Покрытия из массивов субмикронных частиц Ge и их антиотражающие свойства

Abstract

Диэлектрические частицы на поверхностях твёрдых тел являются эффективным инструментом для манипуляций с падающим светом, когда его длина волны λ и размер частиц d удовлетворяют соотношению λ ~ nd , где n - показатель преломления. При таких условиях в частицах возникают электрические и магнитные резонансы. В зависимости от формы частиц они также могут приводить к перераспределению интенсивности рассеянного света за счёт фокусировки. Один из наиболее простых и эффективных способов получения массивов частиц основан на использовании такого явления, как несмачиваемость. Осаждение Ge на поверхности SiO2 приводит к образованию частиц Ge без образования смачивающего слоя, как это было впервые отмечено в [1]. В предшествующих многочисленных работ проводилось осаждение сравнительно малых количеств Ge (слои номинальной толщины до 10 нм) для получения частиц Ge нанометрового размера с целью изучения квантово-размерных эффектов. В данной работе нами исследовался процесс образования частиц Ge субмикронного размера на SiO2 при осаждении покрытий Ge толщиной до 100 нм. В качестве подложек использовались пластины Si(100), покрытые как сверхтонкой плёнкой SiO2, так и плёнкой толщиной около 1 мкм. Эксперименты по получению частиц Ge проводились следующим образом. Сначала осаждался сплошной слой Ge на SiO2 при комнатной температуре подложки. Последующий отжиг выращенных структур проводился в вакуумной печи при температуре в диапазоне от 550 до 900 °С. Было обнаружено, что механизм образования частиц Ge при реализации несмачиваемости зависит от толщины слоя Ge и температуры отжига (см. Рис.). Рисунок. Изображения в сканирующем электронном микроскопе частиц Ge на поверхности SiO2, полученных отжигом сплошного слоя Ge толщиной (а) 40, (b) 60 и (c) 86 нм при температурах 700, 800 и 850°С соответственно. Полученные структуры использовались для измерения спектров отражения света. Проводились расчёты спектров отражения методом 3D FDTD. Путём сравнения экспериментальных и рассчитанных спектров определялся вклад массивов частиц Ge в отражение света. В результате были получены данные для определения возможности использования массивов частиц Ge в качестве антиотражающих покрытий.