×
20.05.2016
216.015.3e9c

Результат интеллектуальной деятельности: МАТЕРИАЛ ДЛЯ КОНВЕРСИИ ВАКУУМНОГО УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ИЗЛУЧЕНИЕ ВИДИМОГО ДИАПАЗОНА В ВИДЕ АМОРФНОЙ ПЛЕНКИ ОКСИДА КРЕМНИЯ SiOS НА КРЕМНИЕВОЙ ПОДЛОЖКЕ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к люминесцентным материалам для конверсии вакуумного ультрафиолетового излучения в излучение видимого диапазона, предназначенным для создания функциональных элементов фотонных приборов нового поколения, а также для контроля жесткого ультрафиолетового излучения в вакуумных технологических процессах. Предложенный материал характеризуется тем, что толщина аморфной пленки оксида кремния SiOS составляет 20-70 нм, а ионы кислорода содержатся в количестве, при котором стехиометрический коэффициент «х» находится в пределах от 0,01 до 0,45. Изобретение обеспечивает увеличение интенсивности синего излучения материала и отсутствие красного свечения при сохранении конверсии вакуумного ультрафиолетового излучения в видимое. 3 ил., 1 табл., 5 пр.
Основные результаты: Материал для конверсии вакуумного ультрафиолетового излучения в излучение видимого диапазона в виде аморфной пленки оксида кремния SiO с имплантированными в нее ионами серы S, где х - стехиометрический коэффициент, на кремниевой подложке, отличающийся тем, что толщина аморфной пленки оксида кремния SiO составляет 20-70 нм, а ионы серы содержатся в количестве, при котором стехиометрический коэффициент «х» находится в пределах от 0,01 до 0,45.

Изобретение относится к люминесцентным материалам для конверсии вакуумного ультрафиолетового излучения в излучение видимого диапазона в виде аморфной пленки оксида кремния SiO2SX на кремниевой подложке, предназначенным для создания функциональных элементов фотонных приборов нового поколения, для использования в фотосенсорике, солнечной энергетике, авиационно-космическом приборостроении, в частности для энергообеспечения систем навигации и управления беспилотных летательных аппаратов, а также для контроля жесткого ультрафиолетового излучения в вакуумных технологических процессах, например, при изготовлении микросхем по 32-нанометровой и более «тонким» технологиям.

Известны [ЖТФ, 2012, т. 82, вып. 2, стр. 153-155] свойства люминесцентных материалов на основе (CaO·0,5Al2O3·5SiO2):Eu и (CaO·0,2Al2O3·SiO2):Eu с добавкой B2O3 в количестве 3 вес.%, позволяющие использовать их в качестве материалов для конверсии ближнего ультрафиолетового излучения (пик излучения 3,2 эВ или 380 нм) в видимое излучение (350÷675 нм, 1,84÷3,54 эВ).

Вышеуказанные известные материалы обеспечивают преобразование в видимый свет только ближнего ультрафиолетового излучения, отсутствует возможность конверсии вакуумного ультрафиолетового излучения.

Ближайшим к предложенному является описанный в статье [Journal of Non-Crystalline Solids 357 (2011) 1977-1980] люминесцентный материал в виде имплантированной ионами серы (S+) аморфной пленки оксида кремния SiO2:SX толщиной 500 нм на кремниевой подложке, работающий в качестве материала для конверсии жесткого (вакуумного) ультрафиолетового излучения (9,0÷10,5 эВ или 137,6÷118 нм) в видимое излучение (1,7÷1,94 и 2,5÷3,2 эВ или 728,8÷638,7 и 495,6÷387,2 нм).

Недостатком материала-прототипа является наличие в видимом спектре излучения нескольких компонент (1,7÷1,94 и 2,5÷3,2 эВ), а именно красной, голубой, синей и частично фиолетовой компонент с преобладанием синей компоненты. При этом свечение имеет смешанный, немонохромный спектр.

Задачей изобретения является создание материала для конверсии вакуумного ультрафиолетового излучения в видимое излучение, обладающего повышенной интенсивностью синего свечения и большей монохромностью излучения.

Для решения поставленной задачи материал для конверсии вакуумного ультрафиолетового излучения в излучение видимого диапазона в виде аморфной пленки оксида кремния SiO2SX на кремниевой подложке отличается тем, что толщина аморфной пленки оксида кремния SiO2 составляет 20÷70 нм, а ионы серы содержатся в количестве, при котором стехиометрический коэффициент «х» находится в пределах от 0,01 до 0,45.

Техническим результатом использования предложенного материала является повышение эффективности преобразования вакуумного ультрафиолетового излучения в видимое свечение, а именно увеличение интенсивности синего излучения в 1,3÷1,5 раза и обеспечение большей монохромности излучения. Последнее достигается за счет того, что в излучении предложенного материала отсутствует красная полоса.

При толщине аморфной пленки оксида кремния менее 20 нм происходит деградация структуры материала и ухудшение его люминесцентных свойств вследствие увеличения количества структурных дефектов, являющихся центрами тушения люминесценции. При толщине пленки более 70 нм усложняется технология получения материала, требуется использование ионного источника повышенной мощности и увеличение времени имплантации, что нецелесообразно.

При стехиометрическом коэффициенте «х», меньшем значения 0,01, интенсивность люминесценции падает вследствие низкой концентрации центров свечения.

При значениях стехиометрического коэффициента «х», больших значения 0,45, в предложенном материале появляются центры красного свечения, что ухудшает монохроматичность излучения, кроме того, происходит ухудшение люминесцентных свойств - возникает эффект концентрационного тушения люминесценции.

На фигуре 1 изображены спектры излучения известного и предложенного материалов, на фигуре 2 - спектр возбуждающего вакуумного излучения, при этом по вертикальным осям отложены интенсивности излучения в относительных единицах (отн. ед.), по горизонтальным - энергия фотонов излучения (эВ), на фигуре 3 - калибровочная взаимозависимость энергии Е и толщины пленки d.

Фиг. 1:

А - спектр излучения известного люминесцентного материала в виде имплантированной ионами серы аморфной пленки оксида кремния SiO2:Sх толщиной 500 нм на кремниевой подложке [Journal of Non-Crystalline Solids 357 (2011) 1977-1980, Figure 1 (S-related centers)];

Б - спектр излучения предложенного люминесцентного материала в виде аморфной пленки оксида кремния SiO2Sх, где x=0,27, толщина пленки 48 нм.

Фиг. 2 - спектр возбуждения фотолюминесценции предложенного люминесцентного материала в области вакуумного ультрафиолетового излучения.

Фиг. 3 демонстрирует используемую при получении предложенного материала зависимость энергии Е имплантируемых ионов S+ (вертикальная ось, кэВ) от требуемой толщины d аморфной пленки оксида кремния SiO2 (горизонтальная ось, нм).

Предложенный материал для конверсии вакуумного ультрафиолетового излучения в излучение видимого диапазона в виде аморфной пленки оксида кремния SiO2 на кремниевой подложке получают путем внедрения в указанную пленку ионов серы имплантацией с последующим отжигом при температуре 700÷900°C в течение 0.5÷1 часа в атмосфере сухого азота, имплантацию ведут с энергией ионов, величина которой определяется по формуле

где Е - энергия ионов, кэВ;

d - толщина аморфной пленки диоксида кремния, выбирается в пределах от 20 до 70 нм;

и при флюенсе, определяемом по формуле

где F - флюенс, ион/см2;

x - стехиометрический коэффициент, величина безразмерная, выбирается в пределах от 0,01 до 0,45;

d - толщина аморфной пленки диоксида кремния, выбирается в пределах от 20 до 70 нм.

Имплантация ионов серы в аморфную пленку оксида кремния SiO2 на кремниевой подложке осуществляют с помощью ионного источника, работающего в непрерывном режиме при рассчитанных по формулам (1) и (2) параметрах и вакууме (1,4÷2,5)·10-4 Торр. Перед облучением образцы материала промывают в спирте в ультразвуковой ванне. Отжиг производят в атмосфере сухого азота с использованием электропечи сопротивления (типа НТ 40/16).

Полученные образцы материала представляют собой плоскопараллельные пластины площадью 1 см2, толщиной 0,5 мм, с поверхностью оптического качества. Поверхностный слой каждого образца состоит из аморфной пленки имплантированного ионами серы оксида кремния SiO2Sх, включающей ионы Sх и точечные дефекты, созданные в процессе имплантации ионов серы. Нижележащая основа образца состоит из нелегированного диоксида кремния. Фотолюминесценция полученного материала возбуждалась вакуумным ультрафиолетовым излучением (фиг. 3) с энергией фотонов в интервале 8,5÷10,5 эВ, с помощью синхротрона DESY (Германия) через монохроматор. Люминесцентные спектры регистрировались фотоумножителем R6358P Hamamatsu.

В таблице приведены параметры образца 1 известного материала-прототипа и нескольких образцов 2, 3, 4 и 5 предложенного материала. Люминесцентный спектр излучения образца 1 материала-прототипа приведен на фиг. 1, А. Спектры излучения образцов 2, 4 и 5 по форме соответствуют спектру излучения образца 3 (фиг. 1, Б), отличаясь интенсивностями излучения, указанными в таблице.

Ниже описаны примеры образцов предложенного материала. Номера примеров соответствуют номерам образцов в таблице.

Пример 1 (прототип). Материал получен имплантацией ионов S+ в образец в виде аморфной пленки оксида кремния толщиной 500 нм на кремниевой подложке при энергии ионов 150 кэВ и флюенсе 5·1016 ион/см2. Отжиг произведен в атмосфере сухого азота при температуре 900°C в течение 1 часа. В полученном образце интенсивность пика красного излучения с энергией 1,83 эВ равна 0,2 отн. ед. Видимое излучение такого материала носит смешанный характер, содержит красную, голубую, синюю и частично фиолетовую компоненты с преобладанием синей компоненты с энергией 2,82 эВ, которая имеет относительную интенсивность 1,0 отн. ед.

Пример 2. Материал получен имплантацией ионов S+ в образец в виде аморфной пленки оксида кремния толщиной 20 нм на кремниевой подложке при рассчитанных по формулам (1) и (2) энергии ионов 13,3 кэВ и флюенсе 4,4·1015 ион/см2. Отжиг произведен в атмосфере сухого азота при температуре 850°C в течение 50 минут. Интенсивность пика красного излучения с энергией 1,83 эВ равна нулю. Излучение полученного материала является смешанным, но без красной полосы, при этом интенсивность синего излучения с энергией 2,82 эВ повышена и равна 1,3 отн. ед.

Пример 3. Материал получен имплантацией ионов S+ в образец в виде аморфной пленки оксида кремния толщиной 30 нм на кремниевой подложке при рассчитанных по формулам (1) и (2) энергии ионов 21,3 кэВ и флюенсе 6·1015 ион/см2. Отжиг произведен в атмосфере сухого азота при температуре 800°C в течение 45 минут. Интенсивность пика красного излучения с энергией 1,83 эВ равна нулю. Излучение полученного материала является смешанным, но без красной полосы, при этом интенсивность синего излучения с энергией 2,82 эВ повышена и равна 1,5 отн. ед.

Пример 4. Материал получен имплантацией ионов S+ в образец в виде аморфной пленки оксида кремния толщиной 45 нм на кремниевой подложке при рассчитанных по формулам (1) и (2) энергии ионов 33,3 кэВ и флюенсе 2,4·1016 ион/см2. Отжиг произведен в атмосфере сухого азота при температуре 800°C в течение 40 минут. Интенсивность пика красного излучения с энергией 1,83 эВ равна нулю. Излучение полученного материала является смешанным, но без красного излучения, при этом интенсивность синего излучения с энергией 2,82 эВ повышена и равна 1,5 отн. ед.

Пример 5. Материал получен имплантацией ионов S+ в образец в виде аморфной пленки оксида кремния толщиной 70 нм на кремниевой подложке при рассчитанных по формулам (1) и (2) энергии ионов 53,3 кэВ и флюенсе 7·1016 ион/см2. Отжиг произведен в атмосфере сухого азота при температуре 750°C в течение 30 минут. Интенсивность пика красного излучения с энергией 1,83 эВ равна нулю. Излучение полученного материала является смешанным, но без красной полосы, при этом интенсивность синего излучения с энергией 2,82 эВ повышена и равна 1,4 отн. ед.

Материал для конверсии вакуумного ультрафиолетового излучения в излучение видимого диапазона в виде аморфной пленки оксида кремния SiO с имплантированными в нее ионами серы S, где х - стехиометрический коэффициент, на кремниевой подложке, отличающийся тем, что толщина аморфной пленки оксида кремния SiO составляет 20-70 нм, а ионы серы содержатся в количестве, при котором стехиометрический коэффициент «х» находится в пределах от 0,01 до 0,45.
МАТЕРИАЛ ДЛЯ КОНВЕРСИИ ВАКУУМНОГО УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ИЗЛУЧЕНИЕ ВИДИМОГО ДИАПАЗОНА В ВИДЕ АМОРФНОЙ ПЛЕНКИ ОКСИДА КРЕМНИЯ SiOS НА КРЕМНИЕВОЙ ПОДЛОЖКЕ
МАТЕРИАЛ ДЛЯ КОНВЕРСИИ ВАКУУМНОГО УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ИЗЛУЧЕНИЕ ВИДИМОГО ДИАПАЗОНА В ВИДЕ АМОРФНОЙ ПЛЕНКИ ОКСИДА КРЕМНИЯ SiOS НА КРЕМНИЕВОЙ ПОДЛОЖКЕ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 111-112 из 112.
10.07.2019
№219.017.b13b

Способ определения производительности плавильного агрегата

Изобретение относится к измерительной технике для контроля технологического процесса производства теплоизоляционных изделий из минеральной ваты в промышленности строительных материалов, в частности к способу для определения производительности плавильного агрегата. Техническим результатом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002469962
Дата охранного документа: 20.12.2012
31.07.2019
№219.017.ba79

Способ определения параметров движения объектов локации в радиолокационных датчиках с частотной манипуляцией непрерывного излучения радиоволн и устройство для его реализации

Изобретение относится к области радиолокации с частотной манипуляцией непрерывного излучения (ЧМНИ) радиоволн и может быть использовано для обнаружения движущихся целей, измерения расстояния до объекта локации, скорости и направления движения. Достигаемый технический результат - расширение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002695799
Дата охранного документа: 29.07.2019
Показаны записи 141-150 из 160.
10.04.2016
№216.015.2eb1

Способ получения изделий типа стакан из немерных концов труб

Изобретение относится к области металлургии, а точнее к методам утилизации немерных концов труб, предпочтительно из нержавеющей стали. Способ включает разделку исходной трубы на мерные и немерные отрезки. При этом немерные отрезки дополнительно нарезают на заготовки определенной длины....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580257
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.2f33

Оправка для калибрования внутреннего канала труб

Изобретение относится к обработке металлов давлением и используется в производстве труб при изготовлении особо точных труб по внутреннему диаметру. Оправка имеет рабочую часть и расположенную за ней калибрующую часть в виде цилиндрического участка. Уменьшение интенсивности внеконтактной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580262
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.31e9

Мобильная волновая электростанция

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии от движения волн в больших водоемах, морях или океанах. Мобильная волновая электростанция содержит плавающую платформу с размещенной на ней волноприемной камерой, соединенной с воздуховодом и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580251
Дата охранного документа: 10.04.2016
20.04.2016
№216.015.3341

Способ и устройство определения плотности и/или поверхностного натяжения образца металлического сплава

Изобретение относится к технической физике, а именно к определению физико-химических параметров металлических сплавов методом геометрии «большой капли», т.е. путем измерения параметров неподвижно лежащей на подложке эллипсовидной капли образца сплава посредством фотометрической объемометрии....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582156
Дата охранного документа: 20.04.2016
10.05.2016
№216.015.3c99

Способ определения интенсивности структурной перестройки расплавов жаропрочных сплавов

Использование: для определения свойств многокомпонентных сложнолегированных жаропрочных расплавов, основанного на изучении крутильных колебаний цилиндрического тигля с расплавом. Сущность изобретения заключается в том, что определяют температурные зависимости свойств образца расплава с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583343
Дата охранного документа: 10.05.2016
20.05.2016
№216.015.4194

Конструкция фотоэлектрического модуля космического базирования

Изобретение относится к области гелиоэнергетики и касается конструкции фотоэлектрического модуля космического базирования. Фотоэлектрический модуль включает в себя нижнее защитное покрытие, на котором с помощью полимерной пленки закреплены кремниевые солнечные элементы с антиотражающим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002584184
Дата охранного документа: 20.05.2016
27.05.2016
№216.015.42d0

Имплантированное ионами цинка кварцевое стекло

Изобретение относится к кварцевым стеклам, имплантированным ионами цинка, и может быть использовано при создании компонентов микро-(нано-) и оптоэлектронных устройств, в частности микроминиатюрных источников света для планарных тонкопленочных волноводных систем и оптических интегральных схем....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585009
Дата охранного документа: 27.05.2016
20.08.2016
№216.015.4bab

Детектор заряженных частиц с тонким сцинтиллятором

Изобретение относится к области детекторов заряженных частиц на основе твердотельных органических сцинтилляторов. Детектор заряженных частиц с тонким сцинтиллятором в виде пластины содержит полупроводниковый фотосенсор в качестве преобразователя инициированных заряженными частицами световых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594991
Дата охранного документа: 20.08.2016
13.01.2017
№217.015.73d2

Способ подавления лавинного шума в спектрометрах с медленными сцинтилляторами и кремниевыми фотоумножителями

Изобретение относится к сцинтилляционным спектрометрам ионизирующих излучений. Сущность изобретения заключается в том, что сцинтилляционные сигналы и лавинные шумовые импульсы с выхода кремниевого фотоумножителя, прежде чем они попадут на интегратор сцинтилляционных импульсов, разветвляют в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597668
Дата охранного документа: 20.09.2016
26.08.2017
№217.015.d4f5

Система аварийного отвода энерговыделений активной зоны реактора на быстрых нейтронах

Изобретение относится к системе аварийного отвода энерговыделений активной зоны реактора на быстрых нейтронах. Заявленная система содержит контур воздушного теплообменника, внутренний нижний теплообменник которого расположен непосредственно в активной зоне реактора, а наружный внешний...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622408
Дата охранного документа: 15.06.2017
+ добавить свой РИД