WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 2 06;07;11;12 Использование эффекта взаимодействия пленок серебра и триселенида мышьяка для профилирования голограммных дифракционных решеток © Н.В. Сопинский, П.Ф. Романенко, И.З. Индутный Институт физики полупроводников НАН Украины, 03028 Киев, Украина E-mail: sopinsk@class.semicond.kiev.ua (Поступило в Редакцию 10 мая 2000 г.) Приводятся результаты исследований процесса формирования профилированных голограммных дифракционных решеток с использованием эффекта взаимодействия пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников и серебра. С помощью атомно-силового микроскопа определена форма профиля штрихов получаемых таким образом способом профилированных решеток. Проведено измерение спектральных и угловых зависимостей их дифракционной эффективности, проанализирована связь этих зависимостей с формой рельефа поверхности решетки.

Введение ционных решеток с ”блеском” путем трансформации симметричных штрихов исходной решетки в асиммеПрофилированные дифракционные решетки (решетки тричные, используя дополнительное наклонное облучес ”блеском”) дают возможность концентрировать энерние монохроматическим либо полихроматическим свегию в заданном диапазоне спектра. Особый интерес том и повторное химическое травление дополнительно представляют профилированные голограммные дифракоблученной решетки.

ционные решетки (ПГДР), поскольку такие решетки В данной работе сообщается о попытке использования позволяют совместить преимущества нарезных профидля получения ПГДР взаимодействий, которые имеют лированных решеток и голограммных дифракционных место при вакуумном осаждении пленки серебра на решеток (ГДР) — высокую дифракционную эффективХСП. Взаимодействие пленок ХСП и Ag протекает уже ность в заданной области спектра и низкий уровень расв процессе осаждения металла на ХСП [8], а также с сеянного света. Одним из методических подходов, примеразной интенсивностью для разных структур ХСП-Ag и няемых для получения ПГДР, является преобразование после окончания процесса осаждения металла на пленку симметричной ГДР в ПГДР. Для этого, как правило, ХСП [9]. Такое взаимодействие ХСП с Ag сопровоиспользуется ионное травление исходных симметричных ждается проникновением металла в полупроводник и решеток, когда пучок ионов направляется на решетку под образованием обогащенной металлом (до нескольких наклонным углом [1].

десятков атомных процентов) фазы, отличающейся по В последнее время для производства ГДР часто иссвоим физико-химическим свойствам от свойств как мепользуются пленки халькогенидных стеклообразных поталла, так и исходного полупроводника [10,11]. Профилупроводников (ХСП) [2–5]. Пленки ХСП являютлирования добивались путем трансформации исходных ся высокоразрешающими неорганическими фоторезисимметричных (непрофилированных) ГДР, получаемых стами: вследствие происходящих в них фотоструктурна пленках ХСП. Селективность травления пленки ХСП ных превращений изменяется их химическая растворивследствие легирования ее серебром значительно вымость, в частности в органических щелочных травише, чем фотонаведенная селективность, что и было телях. На этом эффекте и основано получение симиспользовано в настоящей работе при преобразовании метричных ГДР при записи интерференционной карсимметричной ГДР в ПГДР.

тины на пленке ХСП и последующего селективноВ качестве ХСП был выбран As2Se3. Выбор этого растворения в органических щелочных травитего полупроводника обусловлен несколькими причинами.

лях [2–5].

Во-вторых, использование триселенида мышьяка позвоВ настоящее время существует необходимость разраляет производить запись исходной симметричной ГДР ботки технологии трансформации симметричных ГДР, излучением гелий-неонового лазера [12], что и было получаемых на пленках ХСП, в асимметричные. Недависпользовано в настоящей работе. Во-вторых, интенно [5] сообщено о получении ПГДР с помощью ионного сивность взаимодействия между As2Se3 и Ag одна из травления сформированной на пленке ХСП рельефной самых высоких среди структур ХСП-Me: интенсивное симметричной ГДР. Уникальные свойства пленок ХСП позволяют осуществить и другие, нетрадиционные спо- взаимодействие протекает между As2Se3 и Ag как во собы трансформации рельефа их поверхности. Нами [6,7] время, так и после осаждения металла на ХСП, даже был разработан метод получения голограммных дифрак- при комнатных температурах [9].

72 Н.В. Сопинский, П.Ф. Романенко, И.З. Индутный Методика формирования диапазон углов падения 0-80. Спектральные измерения производились по схеме, близкой к автокои исследования симметричных лимационной (так называемой схеме Литтрова): при и асимметричных ГДР этом угол между падающим и дифрагированным лучами составлял около 8. Диапазон спектральных измерений Исходные решетки записывались на достаточно тол400-800 nm. Как спектральные, так и угловые завистых (800-1000 nm) пленках триселенида мышьяка, симости производились в s- (E штрихам) и в pосажденных на оптически полированные стеклянные (E штрихам) поляризациях, а также в неполяризованподложки вакуумным термическим испарением стеклоном свете.

образного As2Se3. Приготовленные образцы экспонироТопография поверхности решеток изучалась с помовались на голографической установке, оптическая схещью микроскопа атомных сил Dimension 3000 Scanning ма которой была собрана по методу деления амплитуProbe Microscope фирмы Digital Instruments в режиме ды волны, пространственная частота решеток составляTapping AFM.

ла 600 mm-1. Запись решеток производилась излучением гелий-неонового лазера (длина волны = 632.8nm).

Экспозиция составляла 10-1 J/cm2. После экспоЭкспериментальные результаты нирования проводили химическую обработку образцов в щелочном растворе на основе аминов, в процессе и их обсуждение которой происходило селективное растворение (негативное травление) пленки ХСП и в ней образовывался Проведенные измерения геометрических и дифракрельефный рисунок со штрихами симметричной формы.

ционных характеристик исходных и трансформированЗатем проводилось профилирование полученных ре- ных решеток показали, что профилирование в большеток. С этой целью на полученные решетки под опре- шей или меньшей мере проявляется при варьировании деленным углом, выбранным из интервала 10-таких экспериментальных параметров, как количество относительно нормали к подложке, наносился тонкий осаждаемого на решетку металла и угол осаждения, (1-10 nm) слой Ag. Решетка устанавливалась таким время протекания взаимодействия осажденного серебра образом, что поток испаренного серебра был направлен с пленкой As2Se3, толщина исходной пленки As2Se3, на перпендикулярно штрихам решетки. При этом вслед- которой записывается исходная симметричная решетка, ствие проникновения серебра в слой As2Se3 в момент режимы экспонирования и травления при получении осаждения металла, а также вследствие хемо- и тер- исходной решетки, режим повторного травления при мостимулированной диффузии, имеющей место после получении трансформированной решетки. Проявление приготовления структуры As2Se3–Ag, образовывались искомого свойства в столь обширной области многомерпродукты взаимодействия (ПВ), представляющие собой ного пространства физико-технологических параметров слой обогащенного металлом полупроводника. Вслед- указывает на значительную устойчивость рассматриваествие значительно более низких скоростей травления мого метода профилирования и также позволяет предпов щелочных травителях легированной серебром плен- ложить возможность широкой вариации характеристик ки ХСП по сравнению с нелегированной продукты вза- получаемых таким способом ПГДР. С другой стороны, имодействия служат защитной маской при дальнейшем это затрудняет анализ вклада различных параметров, травлении исходной решетки. В процессе травления уда- определяющих характеристики ПГДР. Эти параметры лялись участки слоя As2Se3 не защищенные маской ПВ, можно разбить на три группы: параметры, связанные с при этом происходила трансформация симметричного напыленной пленкой ХПС (прежде всего ее толщина и профиля штрихов в асимметричный. Таким образом по- скорость напыления); параметры, определяющие получелучали профилированные решетки (решетки с ”блес- ние симметричной решетки; параметры, непосредственком”). Дополнительное травление решеток проводили в но связанные с протеканием взаимодействия между Ag том же травителе на основе аминов, который использо- и ХСП.

вался при получении исходных симметричных решеток.

Первые две группы параметров в достаточной степени Для выявления эффекта профилирования измерялись уже изучены. Проведены эмпирические экспериментальугловые и спектральные зависимости абсолютной ди- ные исследования, а также численное компьютерное фракционной эффективности исходных и трансформи- моделирование процесса формирования ГДР в пленках рованных решеток в первом порядке дифракции ( — неорганического фоторезиста на основе ХСП [2,3]. Этиотношение интенсивности света, дифрагированного в ми экспериментальными исследованиями в сочетании с данный порядок, к интенсивности падающего на решетку моделированием формирования рельефа показано, что не света). Перед измерениями оптических характеристик только глубина, но также и форма реализуемого рельефа исходные и профилированные ГДР покрывались отража- определяются исходными толщинами слоев, их свойствающей пленкой алюминия толщиной 100 nm. Измерение ми, экспозициями, временем травления, селективностью зависимостей от угла падения света осуществлялось используемых травителей. Были получены ГДР с синуна длине волны 632.8 nm с помощью лазера ЛГН 208 A, соидальной и циклоидальной формой профиля штрихов.

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. Использование эффекта взаимодействия пленок серебра и триселенида мышьяка... На рис. 2 показано сечение поверхности профилированной решетки, демонстрирующее трансформацию исходной симметричной решетки в асимметричную после дополнительного напыления на нее серебра средней по площади решетки толщиной hAg = 3.6nm под углом 50 к нормали к поверхности подложки и ее повторного травления. Как видно, глубина штриха полученной асимметричной решетки возросла более чем в два раза по сравнению с исходной решеткой — до 355 nm, что дает глубину модуляции h0/d 0.21. Минимум = отстоит на расстоянии 469 nm от левого максимума и на расстоянии 1198 nm от правого максимума, т. е. проекция длинной грани на поверхность подложки составляет почти три четверти периода решетки. Меньшая грань имеет Рис. 1. Профиль штрихов исходной симметричной ГДР.

плавное с увеличением градиента нарастание крутизны при среднем угле 37, а угол наиболее отвесной части стенки штриха достигает 80 по отношению к подложке.

В отличие от этого большая грань может быть разделена на три существенно различающихся участка: верхний, пологий; среднюю, почти горизонтальную полочку и нижний, наиболее крутой. Пологий участок имеет высоту, несколько превышающую половину высоты штриха, средний угол наклона на этом участке составляет около 10, тогда как крутизна нижнего участка близка к максимальной крутизне меньшей грани, средний же угол наклона большей грани составляет около 16.

Сравнение формы профиля штриха полученной асимметричной решетки с исходной показывает, что фронтальная сторона штриха исходной решетки осталась почти неизменной. Следовательно, полученный на ней Рис. 2. Профиль штрихов профилированной решетки, полуслой ПВ практически полностью защитил слой ХСП ченной трансформацией решетки, профиль которой предстаот растворения во время повторного травления. Первый влен на рис. 1.

(пологий) участок большого склона фактически полностью повторяет профиль исходной синусоидальной решетки. Наиболее существенному травлению подверглись Для анализа процесса профилирования были выбраны левые (по рисунку), т. е. тыльные стороны штрихов. Гориисходные решетки с профилем штрихов синусоидальной зонтальный участок соответствует частично травленной формы как наиболее изученные. На рис. 1 приведен нижней части левого склона штриха исходной решетки.

полученный с помощью атомно-силового микроскопа Видно, что по мере продвижения вверх по левому склону профиль типичной исходной симметричной решетки с штриха глубина травления исходной решетки увеличивапространственной частотой 600 mm-1. Как видно, фор- ется, притом дно ПГДР лежит почти посредине тыльного ма исходной симметричной голограммной решетки дей- склона штриха.

ствительно близка к синусоидальной. Глубина рельефа Характер проявления асимметрии формы штрихов составляет h0 150 nm, что дает глубину модуляции этой решетки изучался по измеренным на ней угловым и h0/d 0.09 (период решетки 1667 nm). Поверхностное спектральным зависимостям дифракционной эффективрасстояние между эквивалентными площадками сосед- ности (). На рис. 3 представлены угловые зависимоних штрихов составляет порядка 1700 nm, что примерно сти дифракционной эффективности для p-поляризации.

на 2% превышает горизонтальное расстояние между Кривая 1 — измерение со стороны большей грани, а ними (равное величине периода решетки). Средний угол кривая 2 — со стороны меньшей грани. Из рис. 3 видно, наклона граней порядка 10, наклон на самом крутом что при нормальном падении луча на решетку ( = 0, участке 15. Значения дифракционной эффективно- симметричное расположение порядков дифракции) разсти такой решетки с точностью измерения (составляю- личие между значениями эффективности со стороны щей 2% для угловых измерений и 5% для спектральных) большей и меньшей гранией в 8.5 раз. Это подтверждает одинаковы при облучении решеток с противоположных наличие значительной асимметрии в форме штрихов направлений, перпендикулярных направлению штрихов решеток. Максимум в значениях эффективности при решетки в измеренных диапазонах длин волн и углов измерениях со стороны большей грани достигается при падения. углах падения света, близких к среднему значению угла Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 74 Н.В. Сопинский, П.Ф. Романенко, И.З. Индутный сильного влияния наличия большей грани на меньшую, чем наоборот. Таким образом, угловые зависимости в p-поляризации позволяют более определенно судить о форме профиля штрихов.

На рис. 5 представлены спектральные зависимости дифракционной эффективности в неполяризованном свете, измеренные в автоколимационном режиме со стороны большей грани штирхов (кривая 1), меньшей грани (кривая 2) и симметричной решетки (кривая 3).

Из рис. 5 видно, что во всем исследуемом спектральном интервале (400-800 nm) значения дифракционной эффективности со стороны большей грани значительно превышают значения дифракционной эффективности со стороны меньшей грани. Так, для длин волн 620, Рис. 3. Угловая зависимость дифракционной эффективности и 700 nm это отличие составляет 5.7, 4.5 и 4.5 раза ПГДР для света с = 632.8 nm, поляризованного в направлесоответственно. Значения эффективности от большей нии, параллельном направлению ее штрихов.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.