Cпосіб отримання металевої матриці для тиражування рельєфно-фазових голограм

1. Способ получения металлической матрицы для тиражирования рельефно-фазовых голограмм, включающий проектирование на светочувствительный слой подложки интерференционной картины, образованной когерентными лазерными пучками, экспонирование, селективное травление светочувствительного слоя до получения рельефно-фазовой голограммы-оригинала, нанесение на рельефно-фазовую голограмму гальваническим осаждением никеля, отделение металлической матрицы от рельефно-фазовой голограммы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве светочувствительного слоя используют слой трехселенистого мышьяка (As2Se3), а селективное травление осуществляют в растворе, состоящем из этилендиамина и диметилформамида п р и следующих соотношениях ингредиентов, в мае. %: этилендиамин 10-75 диметилформамид 25-90. 2. Способ по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что для записи рельефно-фазовой голограммы-оригинала используют излучение гелий-неонового лазера с длиной волны 632,8 км. 3. Способ по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что для записи рельефно-фазовой голограммы-оригинала используют излучение аргонового лазера с длинами волн 468,0 км и 514,5 км. Изобретение относится к голографии и предназначено для изготовления рельефнофазовых голограмм и, в частности, для изготовления радужных голограмм. Оно решает задачу усовершенствования технологии получения металлической матрицы для тиражирования рельефно-фа зовых (олограмм и, в частности, радужных голограмм на основе чувствительных к электромагнитному излучению слоев халькогенидных полупроводников. Известен способ получения металлической матрицы для тиражирования рельефнофазовых голограмм [ 1 ] , в к л ю ч а ю щ и й С > ел 9725 регистрацию рельефно-фазовой голограммы-оригинала на фототермопластическом носителе, проведение термической обработки, нанесение на рельефно-фазовую голограмму однокомпонентного герметика (силиконовый каучук) с катализатором, отверждаемый при комнатной температуре в течение 48 часов; отделение каучуковой реппики от рельефно-фазовой голограммыоригинала и заливка ее тонким слоем раствора полиизобутилметакрилэта в дихлориде этилена, который высыхает за 3 часа и превращается в полимерную рельефно-фазовую голограммную копию; нанесение на полимерную копию окисно-оловянного покрытия с последующим осаждением на него металлического серебра из серебряно-аммиачного комплекса; осаждение на слой серебра слоя никеля гальваническим способом; отделение металлической матрицы от полимерной копии. 5 10 15 20 Этот способ позволяет получать высококачественные копии рельефно-фазовых голограмм путем нагрева металлической матрицы и приведения в контакт под давле- 25 нием с нагретой пленкой из ацетата целлюлозы. Количество копий при изготовлении таким способом достигают 100 штук. Недостатком этого способа является большая трудоемкость и длительность про- 30 цесса изготовления металлической матрицы. В качестве прототипа выбран способ получения металлической матрицы для тиражирования рельефно-фазовых голограмм 35 [2], включающий запись рельефно-фазовой голограммы-оригинала на слое фоторезиста, изготовление полимерной копии рельефно-фазовой голограммы, нанесение на полимерную копию в вакууме медного по- 40 крытия толщиной 0,02 мкм, нанесение слоя никеля гальваническим осаждением толщиной 0,5 мм; отделение металлической матрицы от полимерной копии, . Этот способ позволяет получать копии 45 (рельефно-фазовых голограмм) путем использования металлической матрицы для тиснения рельефно-фазовых голограмм на различных полимерных пленках, в том числе металлизированных. Количество копий, полу- 50 ченных на пленке из полиэтилентерефталата достигает 400 шт. Недостатком этого способа является то, что для записи голограмм-оригиналов требуется значительная мощность лазерного из- 55 лучения, так как органические фоторезисты недостаточно чувствительны к излучению аргонового лазера (488,0 и 514,5 нм) и практически нечувствительны к излучению гелий-неонового лазера (632,8 нм), Это приводит к увеличению времени экспонирования и, как следствие, к ухудшению качества р^ікрфно-фазовой голограммы. В основу изобретения поставлена задача повышений качества металлической матрицы для тиражирования рельефно-фазовых голограмм, которая достигается за счет уменьшения плотности дефектов и повышения дифракционной эффективности рельефно-фазовой голограммы-оригинала. Кроме того, происходит уменьшение мощности лазерного излучения для записи голограмморигиналов, вследствие более широкой спектральной области чувствительности светочувствительного слоя. Поставленная задача решается тем, что в способе получения металлической матрицы для тиражирования рельефно-фазовых голограмм, включающем проектирование на светочувствительный слой подложки интерференционной картины, образованной когерентными лазерными пучками, экспонирование, селективное травление светочувствительного слоя до получения рельефно-фазовой голограммы-оригинала, нанесение на рельефно-фазовую голограмму гальваническим осаждением никеля, отделение металлической матрицы от рельефно-фазовой голограммы, согласно изобретению в качестве светочувствительного слоя используют слой трехселенистого мышьяка (АэгЭез). а селективное травление осуществляют в растворе, состоящем из этилендиамина и диметилформамидэ при следующих соотношениях ингредиентов в мае, %: этилендиамин 10-75 диметилформамид 25-90. Для записи рельефно-фазовой голограммы-оригинала используют излучение гелий-неонового лазера с длиной волны 632,8 ем, а также аргонового лазера с длинами волн 488,0 нм и 514,5 нм. Способ осуществляют следующим образом. На очищенную полированную поверхность подложки (из стекла, кварца, металла) наносят в вакууме (2,5 + 4) * 10*3 Па адгезионный слой из хрома, затем слой трехселенистого мышьяка (As2Se3). Толщину адгезионного слоя выбирают в интервале от 5 до 100 нм. Толщину слоя трехселенистого мышьяка выбирают из условия обеспечения необходимой глубины модуляции голограммы-решетки h/d * 0,3 - 0,4, где h - высота штриха, a d - период решетки. Исходя из этого толщину слоя трехселенистого мышьяка выбирают равной или несколько больше h. Затем подложку со светочувствительным слоем закрепляют в держателе голографической установки, проектируют интерференционную картину (с пространственной 9725 частотой, выбранной D интервале 600 + 3600 мм ), образованную когерентными пучками лазерного излучения, и проводят экспонирование. В качестве источника когерентного излучения используют аргоновые, гений- 5 кадмиевые, гелий-неоновые и другие лазеры. В процессе экспонирования в местах облучения слоя трехселенистого мышьяка происходят фотоструктурные превращения, приводящие к тому, что скорость травления 10 облученных и необлученных участков становится различной (облученные участки чаще травятся медленней), а это позволяет в дальнейшем вытравливать рельефные изображения. После экспонирования подложку со 15 слоями погружают в рзствор, содержащий этилендиамин, полученный после однократной перегонки 70%-ного водного раствора этилендиамина [(СИгМ^НгЫ (ТУ 6-09-14770), и растворитель-диметилформамид 20 (С3Н7ОН)(ГОСТ 20289-74). Время травления выбирают от нескольких десятков секунд до нескольких минут в зависимости от соотношения компонентов раствора и толщины слоя трехселенистого мышьяка. С увеличе- 25 нием содержания в растворе этилендиамина с к о р о с т ь селективного травления возрастает. Например, в растворе, содоржащем 49 мас.% этилендиамина и 51 мзс.% диметилформамида, премя травления (уда- 30 ления) необлучекного споя трехселенистого мышьяка толщиной 340 им составляло 21 с. После травления и сушки на решетку наносят в вакууме (2,5 + 4) • 10"3 Па слой никеля толщиной 15 + 30 нм, а затем осаждают галь- 35 ваническим способом слой никеля толщиной 200 + 300 м к м . После отрыва от голограммы получают металлическую матрицу с рельефно-фазовым изображением. Основой для предложенного технического решения послужили следующие факты, выявленные в процессе исследований. При получении металлической матрицы путем записи голограммы-оригинала на органическом фоторезисте и последующим осаждением слоя никеля гальваническим способом, для Получения оригинала достаточно высокой дифракционной эффективности необходима длительная экспозиция, что часто приводит к появлению дефектов в виде муаровых полос и т. п. Было обнаружено, „что если голограмму-оригинал записывать на светочувствительном слое As2Se3, а сепективное іравлєние этого слоя после зкепонирооания производить в растворе, содержащем этилендиамин и диметилформамид в определенном соотношении, то появляется возможность уменьшить экспозицию в 5-10 раз при экспонировании излучением аргонового лазера, записывать 6 голограммы-оригиналы излучением гелийнеонового лазера. При этом повышается дифракционная эффективность юлограммы, отсутствуют дефекты, посещается качество поверхности никелевой матрицы А эго позволяет тиражировать рельефно-фачовые голограммы высокого качества. Ниже приведены чертежи и примеры реализации предложенного способа. На фиг. 1 показано расположение слоев на несущей подложке и процесс экспонирования; на фиг. 1 система после селективно* о травления - рельофчо-фазовая голограммаоригинал; на фиг. 3 рельефно-фазовая голограмма после нанесения тонкого слоя металла; на фиг. 4 - рельефно-фазовая голограмма после нанесения слоя никеля гальван и ч е с к и м с п о с о б о м ; на фиг. 5 металлическая матрица для тиражирования рельефно-фазовых голограмм, П р и м е р 1. На полированную стеклянную пластинку 1 (фиг. 1) размером 70 х 70 х хЮ мм 3 в вакууме 2,5 • 10"3 Па последовательно наносился слой хрома 2 (фиг. 1) толщиной 40 нм и слой трехселенистого мышьяка 3 (фиг. 1) толщиной 340 нм Затем на систему слоев проектировали интерференционную картину, образованную двумя когерентными пучками излучения аріонового лазера 4 (фиг. 1} (488,0 им) с пространственной часто гой 1200 мм" 1 . При энергетической освещенности равной 1,1 х хЮ*" Вт/см 2 , время экспонирования составляло 4 мин. После экспонирования подложку со слоями погружали в растаор, содержащий этилендиамин [(СНгМіЧНгЬ] и димстилформамид (СзНЮН) со с л е д у ю щ и м содержанием ингредиентов, мас.%: этилендиамин 49 диметилформамид 51. Время травления составляло 21 с. После промывки и сушки на решетку 5 (фиг. 2) наносят в вакууме (2.5 • 10~3 Па) слой никеля 6 (фиг. 3) толщиной 20 нм и осаждают гальва45 ническим способом слои никеля 7 (фиг. 4) толщиной 200 мкм. После отделения слоя никеля от решетки получают, металлическую матрицу 7 (фиг. 5} для тиражирования рельефно-фазовых голограмм. Поверхность та50 кой матрицы была о д н о р о д н о й , без дефектов. После покрытия таких голограмморигиналов отражающим слоем (АІ) дифракционная эффективность их достигала 40-45%. 55 П р и м е р 2, На голографическую пластинку типа ПФГ-03 записывают вспомогательную пропускающую голограмму диффу.эно отражающего объекта (статуэтки) по вмеасевой схеме излучением гелий-кео 40 9725 нового лазера ЛГН-222 (532,8 нм). Экспозиция составляла 40 Дж/м , После экспонирования фотопластинку проявляют в растворе, состоящем из 50 г сульфита натрия, 20 г гидрохинона, 20 г углекислого натрия, 10 г 5 бромистого калия, 30 г роданистого аммония, 1 г роданистого калия, растворенных в дистиллированной воде (1,0 л). Время проявления составляло 6 мин После проявления проводят задубливание голограммы в рас- 10 творе состоящем из 50 г сульфата натрия, 10 г углекислого натрия, 5"мл 40% формалина, 1 г бромистого калия, растворенных в дистиллированной воде (1,0 л). Затем проводилось отбеливание голограммы в растворе, 15 состоящем из 15 г азотнокислого железа, 4 г бромистого калия, 2 мл глицерина, 50 мл изопропилового спирта, растворенных в дистиллированной воде (0,5 л). Время задубливания составляло 5 мин, отбеливания - 10 20 мин После этого производили последовательную промывку голограммы в дистиллированной воде и в этиловом спирте (в 3 ваннах с последовательным повышением содержания спирта: 50%, 75% и 96%). Вре- 25 мя выдержки в каждой ванне не менее 1 мин Затем голограмму промывают абсолютизированным спиртом и высушивают на воздухе. После этого производят запись основной голограммы, используя в качестве предметного 30 луча восстановленное через узкую горизонтальную щель ( 6 - 8 мм) действительное изображение от вспомогательной пропускающей голограммы. В качестве записывающей среды для основной голограммы 35 берут слой халькогенидного полупроводника {АБгБез), приготовленного термическим осаждением в вакууме 2,5 • 10"3 Па на подложки из стекла размером 9 х 12 х 2 м м , предварительно покрытых тонким (40 нм) 40 слоем хрома. Толщину слоя АвгЗоз брали равной 500 нм. Далее подложку со слоем As2Se,4 закрепляют в держателе голографической установки и на нее проекциругат интерфеоенционную картину, образованную 45 опорным пучком и аосстаиовленным действительным изображением объекта от вспомогательной голограммы. Для записи основной голограммы используют излучение аргонового лазера ЛГН-503 (514,5 им). 50 Экспозиция составляет 0,2 Дж/см 2 , После экспонирования проводят селективное травление слоя АэгЗез в растворе, содержащем этилендиамии и дмметилформамид. Травление проводили о р ютворе со следую- 55 щим содержанием ингредиентов, мае. %: этилендиамин 32 диметилформамид 68. Время травления составляло 23 с. Таким образом получают рельефно-фазовую 8 голограмму, на которую наносят в вакууме (2,5 + 4) • 10" Па слой никеля, толщиной 10 нм, и затем гальваническим осаждением слой никеля, толщиной 200 мкм. Отделяют никелевую матрицу с рельефным изображением от рельефно-фазовой голограммы. Поверхность матричы была однородной и качественной, без дефектов. П р и м е р 3. Запись голограммы-решетки и ее обработку проводят аналогично приведенным в примере 1. Запись голограммы проводят излучением гелий-неонового лазера (632,8 нм). Экспозиция составляла 2Дж/см . После экспонирования проводят селективное травление слоя АвгБез в растворе со следующим содержанием ингредиентов, мас.%: этилендиамин Т$ диметилформамид ' Й1. Время травления составляло 27 с. На полученную голограмму в вакууме (2,5 • 10"3 Па) наносят слой никеля толщиной 20 нм, а затем гальваническим осаждением наносят слой никеля, толщиной 200 мкм. После отделения никелевой матрицы с рельефным изображением от рельефно-фазовой голограммы получают металлическую матрицу для тиражирования голограмм путем термотиснения на гибкую подложку (например, лавсановую пленку), Поверхность такой матрицы была однородной, без дефектов. П р и м е р 4. Запись голограммы-решетки проводят аналогично приведенным в примере 1. После записи голограммы-решетки слой А$2Эез травился в растворе, содержащем этилендиамин и диметилформамид со следующим соотношением ингредиентов, мас.%: к этилендиамин 75 диметилформамид 25. Время травления 19 с. Используя эту голограмму изготавливают гальваническим способом никелевую матрицу, пригодную для тиражирования рельефно-фазовых голограмм аналогично примеру 1. Поверхность матрицы была однородной без дефектов. П р и м е р 5. Запись вспомогательной пропускающей голограммы и основной голограммы проводили аналогично приведенным в примере 2. Слой As2Se3 травили в растворе, содержащем этилендиамин и диметилформамид со следующим соотношением ингредиентов, мае. %: этилендиамин 83 диметилформамид 17, Время травления составляло 17,5 с. Затем изготавливалась никелевая матрица аналогично примеру 2. На поверхности матрицы видны дефекты в виде комет и 10 9725 н еод но род н остей травления, которые переносились на радужные голограммы при их тиражировании, ухудшая их качество. П р и м е р 6. Запись вспомогательной пропускающей голограммы и основной голограммы проводилась аналогично приведенным в примере 2. Слой As2Se3 травили в растворе, содержащем этилендиамин и диметилформамид со следующим соотношением ингредиентов, в мае. %: этилендиамин 5 диметилформамид 95. Время травления составляло 120 с. Используя эту голограмму изготавливают никелевую матрицу аналогично примеру 2. Поверхность матрицы была неоднородной и голограмма имела низкую дифракционную эффективность менее 10%. П р и м е р 7. Запись вспомогательной пропускающей голограммы и основной голограммы проводили аналогично приведенным в примере 2. Слой As2Se3 травили в 5 10 15 20 растворе, содержащем этилендиамин и диметилформамид со следующим соотношением ингредиентов, в мас.%1 этилендиамин 25 диметилформамид 75. Время травления составляло 26 с. Затем изготавливалась никелевая матрица аналогично примеру 2. На поверхности матрицы не имелось дефектов. П р и м е р 8. Запись вспомогательной пропускающей голограммы и основной голограммы проводили аналогично приведенным в примере 2. Слой As2Se3 травили в растворе, содержащем этилендиамин и диметилформамид со следующим соотношением ингредиентов, в мас.%: этилендиамин 10 диметилформамид 90. Время травления составляло 60 с. Затем изготавливалась никелевая матрица аналогично примеру 2. На поверхности не наблюдапось дефектов. Фиг. 3 шш & - *» •-* Фиг. 4 Упорядник Замовлення 4549 Техред М.Моргентал Коректорі О. Кравцова Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101.