Materiaalin kulutuksen minimointi mustaksi nanokuvioidun germanium-pinnan luomisessa

Abstract

Erilaisten pintojen heijastavuuden vähentämiseen on perinteisesti käytetty heijas-tuksenestopinnoitteita, mutta niiden lisäksi on tullut heijastuksenestorakenteet eli AR-rakenteet, jotka mahdollistavat pintojen heijastavuuden tehokkaamman vähentämisen. Näiden rakenteiden valmistamiseen on kehitetty useita erilaisia menetelmiä, joista erityisesti RIE-prosessi on osoittautunut tehokkaaksi. Tällä menetelmällä on onnistuttu valmistamaan nanorakenteita mustan piin luomiseksi, ja ne ovat osoittautuneet erittäin vakuuttaviksi optisilta ominaisuuksiltaan. Pii ei kuitenkaan kykene toimimaan esimerkiksi lähi-infrapuna alueella, joten näille sovelluksille tarvitaan vaihtoehtoisia materiaaleja, kuten germaniumia. Laadukasta mustaa germaniumia on jo onnistuttu tuottamaan RIE-prosessin avulla, mutta se syövyttää liikaa pintaa mm. Ge-ohutkalvolaitteiden käyttöön.

Teoriaosuudessa tarkastellaan ensin nanorakenteiden ominaisuuksia, jotka toi-mivat substraatin pinnalla AR-rakenteina, sekä niiden erilaisia valmistusmenetelmiä. Tämän jälkeen keskitytään RIE-prosessin toimintaan ja sen erilaisiin sovelluksiin, erityisesti ICP-RIE:n kryogeeniseen etsaukseen. Kappaleessa esitetään jo saavutettuja tuloksia mustan germaniumin luomisesta tällä menetelmällä. Lopuksi käsitellään kryogeenisen etsauksen eri prosessiparametreja ja niiden merkitystä et-sauksen lopputulokselle.

Kokeellisessa osuudessa pyrittiin etsaamaan mustaa germaniumia mahdollisimman vähällä pinnan kulumisella käyttäen ICP-RIE:n kryogeenistä menetelmää. Kokeet aloitettiin luomalla referenssinäyte, jonka valmistukseen käytettiin jo olemassa olevaa prosessia. Tämä prosessi tuottaa laadukasta mustaa germaniumia, mutta aiheuttaa liikaa pinnan kulumista.

Prosessiparametreja säätämällä pyrittiin vähentämään pinnan kulumista niin, että näytteen optiset ominaisuudet eivät heikkene. Jokaisen näytteen kohdalla pinnan heijastavuus ja kulumisen määrä mitattiin etsauksen jälkeen, jotta prosessia voitiin kehittää edelleen. Näiden mittausten tuloksia verrattiin alussa valmistettuun referenssinäytteeseen.

Tutkimuksen tulokset osoittivat, että etsausajan ja heliumin paineen, eli näytteen jäähdytyksen, säätelyllä pinnan kulumista voitiin vähentää riittävästi esimerkiksi Ge-ohutkalvolaitteita ajatellen. Näytteen pinnan optiset ominaisuudet, kuten absorptioaste, säilyivät edelleen laadukkaina. Kuitenkin prosessin luotettavuuden ja toistettavuuden varmistamiseksi on tarpeen tehdä jatkotutkimuksia.