А. Н. Агафонов (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад. С. П. Королева) Научный руководитель д т. н., профессор А. В. Волков (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад




PDF просмотр
НазваниеА. Н. Агафонов (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад. С. П. Королева) Научный руководитель д т. н., профессор А. В. Волков (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад
страница1/43
Дата26.11.2012
Размер0.71 Mb.
ТипДокументы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   43
ОПТОТЕХНИКА И ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
 
УДК 536:621.37 
 
ВЛИЯНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ТОНКИХ ПЛЕНОК ХРОМА 
НА РАЗРЕШАЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ ЛОКАЛЬНОГО 
ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ, СТИМУЛИРОВАННОГО 
ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ 
А.Н. Агафонов 
(Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева) 
Научный руководитель – д.т.н., профессор А.В. Волков 
(Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева) 
 
В  настоящее  время  существует  возрастающая  потребность  в  изготовлении  микро-  и 
нано-структур различного функционального назначения. Одним их базовых технологических 
процессов их изготовления является фотолитография. 
Существует ряд приложений, специфика которых не позволяет считать традиционные 
технологии  получения  фотошаблонов  экономически  целесообразными.  Такая  ситуация 
складывается  в  случае,  когда  требуется  изготовить  широкую  номенклатуру  элементов  при 
штучном  или  мелкосерийном  производстве,  например  при  изготовлении  уникальных 
дифракционных  оптических  элементов  (ДОЭ).  Известен  ряд  методов  формирования 
топологического  изображения  непосредственно  в  слое  рабочего  материала,  без 
использования  фоторезистов.  Они  основаны  на  локальной  обработке  материала  лазерным 
излучением,  что  позволяет  снизить  себестоимость  изготовления  микроструктур 
произвольной  конфигурации.  Одним  из  наиболее  перспективных  методов  прямой  записи 
является  локальное  термохимическое  окисление  пленок  хрома  под  действием  лазерного 
излучения.  Этот  метод  формирования  микроструктур  основан  на  локальном  окислении 
тонких  пленок  хрома  под  действием  лазерного  излучения.  Последующее  жидкостное 
травление образца приводит к формированию микрорельефа за счет существенного различия 
скоростей травления хрома и его окисных форм. 
Известные  теоретические  подходы  к  анализу  кинетики  термохимического  окисления, 
стимулированного  лазерным  излучением,  хорошо  описывают  процессы  в  относительно 
толстых (>150 нм) пленках и базируются на следующих общих основных предположениях: 
1.  Материал пленки хрома и оксидной пленки считается однородным. 
2.  Основным  фактором,  лимитирующим  окисление,  является  диффузия  атмосферного 
кислорода в пленку хрома. 
Использование перспективных, с точки зрения повышения разрешающей способности, 
тонких  пленок  хрома (<50 нм),  вызывает  необходимость  более  подробного  исследования 
процессов  окисления,  в  частности,  учета  влияния  структуры  пленки  хрома  и  роли 
растворенного в ней кислорода. 
Целью  данной  работы  является  теоретическое  и  экспериментальное  исследование 
влияния  параметров  микроструктуры  пленок  хрома  и  растворенного  в  них  кислорода  на 
разрешающую способность технологии термохимического окисления. 
Для  теоретического  описания  процессов  окисления  различных  по  структуре  пленок 
хрома была использована разработанная автором физико-математическая модель.  
Новизна предложенной модели заключается в следующем: 
1.  Пленка считается неоднородной, выделяются отдельные кристаллиты. 
2.  Считается,  что  окисление  идет  как  атмосферным  кислородом,  так  и  кислородом, 
растворенным в пленке хрома. 
3.  Для  описания  физико-химических  процессов  проходящих  в  системе,  использован 
метод вероятностного клеточного автомата (ВКА). 
 
3

Применение  метода  ВКА  для  моделирования  физико-химических  процессов  в  пленке 
хрома  позволило  учесть  влияние  структуры  пленки  хрома  на  процессы  окисления  под 
действием лазерного излучения.  
Был  проведен  ряд  численных  экспериментов,  направленных  на  выяснение  влияния 
структуры  пленки  хрома  на  процессы  ее  окисления,  стимулированного  лазерным 
излучением.  Для  этого  было  проведено  три  серии  вычислений,  в  которых  моделировалось 
окисление пленок с различным характерным размером кристаллитов – 10 нм, 15 нм и 25 нм. 
Для  проверки  адекватности  предложенной  физико-математической  модели  был 
проведен ряд натурных экспериментов по исследованию микроструктуры пленок хрома и ее 
влияния на результаты лазерной записи. 
Для  исследования  микроструктуры  пленок  хрома  были  использованы  методы 
рентгеновской  дифрактометрии,  измерения  проводились  на  дифрактометре Buncker D8 
методами  скользящего  падающего  луча  и  на  отражение,  а  также  методы  просвечивающей 
электронной  микроскопии  высокого  разрешения,  на  электронном  микроскопе JEM-2010. 
Полученные результаты позволили определить характерный размер кристаллита в пленках, 
используемых для записи, с точностью до единиц нанометров. 
Локальный анализ элементного состава образцов проводили с использованием энерго-
дисперсионного EDAX спектрометра «Phoenix» с Si(Li) детектором  и  разрешением  по 
энергии не более 130 эВ. Для различных образцов количество кислорода составило величину 
от 6% до 20%. Однако,  данный  эксперимент  не  позволил  получить  сведения  о  том,  какая 
доля кислорода находится в связанном состоянии (в оксидах хрома). 
Тестовые  структуры  были  записаны  на  пленках  хрома  с  различным  характерным 
размером  кристаллита  (квазиаморфная  пленка, 15 нм, 25 нм).  Напыление  пленок  хрома 
производилось термовакуумным методом при различной температуре подложек.  
Для  исследования  влияния  структуры  пленки  хрома  на  кинетику  термохимического 
окисления  на  каждую  подложку  на  станции  лазерной  записи CLWS 200 была  записана 
тестовая  структура,  состоящая  из 200 кольцевых  треков  максимальным  диаметром 4 мм. 
Мощность  при  записи  изменялась  от  максимальной (700 мВт)  на  внешнем  треке  до 0 на 
внутреннем  с  шагом  в 0,5%, диаметр  записывающего  пятна  d=0,8  мкм,  период  структуры 
3 мкм. 
Были  проведены  СЗМ  исследования  образцов  как  после  лазерной  записи  скрытого 
изображения  в  пленке  хрома,  так  и  после  химического  травления  (СЗМ Solver Pro, режим 
атомно-силовой микроскопии).  
Анализ  полученных  результатов  позволил  сделать  вывод  о  том,  что  окисление 
преимущественно  идет  по  границам  кристаллитов,  а  не  по  всему  объему  пленки,  причем 
окисление  идет  растворенным  в  пленке  кислородом.  Полученные  результаты  позволяют 
сделать вывод об адекватности, предложенной физико-математической модели. 
Таким  образом,  в  ходе  проделанной  работы  были  получены  следующие  основные 
результаты: 
1.  Предложена  и  экспериментально  подтверждена  новая  модель  термохимического 
окисления  пленок  хрома  толщиной 20–150 нм  под  действием  лазерного  излучения, 
учитывающая неоднородность пленки хрома. 
2.  Впервые  установлено,  что  основное  влияние  на  профиль  полученного  микрорельефа 
для пленок хрома толщиной <50 нм оказывает окисление границ кристаллитов, а не 
объема материала. 
3.  Впервые  теоретически  обоснована  перспективность  использования  квазиаморфных 
пленок хрома для увеличения разрешающей способности, в т.ч. для записи структур с 
характерным размером меньше диаметра записывающего луча. 
 
 
4   
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   43

Похожие:

А. Н. Агафонов (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад. С. П. Королева) Научный руководитель д т. н., профессор А. В. Волков (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад iconПрограмма конференции самара, 21 22 октября 2010г. Место проведения конференции: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет им академика С. П. Королева»
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «самарский государственный аэрокосмический университет...
А. Н. Агафонов (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад. С. П. Королева) Научный руководитель д т. н., профессор А. В. Волков (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад iconПроекта
...
А. Н. Агафонов (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад. С. П. Королева) Научный руководитель д т. н., профессор А. В. Волков (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад iconПрограмма 16 18 февраля
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва
А. Н. Агафонов (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад. С. П. Королева) Научный руководитель д т. н., профессор А. В. Волков (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад iconПрограмма 15 17 февраля
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва
А. Н. Агафонов (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад. С. П. Королева) Научный руководитель д т. н., профессор А. В. Волков (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад iconСамарский государственный технический университет (г о. Самара) 10
Самарский государственный аэрокосмический университет им. С. П. Королёва (г о. Самара) 21
А. Н. Агафонов (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад. С. П. Королева) Научный руководитель д т. н., профессор А. В. Волков (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад iconДипломного проекта
«самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева» (сгау)
А. Н. Агафонов (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад. С. П. Королева) Научный руководитель д т. н., профессор А. В. Волков (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад iconРабочая программа по факультативной дисциплине
«самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева»
А. Н. Агафонов (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад. С. П. Королева) Научный руководитель д т. н., профессор А. В. Волков (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад iconЛабораторная работа №1 «Дискретное регулирование стенда»
«Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева»
А. Н. Агафонов (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад. С. П. Королева) Научный руководитель д т. н., профессор А. В. Волков (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад iconЭкспериментальное наблюдение разряда при движении колбы с разряженным газом в электростатическом поле
...
А. Н. Агафонов (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад. С. П. Королева) Научный руководитель д т. н., профессор А. В. Волков (Самарский государственный аэрокосмический университет им акад iconПрограмма XIХ всероссийской конференции по неразрушающему контролю и технической диагностике
Самарский государственный аэрокосмический университет им академика С. П. Королева
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница