CC BY
75
УДК 53.084.2
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ АКУСТООПТИЧЕСКОЙ ЯЧЕЙКИ В ИНТЕГРАЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ МЕТОДАМИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
Олег Алексеевич Агеев
Южный федеральный университет, Институт нанотехнологий, электроники и приборостроения, 347900, Россия, г. Таганрог, ул. Шевченко, 2, доктор технических наук, профессор, директор, тел. (8634)37-16-11, e-mail: [email protected]
Евгений Геннадьевич Замбург
Южный федеральный университет, Институт нанотехнологий, электроники и приборостроения, 347900, Россия, г. Таганрог, ул. Шевченко, 2, научный сотрудник кафедры нанотехнологий и микросистемной техники, тел. (8634)37-16-11, e-mail: [email protected]
Алексей Сергеевич Коломийцев
Южный федеральный университет, Институт нанотехнологий, электроники и приборостроения, 347900, Россия, г. Таганрог, ул. Шевченко, 2, кандидат технических наук, доцент кафедры нанотехнологий и микросистемной техники, тел. (8634)37-16-11, e-mail: [email protected]
Денис Олегович Сучков
Южный федеральный университет, Институт нанотехнологий, электроники и приборостроения, 347900, Россия, г. Таганрог, ул. Шевченко, 2, студент кафедры радиотехнической электроники, тел. (8634)37-16-11, e-mail: [email protected]
Александр Владимирович Шумов
Южный федеральный университет, Институт нанотехнологий, электроники и приборостроения, 347900, Россия, г. Таганрог, ул. Шевченко, 2, студент кафедры нанотехнологий и микросистемной техники, тел. (8634)37-16-11, e-mail: [email protected]
Определены режимы и разработана технология формирования элементов акустоопти-ческой ячейки с использованием кластерного нанотехнологического комплекса, позволяющая контролируемо формировать элементы в едином технологическом цикле.
Ключевые слова: акустооптика, акустооптическая ячейка, ниобат лития, импульсное лазерное осаждение, фокусированные ионные пучки.
RESEARCH OF FORMATION REGIMES OF ELEMENTS OF INTEGRAL ACOUSTO-OPTIC CELL BY NANOTECHNOLOGY METHODS
Oleg A. Ageev
Southern Federal University, Institute of Nanotechnology, Electronics, and Electronic Equipment Engineering, 347900, Russia, Taganrog, 2 Shevchenko St., Dr. of Science, Prof., Director, tel. (8634)37-16-11, e-mail: [email protected]
Evgeny G. Zamburg
Southern Federal University, Institute of Nanotechnology, Electronics, and Electronic Equipment Engineering, 347900, Russia, Taganrog, 2 Shevchenko St., Researcher, Department of Nanotechnology and MEMS, tel. (8634)37-16-11, email: [email protected]
Alexey S. Kolomiytsev
Southern Federal University, Institute of Nanotechnology, Electronics, and Electronic Equipment Engineering, 347900, Russia, Taganrog, 2 Shevchenko St., Candidate of Science, Associate Prof., Department of Nanotechnology and MEMS, tel. (8634)37-16-11, email: [email protected]
Denis O. Suchkov
Southern Federal University, Institute of Nanotechnology, Electronics, and Electronic Equipment Engineering, 347900, Russia, Taganrog, 2 Shevchenko St., Student, Department of Radio Electronics, tel. (8634)37-16-11, email: [email protected]
Alexander V. Shumov
Southern Federal University, Institute of Nanotechnology, Electronics, and Electronic Equipment Engineering, 347900, Russia, Taganrog, 2 Shevchenko St., Student, Department of Nanotechnology and MEMS, tel. (8634)37-16-11, email: [email protected]
Technology of obtaining of acousto-optic cell elements using nanotechnology cluster complex has been developed that allows forming elements controllably in a single technological cycle.
Key words: Acousto-Optics, Acousto-Optic Cell, Lithium Niobate, Pulsed Laser Deposition, Focused Ion Beams.
Акустооптические устройства находят широкое применение при решении различных задач в оптоэлектронике, спектроскопии, оптической обработке информации, лазерной технике [1-3].
Акустооптические ячейки применяются в космической и атмосферной спектрометрии, в радиоастрономических обсерваториях [1]. На основе акусто-оптических эффектов осуществляется визуализация звуковых полей, что позволяет измерять скорость, коэффициент поглощения звука, модули упругости, упругооптические постоянные и другие параметры [3]. Акустооптические модуляторы и дефлекторы используются для управления амплитудой, частотой, фазой, поляризацией, направлением распространения световых пучков. Аку-стооптические фильтры выделяют из широкого спектра оптического излучения достаточно узкий интервал длин световых волн. Акустооптические приборы отличает надежность, возможность быстрого электронного управления, низкое энергопотребление, а также отсутствие механических движущихся частей [2].
Одним из перспективных направлений является разработка и исследование технологии формирования элементов акустооптической ячейки в интегральном исполнении, что позволяет уменьшить размеры устройств, снижает энергопотребление, повышает чувствительность к вибрациям, воспроизводимость параметров и обеспечивает снижение стоимости при массовом производстве [3].
Одним из перспективных материалов для изготовления акустооптической ячейки является LiNbO3 [2,3].
В настоящее время одними из перспективных при производстве устройств микро-, нано-, опто- и акустоэлектроники являются подходы, сочетающие возможности аналитических и технологических методов в едином процессе изготовления таких устройств в контролируемых условиях без развакуумирования.
Это исключает негативное влияние окружающей среды на всех этапах изготовления и исследования структур.
Применение методов ИЛО и локального наноразмерного профилирования методами ФИП в сочетании с методами сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), растровой электронной и ионной микроскопии (РЭМ), дифракции быстрых отраженных электронов создает новые возможности для проведения исследований, разработки технологии изготовления и производства перспективных устройств акустооптики [4].
Одним из кластерных сверхвысоковакуумных комплексов, объединяющих указанные технологические и аналитические методы, является нанотехнологи-ческий комплекс НАНОФАБ НТК-9 (НТ-МДТ, Россия) [4-9].
Для формирования пленок LiNbO3 использовался модуль импульсного лазерного осаждения (Neocera Inc., США) кластерного сверхвысоковакуумного нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9, который позволяет осуществлять контролируемое осаждение пленок многокомпонентных оксидов в атмосфере кислорода. Камера модуля импульсного лазерного осаждения откачивалась до давления 1х10-6 Торр. Пленка осаждалась при давлении кислорода 50 Торр. Плотность энергии лазерного излучения на поверхности мишени 2,5
л
Дж/см , длина волны лазерного излучения 248 нм (KrF), длительность импульса 20 нс. Частота следования импульсов 10 Гц. Температура подложки 600°C. Для обеспечения равномерности осаждения материала на поверхность подложки используется система сканирования, позволяющая формировать структуры с малым разбросом параметров по диаметру подложки.
Для контроля in-situ толщины и структуры формируемых пленок LiNbO3 применялась система дифракции быстрых отраженных электронов kSA 400 (STAIB Instruments, Германия), входящая в модуль ИЛО. Толщина пленки составила 0,4 мкм.
После формирования пленок LiNbO3 образцы передавались через вакуумную транспортную систему в модули комплекса НАНОФАБ НТК-9 с колоннами фокусированных ионных пучков (Orsay Physics, Франция), которые предназначены для проведения локальных наноразмерных технологических операций, в том числе операций локального распыления, резки, визуализации наноэле-ментов и структур, ионной имплантации, локального роста. Разрешающая способность технологических операций наноразмерного профилирования с помощью ионного пучка ~10 нм, а разрешение в микроскопическом режиме наблюдения во вторичных электронах составляет ~5 нм.
С помощью графического редактора был сформирован растровый шаблон формата *.bmp, с градиентной заливкой, определяющей форму рельефа микро-акустооптического элемента. Сформированный растровый шаблон загружался программой управления модуля ФИП и использовался для формирования элементов интегральной оптики. Травление каждого элемента производилось при ускоряющем напряжении ионного пучка 30 кэВ, времени воздействия ионного пучка в каждой точке шаблона 10 мкс, общем времени травления каждого элемента - 180 сек, токе ионного пучка в пределах 0,1 нА. Контроль геометриче-
ских параметров формируемых структур осуществлялся методом РЭМ при помощи встроенных программных средств обработки изображений, а также методом полуконтактной атомно-силовой микроскопии на модуле СЗМ.
На рис. 1 представлены РЭМ-изображения полученных элементов ввода-вывода лазерного излучения в интегральном исполнении, сформированных на пленке LiNЪOз
Рис. 1. Элементы ввода-вывода лазерного излучения в интегральном исполнении
Элементы ввода-вывода излучения в пленку посредством микро призм не требуют точной юстировки лазера и позволяют минимизировать потерю мощности на отражение излучения от поверхности пленки.
На рис. 2 представлены РЭМ-изображения микролинзы в интегральном исполнении.
Рис. 2. Микролинзы в интегральном исполнении
Таким образом, в результате экспериментальных исследований определены режимы и разработана технология формирования элементов акустооптиче-ской ячейки с использованием кластерного нанотехнологического комплекса, позволяющая контролируемо формировать элементы в едином технологическом цикле.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Акустооптическая ячейка на кристалле парателлурита с поверхностным возбуждением объемных акустических волн / В.Б. Волошинов, П.А. Никитин, А.С. Трушин, Л.Н. Ма-гдич // Письма в ЖТФ. - 2011. - том 37. - C. 22-28.
2. Семенов А.С., Смирнов В.Л., Шмалько А.В. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. - М: Радио и связь. - 1990.
3. Хансперджер Р. Интегральная оптика: Теория и технология. Пер. с англ. - М.:Мир, 1985. - С. 37-40.
4. Комплексный подход к технологическому оснащению центра прикладных разработок. Опыт реализации в НОЦ «Нанотехнологии» ЮФУ / Алексеев А.Н., Соколов И.А., Агеев О.А., Коноплёв Б.Г. // Известия Южного федерального университета. Технические науки. -2011. - № 4 (117). - С. 207-210.
5. Получение наноразмерных структур на основе нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9 / О.А. Агеев, Е.Г. Замбург, А.С. Коломийцев, В.А. Смирнов, Ю.В. Сюрик, А.А. Федотов, А.В. Михайличенко, В.С. Климин, О.И. Ильин, А.Л. Громов. // Известия Южного федерального университета. Технические науки. - 2011. - № 1 (114) . - С. 109-116.
6. Формирование наноразмерных структур на кремниевой подложке методом фокусированных ионных пучков / Коноплёв Б.Г., Агеев О.А., Коломийцев А.С. // Известия высших учебных заведений. Электроника. - 2011. - № 1(87). - С. 29-34.
7. Исследование параметров взаимодействия фокусированных ионных пучков с подложкой / Агеев О.А., Коломийцев А.С. // Известия высших учебных заведений. Электроника. - 2011. - № 3(89) . - С. 20-25.
8. Влияние температуры подложки при импульсном лазерном осаждении на морфологию плёнок ZnO / Е.Г. Замбург, В.В. Пташник. // Известия Южного федерального университета. Технические науки. - 2011. - №4. - С. 218.
9. Электрофизические свойства плёнок ZnO и VOx, полученных методом импульсного лазерного осаждения / Е.Г. Замбург, А.В. Михайличенко, В.В. Пташник // Известия Южного федерального университета. Технические науки. - 2011. - №4. - С. 134.
© О. А. Агеев, Е. Г. Замбург, А. С. Коломийцев, Д. О. Сучков, А. В. Шумов, 2015
