Спосіб одержання голографічних дифракційних решіток

Изобретение относится к способам получения рельефных изделий с помощью чувстви тельных к электромагнитному излучению систем полупроводник-металл и может быть использовано в оптическом приборостроении, оптоэлектронике. Известный способ получения голографических дифракционных решеток (1), основанный на эффекте фотостимулированной диффузии металла в полупроводник, включает нанесение на подложку адгезионного слоя, слоя серебра, слоя трехсернистого мышьяка, слоя трехселенистого мышьяка, проектирование интерференционной картины, образованной когерентными пучками лазерного излучения, экспонирование, селективное травление в водном растворе гидроокиси калия (КОН), нанесение отражающего покрытия. Этот способ обеспечивает получение решеток с высокой эффективностью, высокой плотностью штрихов (до 6000 штрихов (мм) и большими геометрическими размерами. Его недостатками являются: невысокое качество получаемых решеток, что связано с использованием раствора гидроокиси калия при селективном травлении системы после записи на ней решетки, .а это приводит к высокому уровню рассеянного света, низкому выходу го товых изделий. В качестве прототипа выбран способ получения голографических дифракционных решеток (2), основанный на использовании чувствительных к электромагнитному излучению систем полупроводник-металл, включает: нанесение на подложку адгезионного слоя, слоя серебра, слоя трехсернистого мышьяка, слоя трехселенистого мышьяка, проектирование интерференционной картины, образованной когерентными пучками лазерного излучения, экспонирование, селективное травление в растворе, содержащем этилендиамин (CH2)2 (NH2)2 и этиловый спирт (С2Н5OН) при следующем соотношении ингредиентов (мас. %): в течение времени травления, определенном из условия t=t oexp (kn), где to - время полного стравливания слоя трехселенистого мышьяка в этилендиамине, k = 0,84, n - отношение содержания компонент этилового спирта к этилендиамину. Этот способ обеспечивает получение решеток с эффективностью 60-70%, с высокой плотностью штрихов (до 6000 штрихов (мм), с большими геометрическими размерами (200х200 мм 2 и более). К недостаткам этого способа можно отнести: невысокое качество получаемых решеток, связанное с тем. что после селективного травления на поверхности решеток остаются дефекты в виде "островков", "комет", ряби и др., что приводит к увеличению уровня рассеянного света и невысокому выходу годных изделий. Таким образом, известные способы не обеспечивают высокое качество решеток и высокий выход готовых изделий. Задача изобретения состоит в разработке способа получения голографических дифракционных решеток, предотвращающего стравливание слоя, образованного продуктами фотоиндуцированных изменений, обусловливающего этим повышение качества решеток и увеличение выхода годных изделий. Задача решается тем, что в способе получения голографических дифракционных решеток на светочувствительных системах As 2Se3-As 2S3-Ag, включающий экспонирование указанной среды интерференционной картиной, образованной когерентными пучками излучения аргонового лазера, селективное травление в течение времени t ° toexp (kn). где to - время полного стравливания слоя As 2Se3, в растворе травителя, n - отношение содержания компонент раствора растворителя к травителю, k - коэффициент пропорциональности, и нанесение отражающего покрытия, согласно изобретению толщину слоя As 2Se3 выбирают из условия обеспечения глубины модуляции дифракционной решетки h/d 0,3-0,4, где h - высота штри ха, d - постоянная решетки, экспонируют светочувстви тельную систему при экспозиции 0,6 дж/мс2, травление производят в растворе 30% водного раствора метиламина и этилового спирта, при соотношении ингредиентов (мае. %): Способ осуществляют следующим образом. На очищенную поверхность подложки (из стекла, кварца, металла или органический пленки) наносят в вакууме 2.5 10-3-10-4 Па (или другим способом) адгези-онный слой (из хрома, марганца и др.), слой серебра, слой трехсернистого мышьяка, слой трехселенистого мышьяка. Толщину адгезионного слоя и слоя серебра выбирают в интервале 5-100 нм, толщину слоя трех-сернистогр мышьяка 3-30 нм. Тонкий слой трехсернистого мышьяка служит в качестве барьера, препятствующего протеканию тем-новых реакций взаимодействия между слоем Ag и слоем As 2Se3. Толщину слоя трехселенистого мышьяка выбирают из условия обеспечения необходимой глубины модуляции решетки h/d = 0,3-0,4, где h высота штриха, d - постоянная решетки. Исходя из этого толщину слоя трехселенистого мышьяка выбирают равной или несколько большей h. Подложку со слоями закрепляют в держателе голографической установки и проектируют интерференционную картину с пространственной частотой, выбранной в интервале 600-6000 мм -1, образованную когерентными пучками лазерного излучения и проводят экспонирование. В качестве источника лазерного излучения используют аргоновые, гелий-кадмиевые, гелий-неоновые и другие лазеры. В процессе экспонирования в местах облучения происходит фотостимулированная диффузия частиц серебра в слой полупроводника (As 2Se33+As 2S3) с образованием продуктов взаимодействия, приводящая к тому, что скорость травления облученных и необлученных участков становится различной (продукты взаимодействия обычно травятся медленней), а это позволяет в дальнейшем вытравливать рельефные изображения. После экспонирования подложку со слоями погружают в раствор, содержащий метиламин (30% водный раствор (ТУ-609-2088-94) и этиловый спирт (ГОСТ-18300-72) при следующем соотношении ингредиентов (мас.%): селективное травление проводят в течении времени t=toexp(kn), где в математическом выражении использованы обозначения: to -время полного стравливания слоя трехселенистого мышьяка в метиламине (30% водном растворе), k=0,61, a n - соотношение компонент этилового спирта к метиламину (30% водному раствору). Время травления выбирают от нескольких десятков секунд до нескольких десятков минут в зависимости от соотношения компонент раствора и толщины слоя трехселенистого мышьяка. С увеличением содержания в растворе метиламина скорость селективного травления возрастает. После промывки и сушки на решетку наносят отражающее покрытие (AI или Au, MgF2 и др.). Решетки с высоким качеством получаются тогда, когда для селективного травления берут раствор, содержащий метиламин и этиловый спирт при соотношении ингредиентов, указанном в заявляемом техническом решении. В основу способа положен тот факт, что при записи топографических дифракционных решеток на светочувствительной системе As 2Se3-As 2S3-Ag излучением аргонового лазера (488 нм или 514 нм) было обнаружено, что под действием излучения наряду с фотостимулированной диффузией Ag в слой As 2Se3 происходят фотоиндуцированные изменения и в слое As 2Se3 (без введенного фотодиффузией серебра) с экспозициями соизмеримыми с необходимыми для записи решеток. Образуются как бы две дифракционные решетки с одинаковой пространственной частотой, наложенные друг на друга. Одна образована продуктами фотостимулированной диффузии серебра в слой трехселенистого мышьяка (эффект фотолегирования), а другая - продуктами фотоиндуцированных изменений в слое As 2Se3 (эффект фотостр уктурных превращений). Вклад обоих эффектов в процесс записи голографических решеток а значительной мере зависит от толщины слоя полупроводника (As 2Se3), длины волны записывающего излучения и др. После селективного травления в растворе используемом в способе прототипа, из-за селективности данного раствора по отношению к эффекту фотостр уктурных превращений на поверхности решеток часто присутствуют дефекты "островков", "комет", "ряби", которые ухудшают качество решеток и снижают выход годных изделий. При использовании травителя, предлагаемого в заявляемом способе, остается решетка образованная только продуктами фотоиндуцированного взаимодействия серебра со слоем As 2Se3, при этом получаются решетки высокого качества благодаря тому, что данный травитель практически неселективен по отношению к эффекту фотостр уктурных превращений, с сохранением положительных свойств травителя способа прототипа. Кроме того, на поверхности решеток отсутствуют де фекты. Травление обеспечивает высокое качество решеток высокую дифракционную эффективность после покрытия решеток AI, h ³ 50 - 70% , отсутствие на поверхности решеток дефектов в виде "островков", "комет", "ряби", более низкий по сравнению со способом-прототипом уровень рассеянного света, Это обусловлено низкой селективностью травителя на основе метиламина (30% водного раствора) и этилового спирта по отношению к продуктам эффекта фотостр уктурных превращений в слое As 2Se3 (без введенного фотодиффузией серебра) и высокой селективностью по отношению к продуктам фотостимулированного взаимодействия Ag с As 2Se3. А это в свою очередь приводит к повышению качества решеток и увеличению выхода годных изделий в 1,5-2 раза, к экономии энергетических затрат. Пример. На стеклянные полированные подложки размером 70х70х2 мм 3 в вакууме 2,5·10-3 Па последовательно наносился слой хрома толщиной 50 нм, слой серебра. толщиной 30 нм, слой трехсернистого мышьяка (As 2S3) толщиной 4 нм и слой трехселенистого мышьяка (As 2Se3) толщиной 200 нм. Затем на систему проектировали интерференционную картину, образованную двумя когерентными пучками излучения от аргонового лазера (488 нм) с пространственной частотой 1350 мм. При энергетической освещенности равной 1,2·10-3 Вт/см 2, экспозиция составляла 0,6 Дж/см 2. После экспонирования проводилось селективное травление в растворе содержащем метиламин CH5N (30% водный раствор) и этиловый спирт C2H5OH со следующими соотношениями компонент (мас.%): Время травления составляло 105 с. После селективного травления поверхность решеток была однородной и качественной. Решетки затем покрывались слоем AI, толщиной 110 нм. Дифракционные эффективности этих решеток, измеренные по схеме близкой к Литтрова на длине волны, равной 680 нм и S-поляризации в первом порядке дифракции составляли 75-76%.