиг. 1 показан в изометрии чертеж дифракционной решетки на основе пористого кремния (изделия), содержащей подложку 1 (выполненную из материала монокристаллического кремния) с дифракционной периодической микроструктурой на ее поверхности, элементами которой являются области подвергнутые, ионному облучению - имплантированные ячейки 2 (области пористого кремния) и характеризуемые другой диэлектрической проницаемостью относительно материала подложки 1. Дифракционная периодическая микроструктура имплантированных ячеек 2 содержит ионно-синтезированные металлические наночастицы, диспергированные в приповерхностной области подложки 1 на толщине слоя от 20 до 200 нм при концентрации атомов металла 2.5·1020-6.5·1023 атомов/см3. Необлученные перегородки 3 находящиеся между имплантированными ячейками 2 имеют туже диэлектрическую проницаемость, что и кремневая подложка 1.

Моделирование концентрационных профилей распределения имплантированного серебра с энергией 30 кэВ в кремний по глубине с помощью компьютерного алгоритма SRIM-2013 [3] (фиг. 2), показало, что в приповерхностном имплантированном слое кремния происходит накопление атомов серебра, приводящее к зарождению и росту металлических наночастиц. Общая толщина имплантированного слоя с наночастицами серебра, а, следовательно, и толщина активного слоя формируемой дифракционной решетки в кремнии, для данных условий имплантации, не превышает 60 нм.

На фиг. 3 и 4 в различных масштабах приведены изображения поверхности кремния, имплантированного ионами серебра, наблюдаемые на сканирующем электронном микроскопе Merlin Zeiss (СЭМ). Как следует из приведенных СЭМ-изображений, морфология облученного кремния в отличие от исходной полированной подложки монокристаллического кремния (фиг. 5) характеризуется наличием ярко-выраженной пористой кремниевой структуры. При этом, сформированный имплантацией слой пористого кремния выглядит однородным на большой площади образца в десятки микрон (фиг. 3), что является важной характеристикой для технологических приложений (масштабируемость) [4].

Увеличение фрагмента поверхности (фиг. 4) позволяет оценить средний диаметр отверстий пор (черные области): ~150-180 нм, как это следует из гистограммы распределения пор по размерам (фиг. 6) и толщину стенок пор (светлые серые области): ~30-60 нм.

Следует отметить, что формирование слоя пористого кремния происходит сразу же или одновременно с зарождением и ростом металлических наночастиц из ионов имплантируемой примеси. В случае примера 1, одновременно с ростом кремниевых пор при имплантации монокристаллического кремния происходит образование наночастиц серебра. На фиг. 4 наночастицы серебра хорошо просматриваются в виде светлых пятен на стенках кремниевых пор. Средний размер наночастиц оценивается величиной порядка 5-15 нм.

На фиг. 7. приведены экспериментальные спектры линейного оптического отражения для исходного кремния, а также пористого кремния, полученного имплантацией ионами серебра, измеренные на спектрометре Avantes-2014. В отличие от исходной матрицы кремния фиг. 7 (1), имплантированный образец фиг. 7 (2) характеризируется наличием в видимой области спектра селективной полосы поглощения с максимумом ~850 нм. Данная полоса указывает на формирование в кремниевой матрице наночастиц серебра, и она обусловлена проявлением эффекта поверхностного плазмонного резонанса в металлических наночастицах [7].

Дополнительная информация, подтверждающая формирование слоя пористого кремния при имплантации на поверхности монокристаллического кремния, имплантированного ионами серебра, наблюдалась на атомно-силовом микроскопе - (ACM) Innova Bruker. На фиг. 8 приведены АСМ-изображения фрагмента поверхности пористого кремния, которые выглядят типичными для пористых кремниевых структур, синтезированных электрохимическими способами [3]. На фиг. 9, представлен профиль сечения отдельных пор, измеренный по направлению, указанному на фиг.8, позволяющий оценить глубину пор: ~100 нм. Таким образом, из АСМ также можно заключить, что в результате имплантации кремния ионами серебра формируется слой пористого кремния.

Поверхностные микроструктуры на имплантированном ионами серебра через маску кремнии, наблюдались на АСМ-микроскопе FastScan Brucker (фиг. 10) и на оптическом микроскопе Микромед ПОЛАР-1 (фиг. 11). На приведенных изображениях видно, что поверхность образца является упорядоченной решеткой с ячейками размером 20 мкм, которые сформированы при имплантации кремния ионами серебра в заданном режиме. При этом квадратная ячейка представляет собой структуру пористого кремния с наночастицами серебра, показанную на фиг. 4. Стенки между ячейками решетки состоят из необлученного монокристаллического кремния.

Полученная дифракционная решетка, показанная на фиг. 10 и 11, соответствует чертежу, приведенному на фиг. 1.

Поскольку известно, что имплантация ионов металла в диэлектрики и полупроводники приводит к увеличению его показателя преломления на величину до ~0.2-0.4 для видимой области спектра (особенно на частотах плазмонного резонанса металлических наночастиц) [6], то очевидно, что в результате имплантации кремния через маску формируется микроструктура с периодически-изменяемым распределением оптических констант материала, т.е. между ячейками решетки и ее стенками (nSi=3.4).

Таким образом, сформированная имплантацией микроструктура с периодически изменяемым показателем преломления представляет собой дифракционную периодическую структуру - решетку. На фиг. 12 приведено дифракционное изображение, регистрируемое при зондировании сформированной решетки гелий-неоновым лазером на длине волны 632.8 нм света.

Пример 2. В качестве подложки используют пластину монокристаллического кремния. Имплантацию осуществляют на ускорителе ИЛУ-3 однозарядными ионами благородного металла Ag+ через поверхностную маску - металлическую сетку в виде полос, расстояние между которыми составляет 40 мкм, с энергией E=30 кэВ, дозой облучения D=1.0·1017 ион/см2, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке 2.0·1022 атомов/см3, плотностью тока ионного пучка J=3·1013 ион/(см2·с), при температуре подложки во время облучения 200°C.

СЭМ-изображение поверхности модифицированного материала полученного после имплантации ионами Ag+ монокристаллического кремния при температуре подложки во время облучения 200°C, приведено на фиг. 13. Как видно из фиг. 13, аналогично имплантации ионами серебра в не нагретую подложку кремния (фиг. 3 и 4) морфология поверхности, полученной при имплантации нагретого кремния, также характеризуется развитой структурой пористого кремния.

Поверхностные микроструктуры на имплантированном ионами серебра через маску кремнии, наблюдались на оптическом микроскопе (фиг. 14). На приведенном изображении видно, что образец представляет собой упорядоченные периодические полосы, расстояние между которыми составляет 40 мкм, которые сформированы при имплантации кремния ионами серебра в заданном режиме. При этом темные полосы являются участками неимплантированного монокристаллического кремния, прикрытые маской во время имплантации, а светлые области соответствуют пористому кремнию (фиг. 14).

Пример 3. Рассмотрим осуществление способа изготовления дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния, заключающегося в формировании заданной микроструктуры из пористого кремния на поверхности исходной подложки монокристаллического кремния предлагаемым способом, заключающемся в том, что формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры осуществляют с помощью имплантации на ускорителе ИЛУ-3 однозарядными ионами переходного металла Co+ через поверхностную маску - металлическую сетку с размерами ячейки 20 мкм, с энергией E=40 кэВ, дозой облучения D=1.5·1017 ион/см2, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке 1023 атомов/см3, плотностью тока ионного пучка J=3·1013 ион/(см2·с) и комнатной температуры подложки во время облучения.

Моделирование концентрационных профилей распределения имплантированного кобальта с энергией 40 кэВ в кремний по глубине с помощью компьютерного алгоритма SRIM-2013 [3], показало, что в приповерхностном имплантированном слое кремния происходит накопление атомов кобальта, при этом общая толщина имплантированного приповерхностного слоя не будет превышать ~80 нм.

СЭМ-изображения в различных масштабах поверхности монокристаллического кремния, имплантированного ионами Co+, приведены на фиг. 15 и 16. Аналогично имплантации ионами серебра (фиг. 3 и 4) морфология имплантированной ровной гладкой поверхности кремния (фиг. 5) трансформируется в развитую пористую структуру кремния. Также, сформированный имплантацией слой пористого кремния выглядит достаточно однородным и масштабируемым на большой площади образца в десятки микрон (фиг. 15). Пористая поверхность кремния при увеличенном масштабе (фиг. 16). Известно, что при имплантации кремния ионами кобальта образуются металлосодержащие наночастицы - силицида кобальта [7], которые, соответственно, находятся в структуре пористого кремния (фиг. 15 и 16), сформированного при указанных условиях имплантации примера 3.

Поверхностные микроструктуры на имплантированном ионами кобальта через маску кремнии, наблюдались на СЭМ-микроскопе (фиг. 17) и на оптическом микроскопе (фиг. 18). На приведенных изображениях видно, что поверхность образца является упорядоченной решеткой с ячейками размером 20 мкм, которые сформированы при имплантации кремния ионами кобальта в заданном режиме. При этом квадратная ячейка представляет собой структуру пористого кремния, показанную на фиг. 15 и 16. Стенки между квадратными ячейками решетки состоят из необлученного монокристаллического кремния.

Пример 4. Рассмотрим осуществление способа изготовления дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния, заключающегося в формировании заданной микроструктуры из пористого кремния на поверхности исходной подложки монокристаллического кремния предлагаемым способом, заключающемся в том, что формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры осуществляют с помощью имплантации на ускорителе ИЛУ-3 однозарядными ионами переходного металла Cu+ через поверхностную маску - металлическую сетку с размерами ячейки 20 мкм, с энергией E=40 кэВ, дозой облучения D=1.5·1017 ион/см2, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке 1023 атомов/см3, плотностью тока ионного пучка J=3·1013 ион/(см2·с) при комнатной температуре подложки во время облучения.

Моделирование концентрационных профилей распределения имплантированной меди с энергией 40 кэВ в кремний по глубине с помощью компьютерного алгоритма SRIM-2013 [3], показало, что в приповерхностном имплантированном слое кремния происходит накопление атомов меди, при этом общая толщина имплантированного приповерхностного слоя не будет превышать ~80 нм.

СЭМ-изображения поверхности монокристаллического кремния, имплантированного ионами Cu+, приведены на фиг. 19. Аналогично имплантации ионами серебра (фиг. 3 и 4) морфология имплантированной ровной гладкой поверхности кремния (фиг. 5) трансформируется в развитую пористую структуру кремния.

Поверхностные микроструктуры на имплантированном ионами меди через маску кремнии, наблюдались на СЭМ-микроскопе (фиг. 17) и на оптическом микроскопе (фиг. 20). На приведенных изображениях видно, что поверхность образца является упорядоченной решеткой с ячейками размером 20 мкм, которые сформированы при имплантации кремния ионами меди в заданном режиме. При этом квадратная ячейка представляет собой структуру пористого кремния, показанную на фиг. 15 и 16. Стенки между квадратными ячейками решетки состоят из необлученного монокристаллического кремния.

При изготовлении дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния режимы ионной имплантации по параметрам имеют следующие ограничения, E=5-100 кэВ, D - должна обеспечивать концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке кремния 2.5·1020-6.5·1023 атомов/см3, плотность тока ионного пучка J=2·1012-1·1014 ион/(см2·с) и температура подложки во время облучения T=15-450°C. За границами этих режимов не достигается необходимого технического результат, и качество изготовленных дифракционных периодических микроструктур на основе пористого кремния не будет соответствовать необходимым требованиям.

Доза облучения определяется количеством атомов металлического вещества, необходимым для образования металл о содержащих наночастиц, формирование которых в облучаемой матрице вызывает порообразование кремния. Это условие, согласно нашим исследованиям зависимости появления пор на поверхности облучаемого кремния от дозы имплантации, выполняется при концентрациях атомов металла в объеме облучаемого материала порядка 2.5·1020 атомов/см3. При этом количество внедренной примеси не должно превышать той дозы, при которой начнется слипание растущих металлосодержащих наночастиц, приводящее к образованию сплошной металлосодержащей пленки, и по нашим оценкам составляет не более 6.5·1023 атомов/см3.

Плотность тока в ионном пучке J определяет, с одной стороны, время набора дозы имплантации, а с другой стороны скорость нагрева облучаемого материала. Экспериментально установлено, что при превышении плотности ионного тока J=1·1014 ион/(см2·с) разогрев локального поверхностного слоя кремния, приводящего к его плавлению, происходит настолько быстро, что формирование пор не происходит. Облучение с малой плотностью ионного тока нецелесообразно увеличивает время имплантации. Поэтому, минимальная плотность ионного тока ограничена величиной J=2·1012 ион/(см2·с).

Энергия иона E обуславливает величину его среднего проекционного пробега, которое определяет глубину залегания имплантированного иона, а, следовательно, толщину модифицированного слоя и дифракционной периодической микроструктуры. Сверху энергия ускорения иона ограничена величиной E=100 кэВ, поскольку при увеличении данной энергии происходит столь глубокое проникновение имплантированных ионов металла, что зарождение пористого слоя будет происходить не на поверхности, а в глубине облучаемой подложки. Ограничение снизу величиной E=5 кэВ, связано с тем, что при дальнейшем уменьшении E не удается получить достаточно крупные элементы структуры кремния, что бы характеризовать их как поры, а наблюдается лишь распыление его поверхностного слоя [7].

Температура облучаемой подложки T определяет, эффективность гетеррирования (собирания) имплантированных ионов переходных и благородных металлов в металлосодержащие наночастицы. При температуре ниже T=20°C, скорость диффузии внедренных ионов металла столь невелика, что образования металлосодержащих наночастиц не происходит. С другой стороны, скорость диффузии ионной примеси металла при температуре более T=450°C столь высока, что происходит скоротечный отток примеси из имплантированного приповерхностного слоя облучаемого кремния вглубь образца, что неминуемо ведет к снижению концентрации примеси, не достижения ей предела растворимости и, как следствие, невозможности зарождения и роста металлосодержащих наночастиц.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ позволяет изготавливать дифракционные периодические микроструктуры на основе пористого кремния не химическим способом и при использовании различных типов металлов.

Список цитируемой литературы

1. Дифракционная оптика и нанофотоника. Ред. Сойфер В.А. М.: Физматлид 2014.

2. Ванштейн Ю.С., Горячев Д.Н., Кен О.С., Сресели О.М. Поверхностные плазмон-поляритоны в композитной системе пористый кремний-золото. ФТП. 2015. Т. 49, Вып. 4. С. 453-458.

3. Ziegel J.F., Biersak J.P., Littmark U. The stopping and range of ions in solids. N.Y.: Pergamon, 1996.

4. Ищенко A.A., Фетисов Г.В., Асланов Л.А.: Нанокремний: свойства, получение, применение, методы исследования и контроля. М.: Физматлит, 2011. 573 с.

5. Kreibig U., Vollmer М. Optical properties of metal clusters. Berlin: Springer. 1995.

6. Townsend P.D., Chandler P.J., Zhang L. Optical effects of ion implantation. Cambridge: Univ. Press. 1994.

7. Герасименко H., Пархоменко Ю. Кремний - материал наноэлектронике. М.: Техносфера, 2007. 276 с.

Способ изготовления дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния, заключающийся в формировании заданной микроструктуры из пористого кремния на поверхности исходной подложки монокристаллического кремния, отличающийся тем, что формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры осуществляют с помощью имплантации ионами благородных или переходных металлов через поверхностную маску, с энергией 5-100 кэВ, дозой облучения, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке кремния 2.5·10-6.5·10 атомов/см, плотностью тока ионного пучка 2·10-1·10 ион/(см·с) при температуре подложки во время облучения 15-450°C.
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИОННОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИОННОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИОННОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИОННОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИОННОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИОННОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИОННОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИОННОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИОННОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИОННОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИОННОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 15 items.
20.02.2015
№216.013.2736

Дифракционная решетка

Изобретение может быть использовано, в том числе, для введения в тонкопленочные волноводы лазерного излучения или фильтрации в волноводе оптического сигнала, для исследования и контроля напряжений деформаций тонкого слоя на поверхности твердого тела методом муаровых картин, как тонкопленочный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541495
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.03.2015
№216.013.3456

Способ изготовления дифракционной решетки

Изобретение относится к оптике. Способ изготовления дифракционной решетки заключается в формировании на поверхности исходной подложки элементов заданной структуры дифракционной решетки путем ионной имплантации через поверхностную маску, при этом имплантацию осуществляют ионами металла с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544873
Дата охранного документа: 20.03.2015
10.04.2015
№216.013.3e9b

Способ изготовления пористого кремния

Изобретение относится к технологии изготовления слоев пористого кремния, выполненных на поверхности монокристаллического кремния, которые могут быть использованы в оптике и оптоэлектронике. Способ заключается в формировании на поверхности исходной подложки монокристаллического кремния слоя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547515
Дата охранного документа: 10.04.2015
27.08.2015
№216.013.73b6

Дифракционная решетка на полимерной основе

Изобретение относится к дифракционной решетке для видимого диапазона, выполненной на основе полимерных материалов. Дифракционная решетка содержит подложку, выполненную из полимерного материала с дифракционной периодической микроструктурой. В качестве полимерного материала подложки использован...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561197
Дата охранного документа: 27.08.2015
27.10.2015
№216.013.87d0

Способ изготовления дифракционной решетки на полимерной основе

Изобретение относится к способу изготовления дифракционных решеток для видимого диапазона, выполненных на основе полимерных материалов. Способ включает в себя формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры на полимерной подложке за счёт имплантации ионов металла с энергией...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566371
Дата охранного документа: 27.10.2015
12.01.2017
№217.015.583a

Блок управления стационарного устройства подачи хладагента

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве блока управления устройствами перекачки, заправки жидкого азота, а также для заморозки вакуумных ловушек. Технический результат - повышение регулируемой мощности и расширение функциональных возможностей....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588231
Дата охранного документа: 27.06.2016
13.01.2017
№217.015.7461

Дифракционная периодическая микроструктура на основе пористого кремния

Изобретение относится к устройствам дифракционных периодических микроструктур для видимого диапазона, выполненным на основе пористого кремния. Техническим результатом изобретения является создание дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния с различными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597801
Дата охранного документа: 20.09.2016
13.01.2017
№217.015.7fae

Блок управления устройства подачи хладагента

Технический результат предлагаемого блока управления заключается в возможности плавной регулировки мощности, выделяемой электрическим нагревателем в работающем сосуде Дьюара с помощью фазового регулятора, индикации-сигнализации отсутствия жидкого азота в сосуде Дьюара, автоматическом отключении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599822
Дата охранного документа: 20.10.2016
13.01.2017
№217.015.9050

Стационарное устройство для подачи хладагента в камеру холода

Изобретение относится к области криогенной техники, в частности к устройствам перекачки и заправки жидкого азота, а также для заморозки вакуумных ловушек. Стационарное устройство для подачи хладагента в камеру холода содержит как минимум один стационарный сосуд Дьюара, каждый из которых снабжен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604045
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.91e9

Устройство для подачи хладагента в камеру холода

Изобретение относится к области криогенной техники, в частности к устройствам перекачки, заправки жидкого азота, а также для заморозки вакуумных ловушек. Устройство для подачи хладагента в камеру холода содержит воронку, выполненную как одно целое с фланцем, и герметизирующую пробку,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605671
Дата охранного документа: 27.12.2016
Showing 1-10 of 17 items.
20.02.2015
№216.013.2736

Дифракционная решетка

Изобретение может быть использовано, в том числе, для введения в тонкопленочные волноводы лазерного излучения или фильтрации в волноводе оптического сигнала, для исследования и контроля напряжений деформаций тонкого слоя на поверхности твердого тела методом муаровых картин, как тонкопленочный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541495
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.03.2015
№216.013.3456

Способ изготовления дифракционной решетки

Изобретение относится к оптике. Способ изготовления дифракционной решетки заключается в формировании на поверхности исходной подложки элементов заданной структуры дифракционной решетки путем ионной имплантации через поверхностную маску, при этом имплантацию осуществляют ионами металла с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544873
Дата охранного документа: 20.03.2015
10.04.2015
№216.013.3e9b

Способ изготовления пористого кремния

Изобретение относится к технологии изготовления слоев пористого кремния, выполненных на поверхности монокристаллического кремния, которые могут быть использованы в оптике и оптоэлектронике. Способ заключается в формировании на поверхности исходной подложки монокристаллического кремния слоя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547515
Дата охранного документа: 10.04.2015
27.08.2015
№216.013.73b6

Дифракционная решетка на полимерной основе

Изобретение относится к дифракционной решетке для видимого диапазона, выполненной на основе полимерных материалов. Дифракционная решетка содержит подложку, выполненную из полимерного материала с дифракционной периодической микроструктурой. В качестве полимерного материала подложки использован...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561197
Дата охранного документа: 27.08.2015
27.10.2015
№216.013.87d0

Способ изготовления дифракционной решетки на полимерной основе

Изобретение относится к способу изготовления дифракционных решеток для видимого диапазона, выполненных на основе полимерных материалов. Способ включает в себя формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры на полимерной подложке за счёт имплантации ионов металла с энергией...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566371
Дата охранного документа: 27.10.2015
12.01.2017
№217.015.583a

Блок управления стационарного устройства подачи хладагента

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве блока управления устройствами перекачки, заправки жидкого азота, а также для заморозки вакуумных ловушек. Технический результат - повышение регулируемой мощности и расширение функциональных возможностей....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588231
Дата охранного документа: 27.06.2016
13.01.2017
№217.015.7461

Дифракционная периодическая микроструктура на основе пористого кремния

Изобретение относится к устройствам дифракционных периодических микроструктур для видимого диапазона, выполненным на основе пористого кремния. Техническим результатом изобретения является создание дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния с различными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597801
Дата охранного документа: 20.09.2016
13.01.2017
№217.015.7fae

Блок управления устройства подачи хладагента

Технический результат предлагаемого блока управления заключается в возможности плавной регулировки мощности, выделяемой электрическим нагревателем в работающем сосуде Дьюара с помощью фазового регулятора, индикации-сигнализации отсутствия жидкого азота в сосуде Дьюара, автоматическом отключении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599822
Дата охранного документа: 20.10.2016
13.01.2017
№217.015.9050

Стационарное устройство для подачи хладагента в камеру холода

Изобретение относится к области криогенной техники, в частности к устройствам перекачки и заправки жидкого азота, а также для заморозки вакуумных ловушек. Стационарное устройство для подачи хладагента в камеру холода содержит как минимум один стационарный сосуд Дьюара, каждый из которых снабжен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604045
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.91e9

Устройство для подачи хладагента в камеру холода

Изобретение относится к области криогенной техники, в частности к устройствам перекачки, заправки жидкого азота, а также для заморозки вакуумных ловушек. Устройство для подачи хладагента в камеру холода содержит воронку, выполненную как одно целое с фланцем, и герметизирующую пробку,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605671
Дата охранного документа: 27.12.2016
+ добавить свой РИД