FI115200B - Menetelmä ohutkalvon valmistamiseksi ja ohutkalvo - Google Patents

Description

115200

Menetelmä ohutkalvon valmistamiseksi ja ohutkalvo

Keksinnön kohteena on menetelmä ohutkalvon valmistamiseksi, jossa menetelmässä substraatti kastetaan liuokseen, joka kuivuessaan muo-5 dostaa substraatin pinnalle kerroksen. Keksinnön kohteena on myös ohutkalvo.

Edellä mainitut ohutkalvot ovat nykyään tunnettuja esimerkiksi di-elektristen peilien yhteydessä. Dielektrisiä peilejä käytetään erilaisissa ratkaisuissa heijastamaan valoa. Esimerkkeinä tällaisista ratkaisuista voidaan maini-10 ta mm. liuosten ominaisuuksien mittaus kuten liuoksen pH-arvon mittaus tai liuoksessa olevien erilaisten metalli-ionien konsentraation mittaus järjestelyillä, joissa edellä mainitut ominaisuudet mitataan valon heijastusta hyväksikäyttä-l mällä.

Edellä mainituissa yhteyksissä käytetyt ohutkalvot voidaan valmis-15 taa edullisesti liuoksesta, joka on syntetisoitu sol-gel-menetelmällä, jota kuvataan tarkemmin esimerkiksi kirjassa Sol-Gel Science, The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing, Academic Press, Inc. 1990.

Edellä mainitun menetelmän mukaisesti valmistetaan ohutkalvoja kastamalla substraatti, esimerkiksi lasilevy tai vastaava sol-gel-liuokseen, joka 20 kuivuessaan muodostaa kerroksen substraatin pinnalle. Kerroksen paksuus on mittausoptiikan kannalta olennaisen tärkeä tekijä. Kalvon paksuutta kontrol-loidaan viskositeetin ja kastamisnopeuden avulla. Kastamisnopeus vaikuttaa • · liuoksen rakenteesta riippuen siten, että hitaampi kastaminen tuottaa ohuem- » ( * : ·* man kerroksen, kun liuos on rakenteeltaan polymeerinen. Jos liuos on raken- ’. *: 25 teeltaan partikkelimainen, kerros ohenee kastamisnopeuden kasvaessa.

: ·* Edellä kuvatulla tavalla tapahtuvaa ohutkalvojen valmistusta ja nii- den käyttöä erilaisten ratkaisujen yhteydessä on kuvattu myös Fl-patentti-hakemuksessa 981424 (US-patenttijulkaisu 6 208 423).

:· Aiemmin tunnetun tekniikan ongelmana on ollut se, että käytännös- 30 sä on ollut hyvin työlästä löytää juuri oikeata kastamisnopeutta, jolla aikaansaadaan esimerkiksi juuri oikea kalvon paksuus johonkin tiettyyn mittaustapah- ♦ tumaan. Tässä yhteydessä on huomattava, että mittauksessa käytetyt kalvot : ovat usein monikerroksisia, joten erilaisten kombinaatioiden määrä kasvaa huomattavan suureksi. Kalvon oikea paksuus voidaan luonnollisesti löytää ko-: 35 keilemalla, mutta tällainen menettely on käytännössä lian työläs ja hidas.

2 1 1 5200

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä ohutkalvon valmistamiseksi ja ohutkalvo, joiden avulla aiemmin tunnetun tekniikan epäkohdat pystytään eliminoimaan. Tähän on päästy keksinnön mukaisen menetelmän ja ohutkelvon avulla, keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä, 5 että ennen ensimmäisen kastamisen jälkeen tapahtuvaa seuraavaa kastamista substraatin asentoa muutetaan niin, että seuraava kastaminen suoritetaan suunnassa, joka on kulmassa edellisen kastamisen suuntaan nähden ja että substraatin kastamisnopeutta liuokseen ja näinollen substraatin pinnalle syntyvän kerroksen paksuutta muutetaan substraatin sijainnin funktiona. Keksinnön 10 mukainen ohutkalvo on puolestaan tunnettu siitä, että kunkin kerroksen paksuus on sovitettu muuttumaan tietyssä suunnassa ja että kunkin kerroksen paksuuden muuttumissuunta on sovitettu olemaan kulmassa seuraavana olevan kerroksen paksuuden muuttumissuunnan kanssa.

Keksinnön etuna on ennen kaikkea se, että samaan kalvoon saa-15 daan suuri määrä paksuuksia pienellä kastamiskertojen määrällä. Tällöin kalvojen valmistuksessa tehtävien toimenpiteiden määrä vähenee olennaisesti aiemmin tunnettuun tekniikkaan verrattuna, jolloin myös kustannukset alenevat vastaavalla tavalla. Keksinnön etuna on edelleen sen yksinkertaisuus, jolloin keksinnön käyttöönotto ja käyttö muodostuvat edullisiksi.

20 Keksintöä ryhdytään selvittämään seuraavassa tarkemmin oheises- sa piirustuksessa kuvattujen edullisten sovellutusesimerkkien avulla, jolloin *;;; kuvio 1 esittää substraatin kastamisnopeutta paikan funktiona kek- ’ ;' sinnön mukaisessa menetelmässä, • ·* kuvio 2 esittää kerrospaksuuden vaihteluja keksinnön mukaisella ’ i 25 menetelmällä valmistetussa ohutkalvossa ja : kuvio 3 esittää substraatin kastamisnopeutta paikan funktiona kek- • sinnön mukaisen menetelmän toisessa sovellutusmuodossa.

Kuten edellä on esitetty ohutkalvoja valmistetaan kastamalla sub-·· straatti liuokseen, jolloin substraatin pinnalle muodostuu kerros. Koska kasta- . 30 mismenettely on tietokoneohjattu ja järjestelyssä on olemassa tarkka sijain- ninmäärittelylaitteisto on mahdollista vaihdella kastamisnopeutta matkan funk-tiona. Muuttamalla kastamisnopeutta esimerkiksi porrasmaisesti sijainnin funk-: tiona kuten kuviossa 1 on estetty, on mahdollista aikaansaada porrasmaisesti *: kasvava kalvon paksuusprofiili.

. : 35 Keksinnössä lähdetään mm. edellä mainitusta seikasta, ts. sub straatti kastetaan liuokseen käyttämällä muuttuvaa, esimerkiksi porrasmaisesti 115200 3 muttuvaa kastamisnopeutta, jolloin tuloksena on kalvo, jonka paksuus kasvaa kastamissuunnassa. Tämä suunta on merkitty kuvioon 2 nuolella N. Seuraa-vassa vaiheessa substraattia käännetään esimerkiksi olennaisesti 90 astetta ja tehdään seuraava kastaminen. Tämä kastaminen tehdään siis suunnassa M.

5 Kastamisnopeutta muutetaan porrasmaisesti myös tässä kastamisvaiheessa. Ennen seuraavaa kastamista substraattia käännetään taas olennaisesti 90 astetta ja sen jälkeen suoritetaan uusi kastaminen. Tämä kastaminen suoritetaan siis samassa suunnassa kuin ensimmäinen kastaminen, ts. suunnassa N. Tässäkin kastamisvaiheessa kastamisnopeutta muutetaan porrasmaisesti.

10 Edellä kuvattujen kastamisvaiheiden tuloksena saadaan ruudullinen ohutkalvo, jossa kerrosten paksuudet vaihtelevat porrasmaisesti ja jossa jokaisessa ruudussa on erilainen kerrosten paksuuskombinaatio kuviossa 2 esitetyllä tavalla. Kuviossa 2 on substraatti, esimerkiksi lasilevy, muovimateriaalia oleva levy tai vastaava, merkitty viitenumerolla 1, ensimmäinen kerros viitenu-15 merolla 2, toinen kerros viitenumerolla 3 ja kolmas kerros viitenumerolla 4.

Keksinnön ajatus on siinä, että samalle substraatille pystytään tekemään erialisia paksuuskombinaatioita, jolloin tarve valmistaa suuri määrä eri paksuisia kalvoja eliminoituu. Keksinnön mukaisesta kalvosta voidaan valita tiettyyn tilanteeseen sopiva oikea kalvopaksuus, jota käytetään esimerkiksi 20 myöhemmin todellisessa mittaustilanteessa. Paksuuden valinta voi tapahtua esimerkiksi visuaalisesti tai käyttämällä sopivia laskentaan perustuvia määri-tystapoja.

Edellä mainitulla tavalla valmistettu kalvoa voidaan käyttää esimerkiksi Fl-patenttihakemuksessa 981424 (US-patenttijulkaisu 6 208 423) kuvatun : 25 ratkaisun yhteydessä.

Keksintöä voidaan muunnella eri tavoin. Kuviossa 3 on esitetty toi-nen esimerkki siitä miten substraatin kastamisnopeutta voidaan vaihdella paikan funktiona eri kastamiskerroilla. Kuviossa 3 on kuvattu kahden kastamisen !· nopeusvaihtelu.

30 Tarkasteltaessa kuviota 1 voidaan edelleen nähdä, että lisäämällä portaiden lukumäärää päädytään lopulta tilanteeseen, jossa portaita on ääret-tömän suuri määrä, ts. kastamisnopeus muuttuu portaattomasti, jolloin myös * eri kerrosten paksuudet muuttuvat portaattomasti substraatin sijainnin funktio- na.

: 35 Edellä kuvattuja keksinnön sovellutusesimerkkejä ei ole tarkoitettu mitenkään rajoittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan muunnella patentti- 115200 4 vaatimusten puitteissa täysin vapaasti. Näin ollen on selvää, että keksinnön mukaisen ohutkalvon tai sen yksityiskohtien ei välttämättä tarvitse olla juuri sellaisia kuin kuvioissa on esitetty, vaan muunlaisetkin ratkaisut ovat mahdollisia. Keksintöä ei esimerkiksi ole mitenkään rajoitettu siihen, että kastamissuuntien 5 välinen kulma on olennaisesti 90 astetta, vaikka kuvion 2 esimerkissä kastamissuuntien välisenä kulmana onkin edellä mainittu 90 astetta. Kastamissuun-tie välinen kulma voi keksinnön olennaisen ajatuksen mukaan vaihdella, olennaista on, että kastamissuunnat ovat kulmassa toisiinsa nähden. Keksintöä ei myöskään ole mitenkään rajoitettu siihen, että ensimmäinen ja kolmas kasta-10 minen tapahtuvat samassa suunnassa, vaan jokainen kastaminen voi tapahtua myös eri suunnassa. Myös kastamisnopeuksien muutos voi keksinnön perusperiaatteen mukaisesti vaihdella hyvin monella tavalla soveltamalla esimerkiksi kuvion 3 mukaista periaatetta jne. Edelleen on huomattava, että keksinnön ajatuksen mukaan kalvojen määrä ei ole mitenkään rajoitettu kolmeen, vaikka ku-15 viossa 2 onkin esitetty tällainen sovellutus. Keksintöä voidaan soveltaa myös useampienkin kerrosten, esimerkiksi nelikerroksisen viisikerroksisen jne. ts. monikerrosrakenteiden yhteydessä.

• 1 ·

I 5 » I

* » > > » 1 * · * ' · »

Claims (8)

115200

1. Menetelmä ohutkalvon valmistamiseksi, jossa menetelmässä substraatti (1) kastetaan liuokseen, joka kuivuessaan muodostaa substraatin 5 pinnalle kerroksen, tunnettu siitä, että ennen ensimmäisen kastamisen jälkeen tapahtuvaa seuraavaa kastamista substraatin (1) asentoa muutetaan niin, että seuraava kastaminen suoritetaan suunnassa (M), joka on kulmassa edellisen kastamisen suuntaan (N) nähden ja että substraatin (1) kastamisno-peutta liuokseen ja näinollen substraatin (1) pinnalle syntyvän kerroksen (2, 3, 10 4) paksuutta muutetaan substraatin sijainnin funktiona.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että substraattia (1) käännetään peräkkäisten kastamisten välillä olennaisesti 90 astetta. 3. patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet t u 15 siitä, että kastamisnopeutta muutetaan porrasmaisesti substraatin (1) sijainnin funktiona.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kastamisnopeutta muutetaan portaattomasti substraatin (1) sijainnin funktiona.

5. Ohutkalvo, joka käsittää substraatin (1), jonka pinnalle on muodostettu liuokseen kastamalla ainakin kaksi kerrosta, tunnettu siitä, että kunkin kerroksen (2, 3, 4) paksuus on sovitettu muuttumaan tietyssä suunnassa (N, M) ja että kunkin kerroksen paksuuden muuttumissuunta (N) on : sovitettu olemaan kulmassa seuraavana olevan kerroksen paksuuden 25 muuttumissuunnan (M) kanssa.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen ohutkalvo, tunnettu siitä, että vierekkäisten kerrosten paksuuksien muuttumissuunnat (N, M) ovat olennaisesti 90 asteen kulmassa toisiinsa nähden.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen ohutkalvo, tunnettu # 30 siitä, että kunkin kerroksen (2, 3) paksuus on sovitettu muuttumaan « porrasmaisesti tietyssä suunnassa (N, M).

8. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen ohutkalvo, tunnettu " siitä, että kunkin kerroksen (2, 3) paksuus on sovitettu muuttumaan portaattomasti tietyssä suunnassa (N, M). ' I 115200