В Институте автоматики и электрометрии СО РАН в лаборатории дифракционной оптики осуществляется разработка и исследование термохимической технологии прямой лазерной записи на двухслойных металлосодержащих материалах. В частности, исследовалось использование металлических пленкок подгрупп хрома и титана. Полученные результаты расширяют возможности термохимической лазерной записи микроструктур и элементов дифракционной оптики. Работа выполнена в рамках проекта Российского научного фонда. О результатах исследования можно прочесть на страницах научных журналов Photonics и Optica Publishing Group.
«Идея напыления покровного слоя кремния на плёнку титана для задач прямой лазерной записи возникла из необходимости защиты от окисления в воздушной атмосфере. При этом в процессе исследования прямой термохимической лазерной записи на такой двухслойной плёнке Si/Ti (кремний/титан) было обнаружено, что в отличие от лазерной записи на плёнке чистого титана, для которой характерно оксидирование металлической плёнки, при лазерном воздействии на плёнку Si/Ti образуется титан-силицидная маска. Использование термохимической реакции образования силицидов существенно расширило скорость сканирования и диапазон мощности лазерного пучка для термохимической записи на плёнке Ti и улучшило пространственное разрешение. Это позволяет осуществлять лазерную запись на такой двухслойной плёнке с высокой скоростью с более высоким разрешением и большими возможностями по управлению шириной записываемой линии», − рассказывает научный сотрудник, к.т.н. Дмитрий Белоусов.
Термохимическая технология прямой лазерной записи на плёнках Cr (хрома) в настоящее время активно используется для изготовления элементов дифракционной оптики. Данная технология является многоэтапной. Одним из критических этапов, приводящих к браку изготавливаемых элементов, является этап проявления записанного рисунка. Процесс образования хромово-силицидной маски при термохимической лазерной записи на двухслойной плёнке Si/Сr (кремний/хром) благодаря её уникальной селективности к стандартному травителю хрома, позволил решить эту проблему, а также расширить диапазон мощности лазерного пучка для термохимической записи на плёнке хрома, что позволило более детально управлять шириной записываемой линии и улучшило пространственное разрешение. В результате исследования была разработана технология изготовления элементов дифракционной оптики с помощью термохимической лазерной записи на двухслойных плёнках Si/Cr.
При прямой лазерной записи на плёнках Zr (циркония), напылённых на подложку SiO2 (плавленый кварц), был обнаружен эффект аномально высокой разности фаз при отражении света между экспонированными лазерным пучком и исходными участками материала Zr/SiO2. Данный эффект был использован для формирования отражательных решёток с дифракционной эффективностью свыше 30% по полностью «сухой» технологии (без жидкостного селективного травления). Это позволяет отказаться от критического этапа жидкостного травления записанного рисунка и существенно упростить процесс изготовления элементов дифракционной оптики, работающих на отражение падающего излучения.
Учёные из ИАиЭ СО РАН также обнаружили, что при прямой лазерной записи на исследуемых двухслойных материалах Zr/SiO2, Si/Ti и Si/Cr имеет место значительное изменение отражения от экспонированных участков. Это позволяет реализовать оперативный контроль формируемого рисунка без его проявления, непосредственно на установке лазерной записи, и даёт возможность более точно подбирать параметры лазерного записывающего пучка для формирования рельефа элементов дифракционной оптики с требуемыми характеристиками.
