RU163672U1 - OPTICAL THERMOMETRIC DEVICE ON THE POLYMERIC BASIS - Google Patents

OPTICAL THERMOMETRIC DEVICE ON THE POLYMERIC BASIS Download PDF

Info

Publication number
RU163672U1
RU163672U1 RU2016107318/28U RU2016107318U RU163672U1 RU 163672 U1 RU163672 U1 RU 163672U1 RU 2016107318/28 U RU2016107318/28 U RU 2016107318/28U RU 2016107318 U RU2016107318 U RU 2016107318U RU 163672 U1 RU163672 U1 RU 163672U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diffraction
substrate
optical
ion
thermometric device
Prior art date
Application number
RU2016107318/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Львович Степанов
Владимир Иванович Нуждин
Валерий Фердинандович Валеев
Мансур Фаляхутдинович Галяутдинов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского Казанского научного центра Российской Академии наук (КФТИ КазНЦ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского Казанского научного центра Российской Академии наук (КФТИ КазНЦ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского Казанского научного центра Российской Академии наук (КФТИ КазНЦ РАН)
Priority to RU2016107318/28U priority Critical patent/RU163672U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU163672U1 publication Critical patent/RU163672U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

Оптическое термометрическое устройство, обеспечивающее измерение температуры по изменению дифракционной картины света, содержащее подложку с внедренной в ее поверхность дифракционной периодической микроструктурой, элементами которой являются области, подвергнутые ионному облучению и характеризуемые другой диэлектрической проницаемостью относительно материала подложки, отличающееся тем, что подложка выполнена из оптически прозрачного полимера, а дифракционная структура содержит ионносинтезированные металлические наночастицы, диспергированные в приповерхностной области подложки на толщине слоя от 10 до 600 нм при концентрации металла 2.0·10- 8.0·10атомов/см.An optical thermometric device that provides temperature measurement by changing the diffraction pattern of light, containing a substrate with a diffraction periodic microstructure embedded in its surface, the elements of which are regions subjected to ion irradiation and characterized by a different dielectric constant relative to the substrate material, characterized in that the substrate is made of optically transparent polymer, and the diffraction structure contains ion-synthesized metal nanoparticles, dispersed in the near-surface region of the substrate at a layer thickness of 10 to 600 nm at a metal concentration of 2.0 · 10-8.0 · 10 atoms / cm.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к оптическим термометрическим устройствам, в которых измерение температуры вещества осуществляется регистрацией бесконтактным методом изменения дифракции зондирующего светового пучка (обычно лазерного), взаимодействующего с анализируемым материалом [1], а именно, к оптическим термометрическим устройствам для видимого диапазона, выполненным на основе тонкопленочных периодических микроструктурированных слоев различных веществ.The proposed technical solution relates to optical thermometric devices in which the temperature of a substance is measured by recording by a non-contact method a change in the diffraction of a probe light beam (usually laser) interacting with the analyzed material [1], namely, to optical thermometric devices for the visible range, made on the basis of thin-film periodic microstructured layers of various substances.

Подобные устройства находят свое применение для температурного мониторинга и контроля в вакуумных технологических процессах микроэлектроники (осаждение тонких пленок, травление микроструктур, и т.п.), взаимодействия газоразрядной плазмы и пучков заряженных частиц, для измерения температуры в сложных условиях (высокие электрические потенциалы, электромагнитные помехи, фоновое неравновесное излучение, при работе в агрессивных средах и т.д.) [1].Such devices find their application for temperature monitoring and control in vacuum technological processes of microelectronics (deposition of thin films, etching of microstructures, etc.), the interaction of gas-discharge plasma and charged particle beams, for measuring temperature in difficult conditions (high electrical potentials, electromagnetic interference, background nonequilibrium radiation, when working in aggressive environments, etc.) [1].

Известно «Устройство для измерения температуры», авторское свидетельство СССР №932285, опубликованное 02.06.1982. Бюл. №20, выбранное в качестве аналога, где в термочувствительный элемент введена оптическая дифракционная решетка Брега, состоящая из параллельных полос, и расположенная под углом Брега к оси источника светового излучения. Чувствительный элемент выполнен из прозрачного материала, в качестве которого может быть использован, ниобат лития, танталат лития, арсенид галия, кварц, стекло и др. Дифракционная решетка Брега может быть сформирована, например, в процессе роста кристалла путем периодического изменения условий роста, влияющих на значение показателя преломления кристалла или путем записи периодического распределения интенсивности света в кристаллах, обладающих фотоструктурным эффектом. При изменении температуры материала, из которого изготовлена решетка Брега, меняются физические параметры термочувствительного элемента, приводящие к его расширению или сжатию. Это приводит к изменению периода дифракционной решетки термочувствительного элемента и, как следствие, к перераспределению в дифракционной картине проходящего через решетку Брега света.Known "Device for measuring temperature", USSR copyright certificate No. 932285, published 02.06.1982. Bull. No. 20, selected as an analogue, where the Brega optical diffraction grating, consisting of parallel strips, and located at a Bregu angle to the axis of the light source, is introduced into the heat-sensitive element. The sensitive element is made of a transparent material, which can be used as lithium niobate, lithium tantalate, galium arsenide, quartz, glass, etc. The Brega diffraction grating can be formed, for example, during crystal growth by periodically changing the growth conditions that affect the value of the refractive index of the crystal or by recording the periodic distribution of light intensity in crystals with a photostructural effect. When the temperature of the material of which the Brega grating is made changes, the physical parameters of the heat-sensitive element change, leading to its expansion or contraction. This leads to a change in the period of the diffraction grating of the thermally sensitive element and, as a consequence, to the redistribution of light passing through the Bragg grating in the diffraction pattern.

Недостатком по аналогу является то, что предусматривается формирование термометрического устройства только на полосовом типе дифракционных решеток, а, именно, состоящих из параллельных структур (решетки Брегга), не позволяя формировать термометрическое устройство на дифракционных периодических структурах с элементами ее составляющими различной формы (квадратные, треугольные и т.д), что, заведомо, сужает конструктивные варианты и разнообразие термометрических устройств.A disadvantage by analogy is that it provides for the formation of a thermometric device only on a strip type of diffraction gratings, namely, consisting of parallel structures (Bragg gratings), not allowing the formation of a thermometric device on diffractive periodic structures with its components of various shapes (square, triangular etc.), which, of course, narrows the design options and the variety of thermometric devices.

Известно [2] оптическое термометрическое устройство, обеспечивающее измерение температуры по изменению дифракции Фраунгофера на отражение от специальных кремниевых двумерных периодических структур [3]. Дифракционные решетки формируются в результате имплантации поверхности монокристаллического кремния ионами фосфора через маску - тонкую металлическую сетку. В результате на поверхности кремния образуются аморфные ячейки, ограниченные сеткой монокристаллического кремния. Энергия имплантации 40 кэВ, доза имплантации 3.12-1015 ион/см2 и тип иона были выбраны с тем расчетом, чтобы формировался аморфный слой, начиная от облучаемой поверхности кремния. При зондировании такой периодической дифракционной структуры лучом непрерывного He-Ne лазера (длина волны 632.8 нм) наблюдается дифракционная картина.It is known [2] an optical thermometric device that provides temperature measurement by changing the Fraunhofer diffraction by reflection from special silicon two-dimensional periodic structures [3]. Diffraction gratings are formed as a result of implantation of the surface of single-crystal silicon by phosphorus ions through a mask - a thin metal grid. As a result, amorphous cells bounded by a single-crystal silicon network are formed on the silicon surface. The implantation energy of 40 keV, the implantation dose of 3.12-10 15 ion / cm 2 and the type of ion were chosen so that an amorphous layer is formed, starting from the irradiated silicon surface. When such a periodic diffraction structure is probed by a beam of a cw He-Ne laser (wavelength 632.8 nm), a diffraction pattern is observed.

Функционирование термометрического устройства (измерение температуры материала) на основе периодических кремниевых микроструктур (решетки) осуществляется регистрацией при оптическом отражении изменения дифракционной картины Фраунгофера от решетки вследствие теплового расширения или сжатия полупроводниковой подложки. Для этого отслеживается угловое перераспределение дифракционных максимумов, возникающее при изменении геометрических размеров решетки в процессе ее нагрева или охлаждения. По величине угла отклонения дифракционного пучка определяется изменение периода решетки, что позволяет установить температуру образца по известным формулам [1].The functioning of the thermometric device (measuring the temperature of the material) based on periodic silicon microstructures (gratings) is carried out by detecting under optical reflection changes in the Fraunhofer diffraction pattern from the grating due to thermal expansion or contraction of the semiconductor substrate. For this, the angular redistribution of diffraction maxima that occurs when the geometric dimensions of the grating during its heating or cooling is monitored is monitored. The magnitude of the deflection angle of the diffraction beam determines the change in the lattice period, which allows you to set the temperature of the sample according to well-known formulas [1].

Данное оптическое термометрическое устройство, на основе периодически-структурированного ионной имплантацией кремния [2], является наиболее близким к заявляемому техническому решению и поэтому выбрано в качестве прототипа.This optical thermometric device, based on periodically-structured ion implantation of silicon [2], is the closest to the claimed technical solution and therefore is selected as a prototype.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- термометрическое устройство на основе дифракционной периодической микроструктуры, полученной на непрозрачной в видимой области кремниевой подложке методом ионной имплантации может быть использовано только на оптическое отражение;- a thermometric device based on a periodic diffraction microstructure obtained on an opaque silicon substrate in the visible region by ion implantation can only be used for optical reflection;

- чувствительность термометрического устройства на основе кремния не велика вследствие низкого значения его коэффициента теплового расширения (αSi=4·10-6 К-1).- the sensitivity of the thermometric device based on silicon is not large due to the low value of its coefficient of thermal expansion (α Si = 4 · 10 -6 K -1 ).

Решаемая техническая задача в заявляемом техническом решении заключается в обеспечении возможности получения оптического термометрического устройства, содержащего дифракционные периодические микроструктуры в приповерхностном объеме различных полимерных подложек (полиметилметакрилат - ПММА, полиимид, эпоксидные смолы и др.), для применения таких термометрических устройств, как для отраженного, так и для проходящего света. Такой подход также позволит повысить чувствительностью термометрического устройства, обеспечивающего измерение температуры в определенном диапазоне по изменению дифракции Фраунгофера от специальных двумерных периодических структур, за счет более высокого значения коэффициента теплового расширения полимерной подложки, содержащей решетку. Например, коэффициент теплового расширения ПММА составляет αПММА=5·10-5 К-1 [4], что на порядок превышает этот показатель для кремния (αSi=4·10-6 К-1).The technical problem to be solved in the claimed technical solution consists in providing the possibility of obtaining an optical thermometric device containing periodic diffraction microstructures in the surface volume of various polymer substrates (polymethyl methacrylate - PMMA, polyimide, epoxy resins, etc.), for the use of such thermometric devices as for reflected, so for transmitted light. Such an approach will also make it possible to increase the sensitivity of a thermometric device that provides temperature measurement in a certain range by changing the Fraunhofer diffraction from special two-dimensional periodic structures, due to a higher thermal expansion coefficient of the polymer substrate containing the lattice. For example, the thermal expansion coefficient of PMMA is α PMMA = 5 · 10 -5 K -1 [4], which is an order of magnitude higher than that for silicon (α Si = 4 · 10 -6 K -1 ).

Поставленная задача в предлагаемом техническом решении в оптическом термометрическом устройстве, обеспечивающем измерение температуры по изменению дифракционной картины света, заключающемся в формировании на поверхности исходной подложки элементов заданной периодической дифракционной микроструктуры путем ионной имплантации через поверхностную маску, достигается тем, что в качестве подложки используется оптически-прозрачный полимер, а сформированная дифракционная структура содержит ионносинтезированные металлические наночастицы, диспергированные в приповерхностной области подложки на толщине слоя от 10 до 600 нм при концентрации металла 2.0·1020-8.0·1022 атомов/см3.The problem in the proposed technical solution in an optical thermometric device that provides temperature measurement by changing the diffraction pattern of light, consisting in the formation on the surface of the initial substrate of the elements of a given periodic diffraction microstructure by ion implantation through a surface mask, is achieved by using an optically transparent substrate polymer, and the formed diffraction structure contains ion-synthesized metal nanoparticles eggs dispersed in the near-surface region of the substrate at a layer thickness of 10 to 600 nm at a metal concentration of 2.0 · 10 20 -8.0 · 10 22 atoms / cm 3 .

На фиг.1. показаны общая схема (чертеж) использования оптического термометрического устройства (изделия). Элементами схемы являются: источник света, например, лазер 1, оптическое термометрическое устройство 2, состоящее из оптически-прозрачной полимерной подложки 3 с внедренной в ее поверхность дифракционной периодической микроструктурой, элементами которой являются области, подвергнутые ионному облучению - имплантированные ячейки 4 разделенные необлученными перегородками 5, и контрольный экран 6 для наблюдения дифракционной картины. Угол отклонения φ дифракционного зондирующего луча лазера и перераспределение дифракционных максимумов на угловую величину Δφ на контрольном экране 6 определяется температурой Т полимерной подложки 3 оптического термометрического устройства 2 и возникающим изменением геометрических размеров дифракционной решетки в процессе ее нагрева или охлаждения.In figure 1. shows a general diagram (drawing) of the use of an optical thermometric device (product). Elements of the scheme are: a light source, for example, a laser 1, an optical thermometric device 2, consisting of an optically transparent polymer substrate 3 with a diffraction periodic microstructure embedded in its surface, the elements of which are regions subjected to ion irradiation - implanted cells 4 separated by non-irradiated partitions 5 , and a control screen 6 for observing the diffraction pattern. The deflection angle φ of the laser diffraction probe beam and the redistribution of diffraction maxima by the angular value Δφ on the control screen 6 is determined by the temperature T of the polymer substrate 3 of the optical thermometric device 2 and the resulting change in the geometric dimensions of the diffraction grating during its heating or cooling.

На фиг.2. показано рассчитанное распределение имплантированного серебра по глубине в ПММА, при энергии облучения 30 кэВ.In figure 2. shows the calculated depth distribution of implanted silver in PMMA at an irradiation energy of 30 keV.

На фиг.3. показаны спектры оптического пропускания необлученного (а) и (б) ПММА с ионно-синтезированными наночастицами серебра.In figure 3. The optical transmission spectra of unirradiated (a) and (b) PMMA with ion-synthesized silver nanoparticles are shown.

На фиг.4. показано ПЭМ-изображение, полученное на просвечивающем электронном микроскопе, поверхности ПММА с наночастицами серебра, синтезированными с помощью ионной имплантации.In figure 4. The TEM image obtained on a transmission electron microscope shows the surface of PMMA with silver nanoparticles synthesized by ion implantation.

На фиг.5. показано АСМ-изображение, полученное на атомно-силовом микроскопе, ПММА (фрагмента периодической дифракционной микроструктуры), имплантированного ионами серебра через поверхностную маску.5. shows an AFM image obtained using an atomic force microscope, PMMA (a fragment of a periodic diffraction microstructure) implanted with silver ions through a surface mask.

На фиг.6 показана блок-схема экспериментальной установки для наблюдения функционирования оптического термометрического устройства на полимерной основе с периодической дифракционной микроструктурой на просвет.Figure 6 shows a block diagram of an experimental setup for observing the operation of a polymer-based optical thermometric device with a periodic transmission diffraction microstructure.

На фиг.7. показаны дифракционные картины расположений максимумов 0-го, 1-го и 32-го порядков на контрольном экране, зафиксированные оптическим термометрическим устройством при нагреве ПММА. Дифракционные картины приведены сверху вниз с повышением температуры ПММА: 20, 45, 70 и 95°С. Снизу же приведен сантиметровый масштаб.7. the diffraction patterns of the locations of the maxima of the 0th, 1st, and 32nd orders are shown on the control screen, recorded by an optical thermometric device when heating PMMA. Diffraction patterns are shown from top to bottom with increasing temperature of PMMA: 20, 45, 70 and 95 ° C. Below is a centimeter scale.

На фиг.8. показан спектр оптического пропускания полиимида (а) и полиимида с ионно-синтезированными наночастицами меди (б).On Fig. The optical transmission spectrum of (a) polyimide and polyimide with ion-synthesized copper nanoparticles (b) is shown.

На фиг.9. показано изображение, полученное на оптическом микроскопе, имплантированного ионами меди через поверхностную маску полиимида (фрагмента периодической дифракционной микроструктуры). Размер ячейки 25 мкм.In Fig.9. The image shown on an optical microscope implanted with copper ions through a surface mask of a polyimide (a fragment of a periodic diffraction microstructure) is shown. The cell size is 25 microns.

На фиг.10. показано изображение картины дифракционного рассеяния, полученное на контрольном экране при отражении света от периодически микроструктурированного полиимида (образец) с ионно-синтезированными наночастицами меди, зондируемого лазером на длине волны 632.8 нм.10. The image of the diffraction scattering pattern shown on the control screen when light is reflected from periodically microstructured polyimide (sample) with ion-synthesized copper nanoparticles probed by a laser at a wavelength of 632.8 nm is shown.

Рассмотрим способ изготовления оптического термометрического устройства, обеспечивающего измерение температуры по изменению дифракционной картины света, на конкретных примерах. Условие изготовления оптического термометрического устройства включает формирование на поверхности исходной подложки элементов заданной периодической дифракционной микроструктуры путем ионной имплантации через поверхностную маску, при этом ионную имплантацию осуществляют ионами металла с энергией 2-1300 кэВ, дозой облучения, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке 2.0·1020-8.0·1022 атомов/см3, плотностью тока ионного пучка 1.2·1012-1.5·1013 ион/см2с в оптически-прозрачную полимерную подложку.Consider a method of manufacturing an optical thermometric device that provides temperature measurement by changing the diffraction pattern of light, using specific examples. The condition for the manufacture of an optical thermometric device includes the formation on the surface of the initial substrate of the elements of a given periodic diffraction microstructure by ion implantation through a surface mask, while ion implantation is carried out by metal ions with an energy of 2-1300 keV, an irradiation dose that provides a concentration of introduced metal atoms in the irradiated substrate of 2.0 10 20 -8.0 · 10 22 atoms / cm 3 , ion current density of 1.2 · 10 12 -1.5 · 10 13 ion / cm 2 s in an optically transparent polymer substrate.

На фиг.1 показаны общая схема (чертеж) использования оптического термометрического устройства (изделия). Элементами схемы являются источник света, например, лазер 1 и оптическое термометрическое устройство 2, обеспечивающее измерение температуры по изменению дифракционной картины света, содержащее подложку 3 с внедренной в ее поверхность дифракционнной периодической микроструктурой, элементами которой являются области, подвергнутые ионному облучению - имплантированные ячейки 4 и характеризуемые другой диэлектрической проницаемостью относительно материала подложки 3, где подложка 3 выполнена из оптически прозрачного полимера, а дифракционная структура содержит ионносинтезированные металлические наночастицы, диспергированные в приповерхностной области подложки на толщине слоя от 20 до 600 нм при концентрации металла 2.0·1020-8.0·1022 атомов/см3. Необлученные перегородки 5, находящиеся между имплантированными ячейками 4, имеют ту же диэлектрическую проницаемость, что и оптически прозрачная подложка 3 (для справки). Элементом схемы также является контрольный экран 6 для наблюдения дифракционной картины. Угол отклонения φ дифракционного зондирующего луча лазера и перераспределение дифракционных максимумов на угловую величину Δφ на контрольном экране 6 определяется температурой Т полимерной подложки 3 оптического термометрического устройства 2 и возникающим изменением геометрических размеров дифракционной решетки в процессе ее нагрева или охлаждения.Figure 1 shows a General diagram (drawing) of the use of an optical thermometric device (product). The elements of the circuit are a light source, for example, a laser 1 and an optical thermometric device 2, which provides temperature measurement by changing the diffraction pattern of light, containing a substrate 3 with a diffraction periodic microstructure embedded in its surface, the elements of which are regions subjected to ion irradiation - implanted cells 4 and characterized by a different dielectric constant relative to the material of the substrate 3, where the substrate 3 is made of an optically transparent polymer, and diffraction The ionic structure contains ion-synthesized metal nanoparticles dispersed in the near-surface region of the substrate at a layer thickness of 20 to 600 nm at a metal concentration of 2.0 · 10 20 -8.0 · 10 22 atoms / cm 3 . Non-irradiated partitions 5 located between the implanted cells 4 have the same dielectric constant as the optically transparent substrate 3 (for reference). An element of the circuit is also a control screen 6 for observing the diffraction pattern. The deflection angle φ of the laser diffraction probe beam and the redistribution of diffraction maxima by the angular value Δφ on the control screen 6 is determined by the temperature T of the polymer substrate 3 of the optical thermometric device 2 and the resulting change in the geometric dimensions of the diffraction grating during its heating or cooling.

Пример 1. Оптическое термометрическое устройство обеспечивающее измерение температуры по изменению дифракционной картины света, изготовлено способом включающим формирование на поверхности исходной подложки элементов заданной периодической дифракционной микроструктуры путем ионной имплантации на ускорителе ИЛУ-3 через поверхностную маску - металлическую сетку с размерами ячейки 25 мкм, при этом ионная имплантация выполнена ионами благородного металла - Ag+с энергией Е=30 кэВ, дозой облучения D=5.0·1016 ион/см2, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке (2.0·1022 атомов/см3), плотностью тока ионного пучка J=3·1013 ион/см2с в оптически-прозрачную полимерную подложку полиметилметакрилата (ПММА) при комнатной температуре.Example 1. An optical thermometric device that provides temperature measurement by changing the diffraction pattern of light is made by a method that includes forming on the surface of the initial substrate the elements of a given periodic diffraction microstructure by ion implantation on an ILU-3 accelerator through a surface mask — a metal mesh with a mesh size of 25 μm, while ion implantation is performed noble metal ions - Ag + with an energy E = 30 keV and the irradiation dose of D = 5.0 · October 16 ion / cm 2, provides concentration metal atoms introduced in the irradiated substrate (2.0 · October 22 atoms / cm 3), the ion beam current density J = 3 10 13 ions / cm 2 into an optically transparent resin substrate of polymethyl methacrylate (PMMA) at room temperature.

Моделирование концентрационных профилей распределения имплантированного серебра с энергией 30 кэВ в ПММА по глубине с помощью компьютерного алгоритма SRIM-2013 [5] (фиг. 2), показало, что в приповерхностном имплантированном слое полимера происходит накопление атомов серебра, приводящее к зарождению и росту металлических наночастиц. Общая толщина имплантированного слоя с наночастицами серебра, а, следовательно, и толщина активного слоя формируемой периодической дифракционной микроструктуры в ПММА, для данных условий имплантации, не превышает 100 нм.Modeling the concentration profiles of the distribution of implanted silver with an energy of 30 keV in PMMA in depth using the computer algorithm SRIM-2013 [5] (Fig. 2) showed that silver atoms accumulate in the surface of the implanted polymer layer, leading to the nucleation and growth of metal nanoparticles . The total thickness of the implanted layer with silver nanoparticles, and, consequently, the thickness of the active layer of the formed periodic diffraction microstructure in PMMA, for these implantation conditions, does not exceed 100 nm.

На фиг.3. приведены экспериментальные спектры линейного оптического пропускания для исходного ПММА, а также имплантированного ионами серебра (Ag:ПMMA), измеренные на спектрометре Avantes-2048. В отличие от исходной матрицы ПММА фиг.3(a), имплантированный образец Ag:ПMMA фиг.3(б) характеризируется наличием в видимой области спектра селективной полосы поглощения с максимумом ~ 500 нм. Данная полоса указывает на формирование в ПММА наночастиц серебра, и она обусловлена проявлением эффекта поверхностного плазмонного резонанса в металлических наночастицах [6].In figure 3. Experimental linear optical transmission spectra are shown for the initial PMMA and also implanted with silver ions (Ag: PMMA), measured on an Avantes-2048 spectrometer. In contrast to the initial PMMA matrix of FIG. 3 (a), the implanted Ag: PMMA sample of FIG. 3 (b) is characterized by the presence in the visible region of the spectrum of a selective absorption band with a maximum of ~ 500 nm. This band indicates the formation of silver nanoparticles in PMMA, and it is due to the manifestation of the surface plasmon resonance effect in metal nanoparticles [6].

Изображение, полученное на просвечивающем электронном микроскопе - TESLA BS-500, (ПЭМ-изображение) поверхности ПММА в области полимера, не прикрытого сетчатой маской, после имплантации ионами серебра приведено на фиг.4. В отличие от необлученного полимера, на микрофотографии видны наночастицы сферической формы. Из анализа микродифракции (фигура не приводится) следует, что сферические образования имеют гранецентрированную кубическую решетку с постоянной, соответствующей металлическому серебру. Изображение наблюдаемой микродифракции характеризуется набором тонких колец поликристаллического типа от наночастиц серебра, регистрируемых на фоне широких диффузных размытых колец низкой интенсивности, соответствующих аморфной полимерной матрице. Сравнение экспериментальных изображений микродифракции со стандартными международными табличными рентгеновскими-ASTM данными позволяет заключить, что образование каких-либо химических соединений с ионами серебра при ионной имплантации полимера не происходит.The image obtained on a transmission electron microscope - TESLA BS-500, (TEM image) of the surface of PMMA in the region of the polymer, not covered with a mesh mask, after implantation with silver ions is shown in Fig.4. Unlike unirradiated polymer, spherical nanoparticles are visible in the micrograph. From the analysis of microdiffraction (the figure is not shown) it follows that the spherical formations have a face-centered cubic lattice with a constant corresponding to metallic silver. The image of the observed microdiffraction is characterized by a set of thin polycrystalline rings from silver nanoparticles, recorded against the background of wide diffuse, diffuse, low-intensity rings corresponding to an amorphous polymer matrix. Comparison of experimental microdiffraction images with standard international tabular x-ray ASTM data allows us to conclude that the formation of any chemical compounds with silver ions does not occur during polymer ion implantation.

Периодическая микроструктурированная поверхность ПММА, имплантированного ионами серебра через маску, наблюдаемая на атомно-силовом микроскопе FastScan Brucker (ACM), приведена на фиг.5. На АСМ-изображении видно, что облученная поверхность образца представляет собой упорядоченную решетку с ячейками размером 25 мкм, ограненные стенками из неимплантированного полимера. При этом квадратная область ячеек представляет собой ионно-облученный ПММА, т.е. структуру полимера с наночастицами серебра, наблюдаемыми на фиг.4, характеризуемыми селективным плазмонным поглощением (фиг.3).The periodic microstructured surface of PMMA implanted with silver ions through a mask, observed with a FastScan Brucker atomic force microscope (ACM), is shown in FIG. 5. The AFM image shows that the irradiated surface of the sample is an ordered lattice with 25 μm cells, faceted by walls of an unimplanted polymer. In this case, the square region of the cells is ion-irradiated PMMA, i.e. the structure of the polymer with silver nanoparticles, observed in figure 4, characterized by selective plasmon absorption (figure 3).

Поскольку известно, что имплантация ионов металла в диэлектрик приводит к увеличению его показателя преломления вплоть до ~1.7-1.9 для видимой области спектра (особенно на частотах плазмонного резонанса металлических наночастиц) [7], то очевидно, что в результате имплантации ПММА через маску формируется микроструктура (решетка - элемент оптического термометрического устройства) с периодически-изменяемым распределением оптических констант материала, т.е. между ячейками решетки и ее стенками (nПММА=1.5 [8]).Since it is known that implantation of metal ions into a dielectric leads to an increase in its refractive index up to ~ 1.7–1.9 for the visible spectral region (especially at the plasmon resonance frequencies of metal nanoparticles) [7], it is obvious that a microstructure is formed as a result of PMMA implantation through a mask (the lattice is an element of an optical thermometric device) with a periodically variable distribution of the optical constants of the material, i.e. between the lattice cells and its walls (n PMMA = 1.5 [8]).

Функционирование оптического термометрического устройства (фиг.1), обеспечивается определением температуры образца по изменению дифракционной картины Фраунгофера от сформированной на нем периодической дифракционной микроструктуры (фиг.5). Вследствие увеличения или уменьшения периода (размера) решетки, вызванного ее тепловым расширением или сжатием при изменении температуры, происходит перераспределение максимумов в дифракционной картине на контрольном экране. По величине угла отклонения дифракционного зондирующего луча лазера (φ) и по перераспределению дифракционных максимумов на угловую величину Δφ на экране 3 (фиг.1) определяется текущая температура (T) образца.The operation of the optical thermometric device (Fig. 1) is ensured by determining the temperature of the sample by changing the Fraunhofer diffraction pattern from the periodic diffraction microstructure formed on it (Fig. 5). Due to the increase or decrease in the period (size) of the grating caused by its thermal expansion or contraction with a change in temperature, redistribution of the maxima in the diffraction pattern on the control screen occurs. The value of the current temperature (T) of the sample is determined by the magnitude of the deflection angle of the laser diffraction probe beam (φ) and the redistribution of diffraction maxima by the angular value Δφ on screen 3 (Fig. 1).

Зависимость изменения угла дифракции Δφ от изменения температуры ΔT выражается формулой [1, 2]:The dependence of the change in the diffraction angle Δφ on the temperature change ΔT is expressed by the formula [1, 2]:

Figure 00000002
Figure 00000002

где k - порядок дифракционного максимума, λ - длина волны, α - коэффициент теплового расширения и d - период решетки.where k is the order of the diffraction maximum, λ is the wavelength, α is the coefficient of thermal expansion, and d is the lattice period.

Как видно из формулы 1 коэффициент α пропорционален Δφ. Очевидно, что при всех прочих равных условиях (k, λ и d) оптическое термометрическое устройство, сформированное на основе материала с большим значением α, обладает более высокой чувствительностью. В рассматриваемом примере подложка ПММА, характеризуется коэффициентом αПММА=5·10-5 К-1 [4], который по сравнению с описываемым в прототипе [2] кремнием (αSi=4·10-6 К-1), оказывается больше чем на порядок. Данный факт также означает, что оптическое термометрическое устройство, изготовленное на основе ПММА, обеспечивает большую чувствительность (в области рабочих температур полимера), чем в случае с кремниевым образцом. Отметим, что в случае ПММА рабочая температур не может превышать 120°С, соответствующее температуре деструкции и разрушения данного полимера [9].As can be seen from formula 1, the coefficient α is proportional to Δφ. Obviously, ceteris paribus (k, λ, and d), an optical thermometric device formed on the basis of a material with a large value of α has a higher sensitivity. In this example, the PMMA substrate is characterized by the coefficient α PMMA = 5 · 10 -5 K -1 [4], which, in comparison with the silicon described in the prototype [2] (α Si = 4 · 10 -6 K -1 ), is greater than an order of magnitude. This fact also means that an optical thermometric device made on the basis of PMMA provides greater sensitivity (in the range of operating temperatures of the polymer) than in the case of a silicon sample. Note that in the case of PMMA, the operating temperature cannot exceed 120 ° С, which corresponds to the temperature of destruction and destruction of this polymer [9].

Проверка работоспособности оптического термометрического устройства на основе имплантированного ПММА, содержащего периодическую дифракционную микроструктуру, проводилась при зондировании полимера на просвет лучом He-Ne лазера на длине волны 632.8 нм. На фиг.6 приведена блок-схема экспериментальной установки для наблюдения функционирования оптического термометрического устройства на просвет по отклонению дифракционных максимумов на контрольном экране при изменении температуры ПММА в режиме стационарного нагрева и охлаждения.The operability test of an optical thermometric device based on implanted PMMA containing a periodic diffraction microstructure was carried out by probing the polymer into the light with a He-Ne laser beam at a wavelength of 632.8 nm. Figure 6 shows a block diagram of an experimental setup for observing the operation of an optical thermometric device in clearance by the deviation of diffraction maxima on the control screen when the PMMA temperature changes in the stationary heating and cooling mode.

Зондирующий луч He-Ne лазера направляется на поверхность ПММА, содержащего периодическую дифракционную микроструктуру (фиг.6). Положение дифракционных максимумов наблюдалось на контрольном экране. С целью повышения визуализации функционирования оптического термометрического устройства на контрольном экране оценивалось положение дифракционного максимума 32-порядка относительно центрального максимума 0-порядка. Для удобства наблюдения данных максимумов вблизи друг друга, дифракционный пучок 32-порядка зеркалом перенаправлялся на контрольный экран в область вблизи дифракционного максимума 0-го порядка. Картина смещения дифракционных максимумов на контрольном экране во время нагрева или охлаждения образца фиксировалась на цифровую камеру Casio Exilim Ех-F1. Нагрев образца закрепленного на медной подложке проводился спиралью, питаемой через ЛАТР до температуры 95°С. Температура образца также контролировалась термопарой.The probe beam of the He-Ne laser is directed to the surface of the PMMA containing a periodic diffraction microstructure (Fig.6). The position of the diffraction maxima was observed on the control screen. In order to increase the visualization of the functioning of the optical thermometric device on the control screen, the position of the 32-order diffraction maximum relative to the central 0-order maximum was estimated. For the convenience of observing these maxima near each other, a 32-order diffraction beam was redirected by a mirror to the control screen in the region near the 0th-order diffraction maximum. The pattern of the shift of the diffraction maxima on the control screen during heating or cooling of the sample was recorded on a Casio Exilim Ex-F1 digital camera. The sample mounted on a copper substrate was heated by a spiral fed through an LATR to a temperature of 95 ° C. The temperature of the sample was also controlled by a thermocouple.

Совмещенные дифракционные картины расположений максимумов 0-го, 1-го и 32-го порядков, зафиксированные оптическим термометрическим устройством при нагреве ПММА от 20 до 95°С приведены на фиг.7. Как следует из фиг.7, с повышением температуры ПММА отчетливо наблюдается смещение дифракционного максимума 32-го порядка в сторону максимума 1 го-порядка. Регистрируемое смещение пучка на 1 мм для данной оптической конфигурации эксперимента (фиг.6) обусловлено изменением температуры на ~ 25 градусов. Данные результаты демонстрируют функционирование оптического термометрического устройства на основе имплантированного ПММА с периодической дифракционной микроструктурой при его зондировании на просвет.The combined diffraction patterns of the locations of the maxima of the 0th, 1st, and 32nd orders, recorded by an optical thermometric device when heating PMMA from 20 to 95 ° C, are shown in Fig.7. As follows from Fig. 7, with an increase in the PMMA temperature, a shift of the 32nd-order diffraction maximum towards the 1st-order maximum is clearly observed. The recorded beam shift of 1 mm for a given optical configuration of the experiment (Fig.6) is due to a temperature change of ~ 25 degrees. These results demonstrate the operation of an optical thermometric device based on implanted PMMA with a periodic diffraction microstructure when it is probed to the light.

Пример 2. В качестве подложки для оптического термометрического устройства используется полимер - полиимид, характеризующийся высокой прозрачностью (около 90%) в широком спектральном диапазоне от 200 до 1000 нм.Example 2. As a substrate for an optical thermometric device, a polymer, a polyimide, is used, which is characterized by high transparency (about 90%) in a wide spectral range from 200 to 1000 nm.

Имплантация проводится однозарядными ионами Сu+ с энергией Е=40 кэВ, дозой D=5.0·1016 ион/см2 (концентрация - 2.0·1022 атомов/см3) и плотностью тока в ионном пучке J=3.5·1013 ион/см2с. Остальные технологические операции и режимы ионной имплантации, связанные с облучением через поверхностную маску, такие, как и в примере 1.The implantation is performed by singly charged Cu + ions with an energy of E = 40 keV, a dose of D = 5.0 · 10 16 ion / cm 2 (concentration - 2.0 · 10 22 atoms / cm 3 ) and a current density in the ion beam of J = 3.5 · 10 13 ion / cm 2 s. Other technological operations and modes of ion implantation associated with irradiation through a surface mask, such as in example 1.

Спектр оптического поглощения синтезированного образца, измеренный на спектрометре Avantes-2048, приведен на фиг.8. В результате ионной имплантации полимера в спектре композиционного материала появляется селективная полоса плазмонного поглощения с максимумом вблизи 630 нм, соответствующая ионно-синтезируемым наночастицам меди [6].The optical absorption spectrum of the synthesized sample, measured on an Avantes-2048 spectrometer, is shown in Fig. 8. As a result of ion implantation of a polymer, a selective plasmon absorption band with a maximum near 630 nm appears in the spectrum of the composite material, which corresponds to ion-synthesized copper nanoparticles [6].

Поверхностные микроструктуры на имплантированном ионами меди через маску полиимида, наблюдались на оптическом микроскопе Микромед ПОЛАР 1 (фиг.9). На приведенном изображении видно, что поверхность образца является упорядоченной решеткой с ячейками размером 25 мкм, которые сформированы при имплантации полиимида в заданном режиме. При этом квадратная ячейка представляет собой структуру полимера с наночастицами меди, спектр которых показан на фиг.8. Стенки между квадратными ячейками решетки состоят из необлученного полиимида.Surface microstructures implanted with copper ions through a polyimide mask were observed on a Micromed POLAR 1 optical microscope (Fig. 9). It can be seen in the above image that the surface of the sample is an ordered lattice with cells 25 microns in size, which are formed upon implantation of polyimide in a given mode. In this case, the square cell is a polymer structure with copper nanoparticles, the spectrum of which is shown in Fig. 8. The walls between the square lattice cells are composed of unirradiated polyimide.

В рассматриваемом примере подложка полиимида, характеризуется коэффициентом теплового расширения αполиимид=1.1·10-4 [10], который по сравнению с описываемым в прототипе [2] кремнием (αSi=4·10-6 К-1), оказывается больше чем на два порядка. Это означает, что оптическое термометрическое устройство, изготовленное на основе полиимида, обеспечивает большую чувствительность (в области рабочих температур полимера), чем в случае кремниевого образца.In the considered example, the polyimide substrate is characterized by the coefficient of thermal expansion α polyimide = 1.1 · 10 -4 [10], which, in comparison with the silicon described in the prototype [2] (α Si = 4 · 10 -6 K -1 ), is greater than two orders of magnitude. This means that an optical thermometric device made on the basis of polyimide provides greater sensitivity (in the range of operating temperatures of the polymer) than in the case of a silicon sample.

Таким образом, сформированная имплантацией микроструктура с периодически изменяемым показателем преломления (диэлектрической проницаемостью) представляет собой периодическую дифракционную микроструктуру, которая может быть использована в качестве оптического полимерного термометрического устройства. На фиг.10 приведено дифракционное изображение, регистрируемое на отражение при зондировании сформированной решетки лазером на длине волны 632.8 нм.Thus, the microstructure formed by implantation with a periodically variable refractive index (permittivity) is a periodic diffraction microstructure that can be used as an optical polymer thermometric device. Figure 10 shows the diffraction image recorded for reflection when probing the formed grating with a laser at a wavelength of 632.8 nm.

Выбор режимов ионной имплантации, E=2-1300 кэВ, D - обеспечивающая концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке 2.0·1020-8.0·1022 атомов/см3, J=1.2·1012-1.5·1013 ион/см2с, обуславливается тем, что за границами этих режимов не достигается необходимый технический результат, и качество изготовленных периодических дифракционных микроструктур не будет соответствовать необходимым требованиям.The choice of ion implantation modes, E = 2-1300 keV, D - providing a concentration of introduced metal atoms in the irradiated substrate 2.0 · 10 20 -8.0 · 10 22 atoms / cm 3 , J = 1.2 · 10 12 -1.5 · 10 13 ion / cm 2 s, is caused by the fact that beyond the boundaries of these modes the necessary technical result is not achieved, and the quality of the fabricated periodic diffraction microstructures will not meet the necessary requirements.

Доза облучения определяется необходимым количеством атомов металлического вещества, чтобы, во-первых, обеспечить высокий контраст в коэффициентах отражения формируемых элементов дифракционной решетки, т.е. должны быть синтезированы достаточно крупные металлические наночастицы, проявляющие плазмонное отражение и поглощение. Это условие, согласно нашим исследованиям зависимости появления сигнала плазмонного поглощения у металлических наночастиц от дозы имплантации, выполняется при концентрациях атомов металла в облучаемом полимере порядка 2.0-1020 атомов/см3. Во-вторых, количество внедренной примеси не должно превышать той дозы, при которой начнется слипание растущих металлических наночастиц, приводящее к образованию сплошной металлической пленки, и по нашим оценкам составляет не более 8.0·1022 атомов/см3.The radiation dose is determined by the required number of atoms of the metal substance in order, firstly, to provide high contrast in the reflection coefficients of the formed elements of the diffraction grating, i.e. sufficiently large metal nanoparticles exhibiting plasmon reflection and absorption should be synthesized. This condition, according to our studies of the dependence of the appearance of the plasmon absorption signal in metal nanoparticles on the implantation dose, is fulfilled at metal atom concentrations in the irradiated polymer of the order of 2.0-10 20 atoms / cm 3 . Secondly, the amount of embedded impurity should not exceed the dose at which the adhesion of growing metal nanoparticles begins, leading to the formation of a continuous metal film, and according to our estimates, is no more than 8.0 · 10 22 atoms / cm 3 .

Плотность тока в ионном пучке J определяет, с одной стороны, время набора дозы имплантации, а с другой стороны степень нагрева облучаемого материала. Экспериментально установлено, что при J=1.5·1013 ион/см2с температура облучаемой поверхности образца увеличивается и приводит к ее разрушению (изменению). Облучение с малой плотностью ионного тока нецелесообразно увеличивает время имплантации. Поэтому, минимальная плотность ионного тока ограничена величиной J=1.2·1012 ион/см2с.The current density in the ion beam J determines, on the one hand, the time it takes for the implantation dose to be set, and on the other hand, the degree of heating of the irradiated material. It was experimentally established that at J = 1.5 · 10 13 ion / cm 2 s the temperature of the irradiated surface of the sample increases and leads to its destruction (change). Irradiation with a low ion current density does not expediently increase the implantation time. Therefore, the minimum ion current density is limited to J = 1.2 · 10 12 ion / cm 2 s.

Энергия иона Е обуславливает величину его среднего проекционного пробега, которое определяет глубину залегания имплантированного иона, а, следовательно, толщину модифицированного слоя и дифракционной решетки. Сверху энергия ускорения иона ограничена величиной E=1300 кэВ, поскольку при увеличении данной энергии имплантации и разумной длительности облучения не достигается требуемая концентрация примеси атомов металла, необходимая для зарождения на большой глубине металлических наночастиц. Ограничение снизу величиной Е=2 кэВ, согласно нашим экспериментам, связано с тем, что при дальнейшем уменьшении Е не удается получить столь крупные элементы структуры решетки, на которых бы наблюдалась дифракция света. При выборе Е=2-1300 нм дифракционная периодическая микроструктура содержит ионно-синтезированные металлические наночастицы, диспергированные в приповерхностной области полимерной подложки на толщине слоя от 10 до 600 нм.The energy of the ion E determines the value of its average projection range, which determines the depth of the implanted ion, and, consequently, the thickness of the modified layer and diffraction grating. From above, the ion acceleration energy is limited to E = 1300 keV, since with an increase in this implantation energy and a reasonable duration of irradiation, the required concentration of metal atom impurity is not reached, which is necessary for nucleation of metal nanoparticles at a great depth. The limitation from below to E = 2 keV, according to our experiments, is due to the fact that with a further decrease in E, it is not possible to obtain such large elements of the lattice structure on which light diffraction is observed. When E = 2-1300 nm, the diffraction periodic microstructure contains ion-synthesized metal nanoparticles dispersed in the surface region of the polymer substrate at a layer thickness of 10 to 600 nm.

Техническим результатом является возможность получения оптического термометрического устройства с повышенной чувствительностью, за счет более высокого значения коэффициента теплового расширения полимерной подложки. Дополнительно оптическая прозрачность изделия дает возможность его применения, как для отраженного, так и для проходящего света.The technical result is the possibility of obtaining an optical thermometric device with increased sensitivity due to a higher coefficient of thermal expansion of the polymer substrate. Additionally, the optical transparency of the product makes it possible to use it, both for reflected and transmitted light.

Список цитируемой литературыList of references

1. Магунов А.Н. Лазерная термометрия твердых тел. М.: Физматлит, 2001. 224 с.1. Magunov A.N. Laser thermometry of solids. M .: Fizmatlit, 2001.224 s.

2. Фаррахов Б.Ф., Галяутдинов М.Ф., Фаттахов Я.В., Захаров М.В. Исследование нагрева и рекристаллизации в имплантированном кремнии при импульсном световом облучении. Учен. записки. Казан, гос. ун-та. сер. физ.-мат.науки. 2010 Т. 152. Книга 3. С.164-170.2. Farrakhov B.F., Galyautdinov M.F., Fattakhov Y. V., Zakharov M.V. Investigation of heating and recrystallization in implanted silicon under pulsed light irradiation. Scientist notes. Kazan, state un-that. ser. physical and mathematical sciences. 2010 T. 152. Book 3. S.164-170.

3. Фаттахов Я.В., Галяутдинов М.Ф., Львова Т.Н., Хайбуллин И.Б. Формирование периодических дифракционных структур на поверхности полупроводников для исследования динамики фотоиндуцированных фазовых переходов. Оптика и спектр. 2000. Т. 89. №1. С.150-156.3. Fattakhov Y. V., Galyautdinov M. F., Lvova T. N., Khaibullin I. B. The formation of periodic diffraction structures on the surface of semiconductors to study the dynamics of photoinduced phase transitions. Optics and spectrum. 2000.V. 89. No. 1. S.150-156.

4. Аракчеева Е.М., Танклевская Е.М., Нестеров С.И., Максимов М.В., Гуревич С.А., Seekamp J., Sotomayor Torres С.М. Получение фотонных кристаллов в структурах на основе полупроводников и полимеров с использованием метода наноимпринта. ЖТФ. 2005. Т. 75. №8. С. 80-84.4. Arakcheeva E.M., Tanklevskaya E.M., Nesterov S.I., Maksimov M.V., Gurevich S.A., Seekamp J., Sotomayor Torres S.M. Obtaining photonic crystals in structures based on semiconductors and polymers using the nanoimprint method. ZHTF. 2005.V. 75. No. 8. S. 80-84.

5. Ziegel J.F., Biersak J.P., Littmark U. The stopping and range of ions in solids. N.Y.: Pergamon, 1996.5. Ziegel J.F., Biersak J.P., Littmark U. The stopping and range of ions in solids. N.Y .: Pergamon, 1996.

6. Kreibig U., Vollmer M. Optical properties of metal clusters. Berlin: Springer. 1995.6. Kreibig U., Vollmer M. Optical properties of metal clusters. Berlin: Springer. 1995.

7. Faik A., Allen L., Eicher C, Gagola A., Townsend P.D. Dispersion and luminescence measurements of optical waveguides. J. Appl. Phys. 1983. V. 54. P. 2597-2601.7. Faik A., Allen L., Eicher C, Gagola A., Townsend P.D. Dispersion and luminescence measurements of optical waveguides. J. Appl. Phys. 1983. V. 54. P. 2597-2601.

8. Ананьев C.C., Берналь И.Д., Демидов Б.А., Калинин Ю.Г., Петров В.А., Экспериментальные измерения показателя преломления полиметилметакрилата за фронтом ударной волны, возбуждаемой сильноточным электронным пучком, ЖТФ 2010, Т. 80, вып. 5, С. 111-116.8. Ananyev CC, Bernal ID, Demidov BA, Kalinin Yu.G., Petrov VA, Experimental measurements of the refractive index of polymethyl methacrylate behind the front of a shock wave excited by a high-current electron beam, ZhTF 2010, T. 80 , issue 5, pp. 111-116.

9. Салимгареева В.Н., Колесов С.В. Термическая деструкция и стабилизация полиметилметакрилата, Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2007, Т. 50, №7, С. 3-11.9. Salimgareeva V.N., Kolesov S.V. Thermal degradation and stabilization of polymethyl methacrylate, Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Chemistry and chemical technology. 2007, T. 50, No. 7, S. 3-11.

10. Крыжановский В.К., Бурлов В.В., Паниматченко А.Д., Крыжановская Ю.В. Технические свойства полимерных материалов. Ст. Петербург: Профессия, 2005, 248 с.10. Kryzhanovsky V.K., Burlov V.V., Panimatchenko A.D., Kryzhanovskaya Yu.V. Technical properties of polymeric materials. Art. Petersburg: Profession, 2005, 248 p.

Claims (1)

Оптическое термометрическое устройство, обеспечивающее измерение температуры по изменению дифракционной картины света, содержащее подложку с внедренной в ее поверхность дифракционной периодической микроструктурой, элементами которой являются области, подвергнутые ионному облучению и характеризуемые другой диэлектрической проницаемостью относительно материала подложки, отличающееся тем, что подложка выполнена из оптически прозрачного полимера, а дифракционная структура содержит ионносинтезированные металлические наночастицы, диспергированные в приповерхностной области подложки на толщине слоя от 10 до 600 нм при концентрации металла 2.0·1020 - 8.0·1022 атомов/см3.
Figure 00000001
An optical thermometric device that provides temperature measurement by changing the diffraction pattern of light, containing a substrate with a diffraction periodic microstructure embedded in its surface, the elements of which are regions subjected to ion irradiation and characterized by a different dielectric constant relative to the substrate material, characterized in that the substrate is made of optically transparent polymer, and the diffraction structure contains ion-synthesized metal nanoparticles, dispersed in the near-surface region of the substrate at a layer thickness of 10 to 600 nm at a metal concentration of 2.0 · 10 20 - 8.0 · 10 22 atoms / cm 3 .
Figure 00000001
RU2016107318/28U 2016-02-29 2016-02-29 OPTICAL THERMOMETRIC DEVICE ON THE POLYMERIC BASIS RU163672U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016107318/28U RU163672U1 (en) 2016-02-29 2016-02-29 OPTICAL THERMOMETRIC DEVICE ON THE POLYMERIC BASIS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016107318/28U RU163672U1 (en) 2016-02-29 2016-02-29 OPTICAL THERMOMETRIC DEVICE ON THE POLYMERIC BASIS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU163672U1 true RU163672U1 (en) 2016-07-27

Family

ID=56557412

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016107318/28U RU163672U1 (en) 2016-02-29 2016-02-29 OPTICAL THERMOMETRIC DEVICE ON THE POLYMERIC BASIS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU163672U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU184754U1 (en) * 2017-08-07 2018-11-07 Евгений Витальевич Алтухов Digital panchromatic and multispectral imaging device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU184754U1 (en) * 2017-08-07 2018-11-07 Евгений Витальевич Алтухов Digital panchromatic and multispectral imaging device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Robinson et al. Coherent X-ray diffraction imaging of strain at the nanoscale
Emam-Ismail et al. Structural and optical investigation of nanocrystalline Zn1− xNixS diluted magnetic semiconductor thin films
Pradhan et al. Band gap tuning in As40Se53Sb07 thin films by 532 nm laser irradiation: An optical investigation by spectroscopic techniques
Lander et al. Low‐Energy Electron‐Diffraction Study of the Surface Reactions of Germanium with Oxygen and with Iodine. II
Behera et al. Thermal annealing induced evolution of Bi3Se2 topological phase from Bi/As2Se3 thin film: Structural, optical and morphological study
Cesca et al. Dichroic nonlinear absorption response of silver nanoprism arrays
Huang et al. Phononic and photonic properties of shape-engineered silicon nanoscale pillar arrays
Huang et al. Active tuning of the Fano resonance from a Si nanosphere dimer by the substrate effect
RU163672U1 (en) OPTICAL THERMOMETRIC DEVICE ON THE POLYMERIC BASIS
Fillot et al. Crystallization of Ge2Sb2Te5 and nitrogren-doped Ge2Sb2Te5 phase-change-materials thin films studied by in situ combined X-ray scattering techniques
Nuzhdin et al. Temperature sensor based on a polymer diffraction grating with silver nanoparticles
RU2630032C1 (en) Optical thermometric device on polymer basis
Hart et al. An accurate absolute scattering factor for silicon
Bazarov et al. Spectral Ellipsometry and Electron Backscatter Diffraction Analyses of Silicon Surfaces Implanted with Silver Ions
Parto et al. Structure and dielectric behavior of TlSbS 2
Chen et al. Infrared radiative properties of submicron metallic slit arrays
Zaitsev et al. Experimental investigation of optically controlled topological transition in bismuth-mica structure
Ryskulov et al. Study of irradiation temperature effect on change of structural, optical, and strength properties of BeO ceramics when irradiated with Ar 8+ and Xe 22 heavy ions
RU2687889C1 (en) Method for manufacturing phase periodic microstructures based on chalcogenide glassy semiconductors
Naik Influence of laser irradiation on the optical properties of As40Se45Sb15 thin films by thermal evaporation technique
RU2659702C2 (en) Method of manufacturing diamond diffraction lattice
Farrakhov et al. An Optical Diffraction Method for Controlling the Solid-Phase Recrystallization and Heating of Implanted Semiconductors during Pulse Light Annealing
RU2661520C2 (en) Diamond diffraction grating
Meshalkin et al. Transmission spectra modeling for nanomultilayer chalcogenide thin films
RU2561197C1 (en) Polymer based diffraction grating

Legal Events

Date Code Title Description
MG1K Anticipatory lapse of a utility model patent in case of granting an identical utility model

Ref document number: RU

Effective date: 20170905