CZ2020696A3 - Thin optical semiconducting film, producing it, equipment for producing this layer and reading devices - Google Patents
Thin optical semiconducting film, producing it, equipment for producing this layer and reading devices Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2020696A3 CZ2020696A3 CZ2020696A CZ2020696A CZ2020696A3 CZ 2020696 A3 CZ2020696 A3 CZ 2020696A3 CZ 2020696 A CZ2020696 A CZ 2020696A CZ 2020696 A CZ2020696 A CZ 2020696A CZ 2020696 A3 CZ2020696 A3 CZ 2020696A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- optical
- gradient
- magnetrons
- optical semiconductor
- layer
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 86
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 45
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 29
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 30
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 12
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 11
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 7
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 claims description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 74
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 7
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 5
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910016514 CuFeO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- DXKGMXNZSJMWAF-UHFFFAOYSA-N copper;oxido(oxo)iron Chemical compound [Cu+2].[O-][Fe]=O.[O-][Fe]=O DXKGMXNZSJMWAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
- C23C14/0036—Reactive sputtering
- C23C14/0084—Producing gradient compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/32—Holograms used as optical elements
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/06—Two-beam arrangements; Multi-beam arrangements storage rings; Electron rings
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Předkládané řešení se týká optického polovodivého prvku (1), který vykazuje gradient optické absorpce a gradient impedančního spektra v oblasti vysokých frekvencí. Optický polovodivý prvek (1) obsahuje tenkou vrstvu (11), která je nanesena na substrát (14). Způsob obsahuje kroky rozprášení reakčních plynů pomocí alespoň dvou magnetronů (M1 a M2), přičemž mezi magnetrony (M1 a M2) je umístěna clona (3), která je schopná vertikálního pohybu. Další provedení představuje plazmový depoziční systém (5), který vykonává způsob vytváření optického polovodivého prvku (1). Další provedení se týká čtecího zařízení (9), které je schopné určit pravost předmětu, který je opatřen bezpečnostním prvek s optickou polovodivou vrstvou.The presented solution relates to an optical semiconductor element (1) which exhibits a gradient of optical absorption and a gradient of the impedance spectrum in the high frequency range. The optical semiconductor element (1) comprises a thin layer (11) which is applied to the substrate (14). The method includes the steps of atomizing reaction gases using at least two magnetrons (M1 and M2), with a diaphragm (3) capable of vertical movement being placed between the magnetrons (M1 and M2). Another embodiment represents a plasma deposition system (5), which performs the method of creating an optical semiconductor element (1). Another embodiment relates to a reading device (9) which is capable of determining the authenticity of an object which is equipped with a security element with an optical semiconductor layer.
Description
Optická polovodivá tenká vrstva, způsob její výroby, zařízení vhodné pro výrobu této vrstvy a čtecí zařízeníOptical semiconductor thin layer, method of its production, equipment suitable for the production of this layer and reading device
Oblast technikyField of technology
Předkládaný vynález spadá v prvním provedení do oblasti způsobu výroby optických polovodivých tenkých vrstev a prvků, vhodných zejména jako bezpečnostní ochranný prvek pro označení pravosti produktů, přičemž optický polovodivý prvek obsahuje plošně gradientní optickou tenkou vrstvu.In the first embodiment, the present invention falls into the field of the method of manufacturing optical semiconducting thin layers and elements, suitable in particular as a security protection element for marking the authenticity of products, wherein the optical semiconducting element contains a surface-gradient optical thin layer.
Ve druhém provedení se předkládaný vynález týká produktu, zejména tenké vrstvy vyrobitelné výše uvedeným způsobem a optického polovodivého prvku. Tenká optická polovodivá vrstva vykazuje plošně gradientní materiálové a optické vlastnosti.In a second embodiment, the present invention relates to a product, in particular a thin layer that can be produced in the above-mentioned manner and an optical semiconductor element. A thin optical semiconductor layer exhibits surface gradient material and optical properties.
Ve třetím provedení se předkládaný vynález týká plazmového depozičního systému, který je schopný vykonávat způsob výroby optické polovodivé tenké vrstvy.In a third embodiment, the present invention relates to a plasma deposition system capable of performing a method of manufacturing an optical semiconductor thin layer.
Čtvrté provedení se týká zařízení, které je uzpůsobené optický polovodivý prvek s plošně gradientní vrstvou přečíst a určit pravost výrobku, na kterém je tato vrstva opatřena.The fourth embodiment relates to a device that is adapted to read an optical semiconductor element with a surface gradient layer and to determine the authenticity of the product on which this layer is provided.
Dosavadní stav technikyCurrent state of the art
V současné době existuje celá řada optických ochranných prvků, kterými lze garantovat pravost produktu, do kterého je tento prvek implantován. Standardně se jedná o různé tenkovrstvé hologramy s definovaným reliéfem. Tyto holografické či jinak funkční optické reliéfy je třeba zajistit ochrannou vrstvou či systémem ochranných vrstev, které zajistí ochranu před mechanickým poškozením a též zajistí bezpečnostní prvek před kopírováním optického reliéfu. Aby byla zachována v takovémto případě optická funkce ochranného prvku, musí být optický reliéf oddělen od ostatních vrstev alespoň jednou vrstvou s odlišným indexem lomu. Standardně jsou využívány jednoduché, deponované vrstvy s vysokým indexem lomu (kovové, jako je např. hliník, stříbro, nebo transparentní jako je třeba ZnS, TiO2, apod.).Currently, there are a number of optical protection elements that can be used to guarantee the authenticity of the product in which this element is implanted. By default, these are various thin-film holograms with a defined relief. These holographic or otherwise functional optical reliefs must be provided with a protective layer or a system of protective layers that will ensure protection against mechanical damage and also provide a safety element against copying the optical relief. In order to preserve the optical function of the protective element in such a case, the optical relief must be separated from the other layers by at least one layer with a different refractive index. As a standard, simple, deposited layers with a high refractive index are used (metallic, such as aluminum, silver, or transparent, such as ZnS, TiO 2 , etc.).
Současným trendem je snaha tyto holografické prvky sofistikovaněji chránit proti padělání dalšími optickými elementy nebo opticky funkčními elementy, které mají definované optické vlastnosti, které tvoří parametry pro jednoznačnou identifikaci prvku a tento prvek je obtížně padělatelný. V patentovém spisu US 2004/0126669 AI je popsán způsob depozice optické tenké vrstvy na hologram. Depozice se provádí pomocí tiskařských metod s případným termálním ostřením. Navíc, tento spis popisuje pouze transparentní vrstvu s vysokým indexem lomu.The current trend is to try to protect these holographic elements more sophisticatedly against forgery with other optical elements or optically functional elements that have defined optical properties that form parameters for unambiguous identification of the element and this element is difficult to counterfeit. US 2004/0126669 AI describes a method of depositing an optical thin layer on a hologram. Deposition is carried out using printing methods with possible thermal sharpening. Moreover, this document describes only a transparent layer with a high refractive index.
V patentovém spise US 4851095 A je popsáno reaktivní magnetronové naprašování optických tenkých vrstev nebo multivrstev s definovanou závislostí absorpčního koeficientu na vlnové délce. Nicméně systém neřeší realizaci depozice plošně nehomogenních tenkých vrstev, které budeme nazývat dále „plošně gradientní tenké vrstvy“, kdy u těchto vrstev existuje gradient chemického složení tenké vrstvy a jejích optických konstant nikoliv podél jejího tloušťkového profilu, ale tento gradient existuje ve směru jedné vhodně zvolené osy souřadnice pravoúhlého kartézského souřadného systému, která je rovnoběžná s povrchem tenké vrstvy a je zvolena ve směru tohoto gradientu.In patent document US 4851095 A, reactive magnetron sputtering of optical thin layers or multilayers with a defined dependence of the absorption coefficient on the wavelength is described. However, the system does not address the implementation of the deposition of surface-inhomogeneous thin layers, which we will hereinafter call "surface-gradient thin layers", when for these layers there is a gradient of the chemical composition of the thin layer and its optical constants not along its thickness profile, but this gradient exists in the direction of one suitably chosen the coordinate axis of the rectangular Cartesian coordinate system, which is parallel to the surface of the thin layer and is chosen in the direction of this gradient.
Reaktivní magnetronové naprašování tenkých vrstev pracující za extrémně nízkých tlaků v režimu HiPIMS v kombinaci s radiofrekvenční (RF) indukčně vázanou (ICP) elektrodou ve tvaru jednoho závitu páskového vodiče pracující ve stacionárním magnetickém poli s vlnovou rezonancí elektronové cyklotronové vlny (RF-ECWR), kde se částice pohybují od terče k substrátu téměř beze srážek je popsáno ve stati: V. Straňák, A. P. Herrendorf, S. Drache, M. Čada, Z. Hubička,Reactive magnetron sputtering of thin films operating at extremely low pressures in the HiPIMS mode combined with a radio frequency (RF) inductively coupled (ICP) electrode in the form of a single turn of a ribbon conductor operating in a stationary magnetic field with an electron cyclotron wave resonance (RF-ECWR) where particles move from the target to the substrate almost without collisions is described in the article: V. Straňák, A.P. Herrendorf, S. Drache, M. Čada, Z. Hubička,
- 1 CZ 2020 - 696 A3- 1 CZ 2020 - 696 A3
M. Tichý, R. Hippier, Highly ionized physical vapor deposition plasma source working at very low pressure, Appl. Phys. Lett. 100, 141604 (2012) a aplikace tohoto systému se dvěma rozprašovacími reaktivními magnetrony na depozici polovodivých CuFeO2 vrstev je popsána ve stati: Z. Hubička, M. Zlámal, J. Olejníček, D. Tvarog, M Čada, J. Krysa, Semiconducting p-Type Copper Iron Oxide Thin Films Deposited by Hybrid Reactive-HiPIMS +ECWR and Reactive-HiPIMS Magnetron Plasma Systém, Coatings 2020, 10, 232.M. Tichý, R. Hippier, Highly ionized physical vapor deposition plasma source working at very low pressure, Appl. Phys. Lett. 100, 141604 (2012) and the application of this system with two sputtering reactive magnetrons for the deposition of semiconducting CuFeO2 layers is described in: Z. Hubička, M. Zlámal, J. Olejníček, D. Tvarog, M Čada, J. Krysa, Semiconducting p -Type Copper Iron Oxide Thin Films Deposited by Hybrid Reactive-HiPIMS +ECWR and Reactive-HiPIMS Magnetron Plasma System, Coatings 2020, 10, 232.
Aplikace RF-ECWR plazmového systému v kombinaci s dalšími zdroji plazmatu jako jsou MW surfatronyje popsána v patentovém spisu PV 2018-555, tj. CZ 2018555 A3.The application of the RF-ECWR plasma system in combination with other plasma sources such as MW surfatrons is described in patent file PV 2018-555, i.e. CZ 2018555 A3.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Předmětem tohoto vynálezu je poskytnutí výrobního způsobu a samotného bezpečnostního prvku produktu.The object of this invention is to provide a production method and the safety element of the product itself.
V prvním provedení se předkládaný vynález týká způsobu výroby plošně gradientní optické polovodivé tenké vrstvy. Způsob obsahuje kroky:In a first embodiment, the present invention relates to a method of producing a surface-gradient optical semiconductor thin layer. The method includes the steps:
- vpouštění reaktivních plynů do vakuové komory,- injecting reactive gases into the vacuum chamber,
- při reaktivním rozprašování těchto vpuštěných reaktivních plynů dochází k míšení rozprášených částic ze dvou magnetronů v prostoru nad povrchem substrátu; přičemž- during the reactive sputtering of these injected reactive gases, the sputtered particles from the two magnetrons mix in the space above the surface of the substrate; whereas
- výškově nastavitelná rovinná vertikální clona se umístí do prostoru nad dielektrický substrát mezi magnetrony, a přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že- a height-adjustable planar vertical screen is placed in the space above the dielectric substrate between the magnetrons, and the essence of the invention consists in the fact that
- výškově nastavitelná rovinná vertikální clona mění pozici pohybem ve směru, který je kolmý na povrch substrátu.- the height-adjustable flat vertical screen changes its position by moving in a direction that is perpendicular to the surface of the substrate.
Způsob podle tohoto vynálezu umožňuje efektivně vytvářet plošně gradientní polovodivou vrstvu, která mění lineárně s prostorovou souřadnicí na povrchu optické, zejména barevné, a polovodivé vlastnosti. Tohoto definovaného plošného gradientu se dosahuje v depozičním systému se dvěma naprašovacími magnetrony umístěnými ve vakuové komoře a pohyblivě nastavitelnou rovinnou vertikální clonou umístěnou v prostoru nad substrátem mezi magnetrony. Mezi dolním okrajem clony a povrchem substrátu je nastavitelná mezera d, která určuje velikost plošného gradientu složení deponované vrstvy ve směru souřadnice, která je rovnoběžná s povrchem substrátu. Velikost tohoto gradientu a složení tenké vrstvy je ovlivněná velikostí mezery d mezi clonou a substrátem, resp. pohybem clony, který je kolmý na povrch substrátu. Způsob je možné provádět při tlaku nižším, než je 0,05 Pa.The method according to the present invention makes it possible to effectively create a surface-gradient semi-conductive layer, which changes optical, especially color, and semi-conductive properties linearly with the spatial coordinate on the surface. This defined surface gradient is achieved in a deposition system with two sputtering magnetrons located in a vacuum chamber and a movably adjustable planar vertical diaphragm located in the space above the substrate between the magnetrons. There is an adjustable gap d between the lower edge of the aperture and the surface of the substrate, which determines the size of the surface gradient of the composition of the deposited layer in the direction of the coordinate, which is parallel to the surface of the substrate. The size of this gradient and the composition of the thin layer is influenced by the size of the gap d between the aperture and the substrate, or by the movement of the aperture, which is perpendicular to the surface of the substrate. The method can be carried out at a pressure lower than 0.05 Pa.
Ve výhodném provedení vynálezu je tlak ve vakuové komoře nižší než IO-2 Pa. V tomto případě je střední volná dráha rozprášených částic velká a rozprášené částice mohou efektivně difundovat mezerou o velikosti d mezi clonou a substrátem a jejich efektivní difúzní délka je funkcí vzdálenosti d. Z důvodu dosažení vyššího účinku depozičního způsobu vytváření plošně gradientní struktury je výhodné použití co nejnižšího tlaku ve dvoumagnetronovém depozičním systému, kdy se rozprášené částice pohybují směrem k substrátu téměř beze srážky.In a preferred embodiment of the invention, the pressure in the vacuum chamber is lower than 10 -2 Pa. In this case, the mean free path of the sputtered particles is large, and the sputtered particles can effectively diffuse through a gap of size d between the screen and the substrate, and their effective diffusion length is a function of the distance d. In order to achieve a higher effect of the deposition method of creating a surface gradient structure, it is preferable to use the lowest possible pressure in a two-magnetron deposition system, when the sputtered particles move towards the substrate almost without collision.
V dalším výhodném provedení dochází k naprašování ve stacionárním magnetickém poli, přičemž se tvoří vysokofrekvenční plazma pracující ve vlnové rezonanci elektronové cyklotronové vlny.In another advantageous embodiment, sputtering takes place in a stationary magnetic field, whereby a high-frequency plasma operating in the wave resonance of an electron cyclotron wave is formed.
Využití dále přispívá k dosažení rozprášených částic pohybujících se směrem k substrátu téměř beze srážky.The use further contributes to the achievement of sprayed particles moving towards the substrate almost without collision.
Druhé provedení vynálezu se týká výsledného produktu, tj. tenké vrstvy, která je vyrobitelná výšeThe second embodiment of the invention relates to the final product, i.e. a thin layer that can be manufactured above
-2CZ 2020 - 696 A3 uvedeným způsobem podle vynálezu. Tenká vrstva deponovaná na substrátu vykazuje plošně gradientní vlastnosti. S výhodou se tato tenká vrstva implementuje jako optický polovodivý prvek vhodný jako součást bezpečnostního prvku určující pravost produktu.-2CZ 2020 - 696 A3 in the indicated manner according to the invention. The thin layer deposited on the substrate exhibits surface gradient properties. Advantageously, this thin layer is implemented as an optical semiconductor element suitable as part of a security element determining the authenticity of the product.
Optický polovodivý prvek obsahuje plošně gradientní optické tenké vrstvy, přičemž tenká vrstva optického polo vodivého prvku vykazuje:The optical semi-conductor element comprises surface-gradient optical thin layers, wherein the thin layer of the optical semi-conductor element exhibits:
- gradient chemického složení a optických vlastností ve směru alespoň jedné osy, která je rovnoběžná s povrchem tenké vrstvy; a- a gradient of chemical composition and optical properties in the direction of at least one axis that is parallel to the surface of the thin layer; and
- gradient měřeného impedančního spektra ve vysokofrekvenční oblasti od 104 Hz do 108 Hz.- the gradient of the measured impedance spectrum in the high-frequency range from 10 4 Hz to 10 8 Hz.
Při použití vhodné kombinace různých reaktivně odprašovaných materiálů podle způsobu výroby lze vytvořit tenkovrstvý optický polovodivý prvek, který vykazuje definovaný plošný gradient chemického složení a optických vlastností, jako jsou např. koeficient optické absorpce, tj. barvy, anebo indexu lomu. Jednotlivé reaktivně naprašované vrstvy z obou magnetronů mají různou šířku zakázaného pásu a jinou koncentraci donorů tvořených například vakancemi kyslíku v polovodiči a různou velikost pohyblivosti elektrických nosičů.By using a suitable combination of various reactively dedusted materials according to the production method, a thin-film optical semiconductor element can be created that exhibits a defined surface gradient of chemical composition and optical properties, such as the coefficient of optical absorption, i.e. color, or refractive index. The individual reactively sputtered layers from both magnetrons have a different width of the band gap and a different concentration of donors formed, for example, by oxygen vacancies in the semiconductor and a different size of the mobility of electrical carriers.
Dále pak vznikne z analogických důvodů gradient měřeného impedančního spektra ve vysokofrekvenční oblasti v intervalu vysokých frekvencí od 104Hz do 108Hz. Tyto snadno měřitelné informace, tj. plošné rozložení optické absorpce tenké vrstvy (barva) a jej i impedanční spektrum v daném místě na povrchu při zjednodušeném způsobu měření na ochranném prvku pomocí vysokofrekvenčního čtecího zařízení, mohou být využity pro optický bezpečnostní ochranný prvek.Furthermore, for analogous reasons, a gradient of the measured impedance spectrum will arise in the high-frequency region in the interval of high frequencies from 10 4 Hz to 10 8 Hz. This easily measurable information, i.e. the surface distribution of the optical absorption of the thin layer (color) and the impedance spectrum at a given point on the surface during a simplified measurement method on the protective element using a high-frequency reading device, can be used for an optical safety protective element.
Plošně gradientní vrstva je tenká vrstva, u které existuje gradient chemického složení tenké vrstvy a optických veličin, zejména optické absorpce anebo indexu lomu. Plošný gradient není podél tloušťkového profilu tenké vrstvy, ale tento gradient existuje ve směru alespoň jedné vhodně zvolené osy souřadnice pravoúhlého kartézského souřadného systému, která je rovnoběžná s povrchem tenké vrstvy.An area gradient layer is a thin layer in which there is a gradient of the chemical composition of the thin layer and optical quantities, especially optical absorption and/or refractive index. The areal gradient is not along the thickness profile of the thin layer, but this gradient exists in the direction of at least one suitably chosen coordinate axis of the rectangular Cartesian coordinate system which is parallel to the surface of the thin layer.
Optickou tenkou vrstvou se rozumí dielektrická či polovodivá vrstva alespoň částečně transparentní v optické oblasti, která má tloušťku od desítek nm, např. od 10 nm, 50 nm, 100 nm do několika jednotek mikrometrů, např. 1 pm, 2 pm, 5 pm nebo 9,9 pm.An optical thin layer is a dielectric or semiconductor layer at least partially transparent in the optical region, which has a thickness from tens of nm, e.g. from 10 nm, 50 nm, 100 nm to several units of micrometers, e.g. 1 pm, 2 pm, 5 pm or 9.9 p.m.
Ve výhodném provedení má optický polovodivý prvek vhodnou kombinaci naprašovaných materiálů. Tato kombinace materiálů je rozprašována ze dvou magnetronů. V jistých příkladech může být z prvního magnetronů reaktivně naprašován materiál Fe2O3 a z druhého magnetronů materiál WCh-x, kde x je 0 až 2. Lze použít všechny polovodivé materiály, které vykazují částečnou transmisi světla v optické oblasti, a jejich absorpční koeficient vykazuje měřitelnou změnu na relativním složení, které se mění podél gradientu. Jako rozprašované terče lze využít kovy jako Fe, W, Cu, Ti, Zn, Zr nebo slitiny kovů CuFe, CulnGa, InSn, atd. Jako reaktivní plyny pro naprašování lze využít O2 pro tvorbu polovodivých oxidů, H2S pro tvorbu polovodivých sulfidů případě směs O2+N2 pro tvorbu polovodivých oxinitridů.In a preferred embodiment, the optical semiconductor element has a suitable combination of sputtered materials. This combination of materials is sputtered from two magnetrons. In certain examples, Fe 2 O 3 material can be reactively sputtered from the first magnetron and WCh-x material can be sputtered from the second magnetron, where x is 0 to 2. Any semiconducting material that exhibits partial transmission of light in the optical region and exhibits a measurable absorption coefficient can be used a change in relative composition that varies along a gradient. As sputtered targets, metals such as Fe, W, Cu, Ti, Zn, Zr or metal alloys CuFe, CulnGa, InSn, etc. can be used. As reactive gases for sputtering, O 2 can be used for the formation of semiconducting oxides, H 2 S for the formation of semiconducting sulfides in this case, a mixture of O 2 +N 2 for the formation of semiconducting oxynitrides.
V dalším provedení se optická polovodivá vrstva dá použít jako bezpečnostní prvek, tj. je obsažena v bezpečnostním prvku. Plošně gradientní vrstva pracuje jako ochranný optický prvek, kdy informace o pravosti je zahrnuta v plošném gradientu optického absorpčního koeficientu vrstvy tedy v plošném gradientu její barvy a v plošném gradientu impedančního spektra této vrstvy.In another embodiment, the optical semiconductor layer can be used as a security element, i.e. it is included in the security element. The surface gradient layer works as a protective optical element, where information about the authenticity is included in the surface gradient of the optical absorption coefficient of the layer, i.e. in the surface gradient of its color and in the surface gradient of the impedance spectrum of this layer.
Třetí provedení vynálezu se týká plazmového depozičního systému vhodného pro výrobu optické polovodivé tenké vrstvy podle tohoto vynálezu. Plazmový depoziční systém podle tohoto provedení nemusí být exkluzivně používán pro výrobu optického polovodivého prvku, lze jej použít i pro jiné účely. Plazmový depoziční systém obsahuje:The third embodiment of the invention relates to a plasma deposition system suitable for the production of an optical semiconductor thin layer according to the present invention. The plasma deposition system according to this embodiment does not have to be exclusively used for the production of an optical semiconductor element, it can also be used for other purposes. The plasma deposition system includes:
-3 CZ 2020 - 696 A3-3 CZ 2020 - 696 A3
- dva naprašovací magnetrony pracující za extrémně nízkých tlaků a pohyblivě výškově nastavitelnou vertikální clonu, která umožňuje definované míšení rozprášených částic z obou magnetronů v prostoru nad povrchem substrátu, přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že systém obsahuje- two sputtering magnetrons working at extremely low pressures and a movable height-adjustable vertical screen, which enables a defined mixing of the sputtered particles from both magnetrons in the space above the surface of the substrate, while the essence of the invention is that the system contains
- pohyblivě nastavitelnou rovinnou vertikální clonu umístěnou nad substrátem, přičemž mezi substrátem a clonou je vzdálenost d. Výškově nastavitelná pohyblivá vertikální clona je kolmá na povrch substrátu.- a movable adjustable planar vertical screen placed above the substrate, with a distance d between the substrate and the screen. The height-adjustable movable vertical screen is perpendicular to the surface of the substrate.
V dalším výhodném provedení obsahuje systém vakuovou vývěvu, která je schopná dosáhnout tlaku v komoře, který je nižší než 10-2 Pa.In another preferred embodiment, the system includes a vacuum pump that is capable of reaching a pressure in the chamber that is lower than 10 -2 Pa.
V dalším výhodném provedení obsahuje systém radiofrekvenční elektrodu schopnou vytváření indukčně vázaného plazma, elektroda je umístěná nad substrátem a obklopuje clonu. S další výhodou je radiofrekvenční elektroda napojena k vysokofrekvenčnímu zdroji.In another preferred embodiment, the system contains a radio frequency electrode capable of creating an inductively coupled plasma, the electrode is placed above the substrate and surrounds the aperture. With another advantage, the radio frequency electrode is connected to a high frequency source.
V dalším výhodném provedení jsou oba magnetrony napojeny k vysokovýkonovému pulznímu magnetronovému rozprašovacímu (HiPIMS) zdroji napájení, který je s výhodou napájen dvěma DC zdroji.In another advantageous embodiment, both magnetrons are connected to a high-power pulsed magnetron sputtering (HiPIMS) power source, which is preferably powered by two DC sources.
V dalším výhodném provedení j sou oba magnetrony pulzní magnetrony generuj ící napěťové pulzy o délce pulzu v rozsahu 30 až 200 ps a napěťovou amplitudu do 1000 V a proudové pulzy o délce pulzu v rozsahu 30 až 200 ps a proudovou amplitudu do 140 A.In another advantageous embodiment, both magnetrons are pulse magnetrons generating voltage pulses with a pulse length in the range of 30 to 200 ps and a voltage amplitude of up to 1000 V and current pulses with a pulse length in the range of 30 to 200 ps and a current amplitude of up to 140 A.
Čtvrté provedení vynálezu se týká čtecího zařízení vhodného pro určení impedančních vlastností optického polovodivého prvku podle vynálezu. Čtecí zařízení obsahujeThe fourth embodiment of the invention relates to a reading device suitable for determining the impedance properties of an optical semiconductor element according to the invention. The reading device includes
- dielektrický substrát, na který je možné umístit výše zmíněný optický polovodivý prvek;- a dielectric substrate on which the above-mentioned optical semiconductor element can be placed;
- krycí vrstvu, např. plastovou fólii pokrývající optický polovodivý prvek;- a cover layer, e.g. a plastic film covering an optical semiconductor element;
- měřicí kontakty, které jsou přitlačeny na povrch krycí vrstvy a současně jsou propojeny k měřicímu zařízení měřícímu impedanční parametry polovodivého prvku (1), např. impedančnímu spektrografů, a pracujícímu v definovaném intervalu vysokých frekvencí.- measuring contacts that are pressed onto the surface of the cover layer and are simultaneously connected to a measuring device measuring the impedance parameters of the semiconductor element (1), e.g. impedance spectrographs, and operating in a defined interval of high frequencies.
Čtecí zařízení umožňuje stanovit impedanční spektrum polovodivé vrstvy i přes krycí dielektrickou plastovou fólii.The reading device makes it possible to determine the impedance spectrum of the semiconductor layer even through the covering dielectric plastic film.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Obr. 1 představuje schématické uspořádání dvoumagnetronového depozičního systému s pohyblivou rovinnou clonou pro depozici plošně gradientní polovodivé optické tenké vrstvy.Giant. 1 represents a schematic arrangement of a two-magnetron deposition system with a moving plane aperture for the deposition of an area-gradient semiconducting optical thin layer.
Obr. 2 představuje pohled na rovinu terčů dvoumagnetronového depozičního systému s pohyblivou rovinou clonou pro depozici plošně gradientní polovodivé optické tenké vrstvy.Giant. 2 is a view of the target plane of a two-magnetron deposition system with a moving plane aperture for surface gradient semiconductor optical thin layer deposition.
Obr. 3 představuje příklad uspořádání dvoumagnetronového depozičního systému s pohyblivou rovinou clonou pro depozici plošně gradientní polovodivé optické tenké vrstvy za extrémně nízkých tlaků s pomocí kombinace dvou vysokovýkonových pulzních magnetronových rozprašovacích (HiPIMS) zdrojů a radiofrekvenčně (RF) induktivně vázaného plazmatu pracujícího v režimu vlnové rezonance elektronové cyklotronovéGiant. 3 presents an example of a two-magnetron deposition system arrangement with a moving plane aperture for the deposition of an areally gradient semiconducting optical thin layer at extremely low pressures using a combination of two high-power pulsed magnetron sputtering (HiPIMS) sources and a radio frequency (RF) inductively coupled plasma operating in the electron cyclotron wave resonance mode
-4CZ 2020 - 696 A3 vlny.-4CZ 2020 - 696 A3 waves.
Obr. 4 představuje časový průběh pulzního napětí a proudu na katodě a magnetronu Ml v uspořádání podle obr. 3.Giant. 4 represents the time course of the pulse voltage and current on the cathode and magnetron Ml in the arrangement according to Fig. 3.
Obr. 5 představuje časový průběh pulzního napětí a proudu na katodě a magnetronu M2 v uspořádání podle obr. 3.Giant. 5 represents the time course of the pulse voltage and current on the cathode and magnetron M2 in the arrangement according to Fig. 3.
Obr. 6 představuje příklad čtecího zařízení ochranného optického polovodivého tenkovrstvého prvku s plošnou gradientní strukturou při měření impedančního spektra v definované pozici na povrchu přes krycí tenkou plastovou fólii.Giant. 6 represents an example of a reading device of a protective optical semiconductor thin-film element with a surface gradient structure when measuring the impedance spectrum at a defined position on the surface through a covering thin plastic film.
Obr. 7 představuje příklad měření reálné složky Rp impedančního spektra tenkých polovodivých vrstev WO3-X a Fe2O3 v uspořádání podle příkladu čtecího zařízení uvedeného na obr. 6 přes krycí plastovou fólii.Giant. 7 represents an example of measuring the real component R p of the impedance spectrum of thin semiconductor layers WO3-X and Fe2O3 in the arrangement according to the example of the reading device shown in Fig. 6 through a covering plastic film.
Obr. 8 představuje příklad fotografie plošně gradientní vrstvy a příklady různých transmisních optických spekter měřených na této vrstvě v označených bodech 1 až 4 na povrchu vrstvy. Gradient chemického složení vrstvy a jejích optických a dalších fýzikálních vlastností existuje podél osy x zvoleného pravoúhlého souřadného systému.Giant. 8 presents an example of a photograph of a surface gradient layer and examples of various transmission optical spectra measured on this layer at marked points 1 to 4 on the surface of the layer. A gradient of the layer's chemical composition and its optical and other physical properties exists along the x-axis of the chosen rectangular coordinate system.
Obr. 9 představuje a) příklad fotografie plošně gradientní vrstvy na skleněném substrátu, kde oblast označená G představuje oblast plošného gradientu b) příklady dvou vrstev s různou velikostí oblasti plošného gradientu připravené pro dvě různé vzdálenosti d clony nad substrátem.Giant. 9 presents a) an example of a photograph of a surface gradient layer on a glass substrate, where the area marked G represents the surface gradient region b) examples of two layers with different sizes of the surface gradient region prepared for two different aperture distances d above the substrate.
Příklady uskutečnění vynálezuExamples of implementation of the invention
Obr. 1 představuje základní schéma plazmového depozičního systému 5 podle tohoto vynálezu. Plazmový depoziční systém 5 obsahuje držák substrátu 14, na kterém je umístěný substrát 14 vhodný pro depozici optického polovodivého prvku 1 podle vynálezu. Plazmový depoziční systém 5 dále obsahuje alespoň dva magnetrony Ml a M2, které jsou umístěny nad substrátem 14, respektive nad místem pro depozici optické polovodivé tenké vrstvy 11 vhodné pro optický polovodivý prvek L Mezi magnetrony Ml a M2 je umístěna clona 3, která je schopná vertikálního pohybu od substrátu 14, respektive optického polovodivého prvku 1, směrem k hlavicím magnetronu Ml a M2. Clona 3 je umístěna ve vzdálenosti d od substrátu 14 tak, že se jí nikdy nedotýká. Pomocí vzdálenosti d je možné upravit plošný gradient impedančního spektra optického polovodivého prvku 1 podle požadavků. Výše uvedené konstrukční prvky jsou umístěny ve vakuové komoře 2, kterou je podtlaková vakuová komora 2. Vakuová komora 2 je schopná udržet tlak menší než 0,05 Pa, s výhodou je dále plazmový depoziční systém 5 opatřen vakuovým čerpadlem 6, které je schopné dosáhnout tlaku ve vakuové komoře 2, který je menší než 10-2 Pa. Nízký tlak a přítomnost pracovních plynů 24 je zajištěn pomocí přívodu, který přivádí pracovní plyny 24 do vakuové komory 2. Pracovními plyny 24 mohou být např. kyslík a argon. Magnetrony Ml a M2 rozprašují reaktivní plyny 21 a 22 směrem k substrátu 14.Giant. 1 is a basic diagram of a plasma deposition system 5 according to the present invention. The plasma deposition system 5 contains a substrate holder 14 on which a substrate 14 suitable for the deposition of the optical semiconductor element 1 according to the invention is placed. The plasma deposition system 5 further includes at least two magnetrons Ml and M2, which are located above the substrate 14, respectively above the place for the deposition of the optical semiconducting thin layer 11 suitable for the optical semiconductor element L. Between the magnetrons Ml and M2 is placed a diaphragm 3, which is capable of vertical movement from the substrate 14, respectively the optical semiconductor element 1, towards the magnetron heads Ml and M2. The aperture 3 is placed at a distance d from the substrate 14 so that it never touches it. Using the distance d, it is possible to adjust the area gradient of the impedance spectrum of the optical semiconductor element 1 according to the requirements. The above structural elements are placed in the vacuum chamber 2, which is a vacuum vacuum chamber 2. The vacuum chamber 2 is capable of maintaining a pressure of less than 0.05 Pa, preferably the plasma deposition system 5 is also equipped with a vacuum pump 6, which is capable of reaching a pressure in the vacuum chamber 2, which is less than 10 -2 Pa. Low pressure and the presence of working gases 24 is ensured by means of an inlet which brings the working gases 24 into the vacuum chamber 2. The working gases 24 can be, for example, oxygen and argon. Magnetrons M1 and M2 spray reactive gases 21 and 22 towards the substrate 14.
Obr. 2 představuje průřez vakuovou komorou 2. V průřezu jsou zobrazeny dvě hlavice magnetronů Ml a M2 a pohyblivá clona 3, která je umístěna mezi magnetronovými hlavicemi.Giant. 2 represents a cross-section of the vacuum chamber 2. The cross-section shows two magnetron heads M1 and M2 and a movable diaphragm 3, which is located between the magnetron heads.
Obr. 3 představuje výhodné provedení plazmového depozičního systému 5, které obsahuje výše uvedené konstrukční prvky, tedy znaky podle obrázku 1. Výhodné provedení na obr. 3 dále obsahuje elektrodu 7 schopnou vytvořit induktivně vázané plazma. Elektroda 7 generuje stacionární magnetické pole 4. Elektroda 7 schopná vytvářet induktivně vázané plazma obklopuje clonu 3 a je umístěna nad držákem substrátu 14, respektive nad substrátem 14 optického polovodivého prvku L Do oblasti mezi clonou 3 a elektrodou 7 vstupují reakční plyny 21 a 22.Giant. 3 represents a preferred embodiment of the plasma deposition system 5, which contains the above-mentioned structural elements, i.e. features according to Figure 1. The preferred embodiment in Fig. 3 also contains an electrode 7 capable of creating inductively coupled plasma. Electrode 7 generates a stationary magnetic field 4. Electrode 7 capable of creating inductively coupled plasma surrounds aperture 3 and is placed above substrate holder 14, respectively above substrate 14 of optical semiconductor element L. Reaction gases 21 and 22 enter the area between aperture 3 and electrode 7.
-5CZ 2020 - 696 A3 které rozprašuje magnetron Ml a M2. Elektroda 7 je dále napojená k radiofrekvenčnímu obvodu 71. který se sestává ze dvou cívek LI a L2 alespoň dvou kapacitorů Cl a C2 a z radiofrekvenčního zdroje. Vakuová komora 2 dále obsahuje elektricky izolační průchodku 51 určenou pro elektrické oddělení uchycení držáku substrátu ke stěnám uzemněné vakuové komory. Vakuovým čerpadlem, jak výše uvedeno, je s výhodou takové čerpadlo 6, které je schopné dosáhnout tlaku, který je menší než 10-2 Pa. Tlakje dále ovlivněn přívody 241 pracovních plynů 24. v tomto případě čtyř pracovních plynů F1 až F4, které přivádějí plyny: argon, kyslík, dusík a směs plynů dusíku a vodíku. Přívody jsou ve výhodném provedení opatřeny průtokoměry. Magnetrony Ml a M2 jsou s výhodou napojeny na vysoko výkonový pulzní magnetronový rozprašovací zdroj 8, který je dále napojen na dva DC zdroje 81. Vysokovýkonový pulzní magnetronový rozprašovací pulzní zdroj 8 je dále napojen na pulzní synchrotron 82 generující dva pulzy 821. které jsou přiváděny do kanálů CHI a CH2 vysokovýkonového pulzního magnetronového rozprašovacího zdroje 8. S další výhodou je vysokovýkonový pulzní magnetronový rozprašovací zdroj 8 dvoukanálový a je napojen na osciloskop 80, který monitoruje napěťové a proudové pulzy.-5CZ 2020 - 696 A3 which atomizes magnetron Ml and M2. Electrode 7 is further connected to the radio frequency circuit 71, which consists of two coils LI and L2, at least two capacitors Cl and C2, and a radio frequency source. The vacuum chamber 2 also contains an electrically insulating grommet 51 intended for electrical separation of the attachment of the substrate holder to the walls of the grounded vacuum chamber. The vacuum pump, as mentioned above, is preferably such a pump 6 that is capable of reaching a pressure that is less than 10 -2 Pa. The pressure is further influenced by the inputs 241 of working gases 24. in this case four working gases F1 to F4 which supply gases: argon, oxygen, nitrogen and a mixture of nitrogen and hydrogen gases. The inlets are preferably equipped with flow meters. Magnetrons M1 and M2 are preferably connected to a high-power pulsed magnetron sputtering source 8, which is further connected to two DC sources 81. The high-power pulsed magnetron sputtering pulse source 8 is further connected to a pulsed synchrotron 82 generating two pulses 821, which are fed to channels CHI and CH2 of the high-power pulsed magnetron sputtering source 8. As a further advantage, the high-power pulsed magnetron sputtering source 8 is dual-channel and is connected to an oscilloscope 80 that monitors voltage and current pulses.
Obr. 4 představuje časový průběh napětí a proudu generovaného vysokovýkonovým pulzním magnetronovým rozprašovacím zdrojem 8 na prvním magnetronu Ml. Délka napěťového pulzuje přibližně 10-4 s, maximální amplituda napětí 800 V. Délka proudového pulzu je rovněž 10-4 s, přičemž amplituda proudu je maximálně 80 A. Pulzy mohou následovat v řadě za sebou nebo se překrývat. Relativní délka pulzů ovlivňuje intenzitu odprašování jednotlivých terčů a hustotu plazmatu před substrátem, která ovlivňuje polovodivé vlastnosti deponovaných vrstev.Giant. 4 represents the time course of the voltage and current generated by the high-power pulsed magnetron sputtering source 8 on the first magnetron M1. The length of the voltage pulse is approximately 10 -4 s, the maximum voltage amplitude is 800 V. The length of the current pulse is also 10 -4 s, while the current amplitude is a maximum of 80 A. The pulses can follow in a row or overlap. The relative length of the pulses affects the dust removal intensity of the individual targets and the density of the plasma in front of the substrate, which affects the semiconducting properties of the deposited layers.
Obrázek číslo 5 představuje průběh napětí a proudu na magnetronu M2, přičemž délka napěťového pulzu byla přibližně 8xl0-5 s o amplitudě napětí 800 V. Délka proudového pulzu je rovněž 8xl0-5 s o amplitudě proudu na katodě maximálně do 140 A.Figure number 5 represents the course of voltage and current on magnetron M2, while the length of the voltage pulse was approximately 8x10 -5 with a voltage amplitude of 800 V. The length of the current pulse is also 8x10 -5 with a current amplitude on the cathode up to 140 A at most.
Obr. 6 schematicky představuje čtecí zařízení 9, které je možné použít k přečtení optického polovodivého prvku 1, který lze použít jako bezpečnostní prvek pro určení pravosti, resp. padělku produktu, na kterém je tento prvek 1 opatřen. Čtecí zařízení 9 obsahuje dielektrický substrát 14. na kterém je umístěna polovodivá optická vrstva 11 podle tohoto vynálezu a která je pro tyto účely charakterizována kapacitou 911 a odporem 912. Optická polovodivá vrstva 11 s gradientním impedančním spektrem je opatřena krycí vrstvou, např. plastovou fólií 92, která má svoji kapacitu 93. Na krycí vrstvě 92 jsou opatřeny alespoň dva měřicí kontakty 921, které jsou připojeny k zařízení měřícímu impedanční parametry polovodivé vrstvy, např. k impedančnímu spektrografú 94. Měřicí zařízení 94 má rovněž svojí parazitní kapacitu 941. Díky měřicímu zařízení 94 je možné určit charakteristiku optické polovodivé vrstvy 11 podle tohoto vynálezu, zejména gradient impedance ve vysokých frekvencích.Giant. 6 schematically represents a reading device 9, which can be used to read an optical semiconductor element 1, which can be used as a security element for determining authenticity, or counterfeit of the product on which this element 1 is provided. The reading device 9 contains a dielectric substrate 14 on which a semiconductor optical layer 11 according to the present invention is placed and which for these purposes is characterized by a capacitance 911 and a resistance 912. The optical semiconductor layer 11 with a gradient impedance spectrum is provided with a cover layer, e.g. a plastic film 92 , which has its own capacity 93. At least two measuring contacts 921 are provided on the cover layer 92, which are connected to a device measuring the impedance parameters of the semiconductor layer, e.g. to an impedance spectrograph 94. The measuring device 94 also has its own parasitic capacitance 941. Thanks to the measuring device 94, it is possible to determine the characteristics of the optical semiconductor layer 11 according to the present invention, especially the impedance gradient at high frequencies.
Obr. 7 představuje příklady impedančních spekter změřených na bezpečnostním prvku obsahujícím tenkou vrstvu 11 deponovanou způsobem podle tohoto vynálezu. Obr. 7 konkrétně zobrazuje závislosti impedance Rp optického polovodivého prvku 1 na aplikované frekvenci měřicího signálu. Záznam pochází z čtecího zařízení 9, přičemž bylo toto zařízení 9 použito na optický polovodivý prvek 1, který byl vytvořený podle tohoto vynálezu. Optický polovodivý prvek 1 vykazuje gradient impedance dvou vrstev, které jsou naneseny na substrátu 14.Giant. 7 presents examples of impedance spectra measured on a security element containing a thin layer 11 deposited by the method of the present invention. Giant. 7 specifically shows the dependencies of the impedance R p of the optical semiconductor element 1 on the applied frequency of the measuring signal. The record originates from the reading device 9, which device 9 was applied to the optical semiconductor element 1, which was formed according to the present invention. The optical semiconductor element 1 exhibits an impedance gradient of two layers that are deposited on the substrate 14.
Obr. 8 představuje příklad fotografie plošně gradientní vrstvy a příklady různých transmisních optických spekter měřených na této vrstvě v označených bodech 1 až 4 na povrchu vrstvy. Gradient chemického složení vrstvy a jejích optických a dalších fýzikálních vlastností existuje podél osy x zvoleného pravoúhlého souřadného systému.Giant. 8 presents an example of a photograph of a surface gradient layer and examples of various transmission optical spectra measured on this layer at marked points 1 to 4 on the surface of the layer. A gradient of the layer's chemical composition and its optical and other physical properties exists along the x-axis of the chosen rectangular coordinate system.
Obr. 9 představuje a) příklad fotografie plošně gradientní vrstvy na skleněném substrátu, kde oblast označená G představuje oblast plošného gradientu, b) příklady dvou vrstev s různou velikostí oblasti plošného gradientu připravené pro dvě různé vzdálenosti d clony 3 nad substrátem 1.Giant. 9 represents a) an example of a photo of a surface gradient layer on a glass substrate, where the area marked G represents the surface gradient region, b) examples of two layers with different sizes of the surface gradient region prepared for two different distances d of the aperture 3 above the substrate 1.
-6CZ 2020 - 696 A3-6CZ 2020 - 696 A3
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Postup výroby ochranného prvku lze využít v průmyslu při výrobě vícestupňových optických tenkovrstvých ochranných prvků na fólie a tenkovrstvé hologramy.The protective element production process can be used in industry in the production of multi-stage optical thin-film protective elements for foils and thin-film holograms.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020696A CZ2020696A3 (en) | 2020-12-18 | 2020-12-18 | Thin optical semiconducting film, producing it, equipment for producing this layer and reading devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020696A CZ2020696A3 (en) | 2020-12-18 | 2020-12-18 | Thin optical semiconducting film, producing it, equipment for producing this layer and reading devices |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ309261B6 CZ309261B6 (en) | 2022-06-29 |
| CZ2020696A3 true CZ2020696A3 (en) | 2022-06-29 |
Family
ID=82399632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2020696A CZ2020696A3 (en) | 2020-12-18 | 2020-12-18 | Thin optical semiconducting film, producing it, equipment for producing this layer and reading devices |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2020696A3 (en) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4851095A (en) * | 1988-02-08 | 1989-07-25 | Optical Coating Laboratory, Inc. | Magnetron sputtering apparatus and process |
| DE102004014323B4 (en) * | 2004-03-22 | 2009-04-02 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Method and device for producing gradient layers or layer sequences by physical sputtering |
| DE102015113542B4 (en) * | 2015-08-17 | 2018-08-16 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for forming a layer with high light transmission and / or low light reflection |
| CN205077131U (en) * | 2015-10-22 | 2016-03-09 | 宁波英飞迈材料科技有限公司 | High flux composite material chip precursor deposition equipment |
| CZ30018U1 (en) * | 2016-09-27 | 2016-11-15 | Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i. | Device to control deposition of thin layers in vacuum multijet plasma system |
| CN111519151A (en) * | 2020-04-30 | 2020-08-11 | 苏州艾钛科纳米科技有限公司 | Multi-element hard coating and electromagnetic enhanced magnetron sputtering preparation process thereof |
-
2020
- 2020-12-18 CZ CZ2020696A patent/CZ2020696A3/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ309261B6 (en) | 2022-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xu et al. | Wavelength tuning of surface plasmon resonance using dielectric layers on silver island films | |
| Xu et al. | Surface plasmon resonance of sputtered Ag films: substrate and mass thickness dependence | |
| RU2640505C2 (en) | Methods using remote arc discharge plasma | |
| Wood et al. | Studies of the mechanism of enhanced Raman scattering in ultrahigh vacuum | |
| KR101784080B1 (en) | Transparent conductive film and production method therefor | |
| Pachlhofer et al. | Structure evolution in reactively sputtered molybdenum oxide thin films | |
| EP2735018B1 (en) | Method and device for producing low-particle layers on substrates | |
| KR101982906B1 (en) | Production method for transparent conductive film | |
| KR20150102112A (en) | Transparent conductive film and production method therefor | |
| Surpi et al. | HiPIMS deposition of TiOx in an industrial-scale apparatus: Effects of target size and deposition geometry on hysteresis | |
| Stranak et al. | Influence of reactive oxygen species during deposition of iron oxide films by high power impulse magnetron sputtering | |
| KR100503609B1 (en) | Ionization film-forming method and apparatus | |
| CZ2020696A3 (en) | Thin optical semiconducting film, producing it, equipment for producing this layer and reading devices | |
| Harigai et al. | Ultra-high-rate deposition of diamond-like carbon films using Ar/C2H2 plasma jet CVD in combination with substrate-stage discharge | |
| CN1270349C (en) | Device and method for generating local plasma by micro-structure electrode discharges with microwaves | |
| CZ35759U1 (en) | Plasma deposition system for producing an optical semiconductor device | |
| Elesh et al. | Gamma radiation induced variation in structure formation and optical characteristics of evaporated tris [2-phenylpyridinato-C2, N] iridium (III) films prepared by electron beam evaporator in photovoltaic applications | |
| Murakawa et al. | Optical properties of cubic boron nitride films made by a reactive ion plating method | |
| Undalov et al. | Formation of ncl-Si in the Amorphous Matrix a-SiO x: H Located near the Anode and on the Cathode, Using a Time-Modulated DC Plasma with the (SiH4–Ar–O2) Gas Phase (= 21.5 mol%) | |
| Chodun et al. | Multi-sided metallization of textile fibres by using magnetron system with grounded cathode | |
| Nafarizal et al. | Synthesis characteristics of Cu particulates in high-pressure magnetron sputtering plasmas studied by in situ laser-light scattering | |
| Poperenko et al. | Observation of surface-plasmon resonance in metal–dielectric thin films covered by graphene | |
| Poluektov et al. | Investigation of carbon ionization in HiPIMS discharge with a hollow cathode magnetron | |
| Desideri et al. | Characterization of nanostructured copper films for electromagnetic shield | |
| Sasai et al. | Magnet-free uniform sputtering of dielectric film by RF and microwave power superposition |