Способ формирования нанорельефа на поверхности пленок

 

Использование: в технологии микроэлектроники. Сущность изобретения: способ формирования нанорельефа на поверхности пленок заключается в том, что наносят на пленку слой кремния толщиной от полутора до трех глубин формирования наноструктуры в слое кремния; распыляют поверхность кремния потоком ионов молекул азота в вакууме с выбором энергии ионов азота, угла потока ионов азота по отношению к поверхности кремния, глубины формирования наноструктуры и высоты наноструктуры на основании значения длины волны наноструктуры в диапазоне от 30 до 180 нм до формирования наноструктуры, отстоящей от пленки на расстояние в одну треть длины волны по впадинам волн наноструктуры и с ориентацией гребней волн перпендикулярно направлению проекции потока ионов на поверхность кремния; переносят рельеф наноструктуры на поверхность пленки, удаляя материалы наноструктуры и пленки ионно-лучевым или плазменным травлением. Техническим результатом изобретения является улучшение способа формирования нанорельефа на поверхности пленок. 8 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к нелитографическим способам формирования волнообразного нанорельефа на поверхности пленок. Прозрачные для оптического излучения пленки с таким нанорельефом могут использоваться для ориентации жидких кристаллов в жидкокристаллических (ЖК) устройствах, в частности в ЖК индикаторах (ЖКИ) и ЖК экранах (ЖКЭ), для изготовления поляроидов и фазосдвигающих, просветляющих, антиотражающих, антибликовых и рассеивающих пленок в оптических устройствах. Пленки с нанорельефом и с дополнительным отражающим покрытием на их поверхности могут использоваться в качестве направленных диффузных отражателей, в частности в ЖКИ и ЖКЭ отражательного типа. Пленки кремния и аморфного алмаза с нанорельефом могут также использоваться в качестве эмиттеров электронов (холодных катодов с полевой эмиссией электронов) в устройствах вакуумной и твердотельной электроники, в частности в электролюминесцентных лампах, в том числе для ЖКЭ и плоских экранов.

Более конкретно, изобретение относится к нелитографическим способам формирования рельефа при использовании техники ионных пучков и сухих плазменных процессов, применяемых в технологии микроэлектроники, а именно к самоформированию волнообразного нанорельефа на поверхности нанесенного на пленку слоя аморфного кремния при облучении этого слоя потоком ионов азота и переносу нанорельефа в расположенные ниже слой или пленку при помощи ионно-лучевого или плазменного травления материалов аморфного кремния и пленки. При этом, в частности, может осуществляться модификация нанорельефа при помощи селективного и анизотропного плазменного процесса до формирования нанополос аморфного кремния на нижележащей пленке с последующим применением анизотропного плазменного процесса с использованием полос аморфного кремния в качестве маски до формирования нанорельефа в нижележащей пленке.

В настоящее время ЖКИ и ЖКЭ широко применяются для отображения графической информации. Для работы различных типов ЖКИ и ЖКЭ требуется обеспечение определенной ориентации молекул жидкого кристалла (например, нематика) на поверхностях ориентирующих пленок, между которыми расположен ЖК слой.

Известно, что в качестве ориентирующих пленок используют пленки полимеров, в частности полиимида, подвергнутые специальной механической обработке, сущность которой заключается в натирании поверхности пленки в одном направлении при помощи валика, покрытого тканью с ворсом из коротких полимерных волокон (например, вискозы, полиэфиров, нейлона и т.д.). Пример механического способа формирования ориентирующей полиимидной пленки раскрыт, в частности, в описании патента (US 6219123, 17.04.2001).

Образование статических электрических зарядов, частиц пыли и невозможность строго выдерживать заданное направление волокон являются недостатками механического способа натирания ориентирующих пленок полимерными волокнами. Следует отметить, что данный способ формирования ориентирующей пленки не совместим с условиями чистоты технологических помещений, в которых проводятся другие процессы производства ЖКИ и ЖКЭ.

Известны способы формирования ориентирующих, поляроидных и фазосдвигающих пленок, основанные на создании волнообразного микрорельефа на их поверхности. Многочисленные примеры формирования ориентирующих, поляроидных и фазосдвигающих пленок, основанных на микрорельефе, раскрыты в описании патента в применениях к ЖКИ и ЖКЭ устройствам (DE 4213802, 21.01.93).

Указанные микрорельефы получают в результате применения следующих методов: голографического экспонирования фоточувствительного полиимидного слоя, известных в микротехнологии методов литографии, технологии микроштампов или нанесения микроштрихов на поверхность эпоксидных смол штрихмашиной с алмазной иглой. Недостатками этих всех методов являются их высокая стоимость, низкий выход годных изделий и малая производительность. Следует отметить, что стоимость методов литографии чрезвычайно возрастает при обеспечении ширины линии в 100 нм и менее и использование подобного оборудования едва ли будет оправдано для создания простого рисунка, состоящего из массива линий при условии, что имеются нелитографические способы формирования такого рисунка.

Известны способы формирования ориентирующих пленок для жидких кристаллов, разработанные специалистами фирмы IBM, основанные на облучении поверхности пленки ионами аргона низкой энергии (от 20 до 700 эВ) (US 5770826, 23.06.2000; US 6020946, 1.02.2000; US 6061114, 9.05.2000; US 6061115, 9.05.2000; US 6124914, 26.09.2000; US 6331381, 18.12.2001). Однако ионное облучение в данных способах не приводит к формированию анизотропной топографии на поверхности пленок. Ориентация осуществляется за счет создания преимущественной ориентации химических связей на облученной ионами поверхности. Кроме того, важный параметр ориентации нематиков - начальный угол наклона молекул относительно плоскости ориентирующей поверхности - зависит от дозы ионного облучения, угла падения ионов и их энергии. Таким образом, необходима высокая степень контроля этих параметров и обеспечение их однородного распределения по поверхности пленки.

Известно, что ориентация жидких кристаллов при помощи рельефной поверхности открывает возможности по созданию принципиально новых ЖКЭ с существенно сниженным энергопотреблением на основе явления бистабильной ориентации нематиков (патент: US 20010028426, 11.10.2001 и статья: G.P. Bryan-Brown Proceedings of the International Displays Research Conference, Palm Beach, Florida, USA (2000) pp.229-232). В данной статье также продемонстрирована возможность применения новых материалов для изготовления ЖКЭ, в частности, вместо стеклянных подложек использовались пленки из полиэфирсульфона (ПЭС) и полиэтилентерефталата (ПЭТ), а наряду с прозрачными электродами из смеси оксидов индия и олова (ITO) в структурах ПЭС/IТО использовались прозрачные электроды из пленок поли-3,4-этилендиокситиофена (ПЭДОТ) в структурах ПЭТ/ПЭДОТ. Применение полимерных пленок ПЭС, ПЭТ и ПЭДОТ в технологии позволяет изготавливать гибкие ЖКИ и ЖКЭ полностью из пластика, а использование пленки ПЭДОТ вместо ITO позволяет приготавливать ориентирующую поверхность непосредственно на поверхности пленки ПЭДОТ без дополнительной ориентирующей пленки. Микрорельефы в данной работе формировались на поверхности фоторезиста при помощи методов оптической литографии.

Таким образом, важно иметь в распоряжении способ нелитографического формирования управляемой топографии на поверхностях как полимерных, так и неорганических материалов для применения их в оптике.

Известен нелитографический способ формирования гофрированной поверхности полимерных тонких оптических пленок, основанный на разделении фаз ЖК полимера и ЖК мономера. При облучении жидкой пленки, состоящей из смеси этих веществ, утрафиолетовым излучением фаза ЖК полимера отделяется от фазы ЖК мономера и превращается в твердое вещество, в частности, в виде гофрированной полимерной пленки (Ibn-Elhaj M. & Schadt M., Nature 410 (2001) pp.796-799). Период и амплитуда анизотропных полимерных структур в этом методе зависит от толщины облучаемой утрафиолетовым излучением жидкой пленки, состава смеси и условий ультрафиолетового облучения. Следовательно, для обеспечения заданного периода структуры требуется обеспечение определенной толщины жидкой пленки, что в некоторых случаях может оказаться неприемлемым.

Известны способы изготовления холодных катодов с полевой эмиссией электронов, основанные на формировании рельефа на поверхности алмазных или кремниевых пленок. В патенте (US 2001/0052469, 20.12.2001) раскрыт способ формирования эмиттера из пористого кремния. Известно, что поверхность пористого кремния имеет развитую топографию нанометрового масштаба и заостренные выступы такой поверхности, концентрируя электрическое поле, являются источниками полевой эмиссии электронов. Однако известно также, что пористый кремний химически нестабилен и со временем наступает деградация его свойств. В патенте (US 6204595, 20.03.2001) раскрыт способ формирования эмиттера на основе пленки аморфного алмаза, наносимой на кремниевую подложку. Однако в качестве топографии для концентрации электрического поля традиционно используется рельеф кремниевой подложки, формируемый при помощи методов литографии. Как упоминалось выше, при наличии нелитографических производительных методов создания простого рисунка, состоящего из массива линий шириной в 100 нм и менее, использование литографических методов для этой цели становится неоправданным.

Таким образом, также важно иметь в распоряжении способ нелитографического формирования топографии на поверхностях пленок кремния и алмаза для применения их в вакуумной и твердотельной электронике в качестве холодных катодов с полевой эмиссией электронов.

Известен нелитографический способ формирования волнообразной наноструктуры при помощи облучения поверхности кремния пучком ионов азота, раскрытый в описании патента (US 6274007, 14.08.2001). Известен способ плазменной модификации волнообразной наноструктуры, сформированной в слое аморфного кремния, осажденного на слой оксида кремния, раскрытый в описании заявки на изобретение (RU 2001127264/28(029205) "Способ изготовления полевого транзистора с периодически легированным каналом"). Эти оба способа положены в основу настоящего изобретения.

Техническая задача настоящего изобретения - перенос рельефа наноструктуры, самосформированной на поверхности слоя кремния ионно-пучковым методом, в нижележащий слой или пленку при помощи ионно-лучевого или плазменного травления.

Технический результат - улучшение способа формирования нанорельефа на поверхности пленок.

Это достигается следующей совокупностью признаков.

Наносят на пленку слой кремния толщиной от полутора до трех глубин формирования наноструктуры в слое кремния.

Распыляют поверхность кремния потоком ионов молекул азота в вакууме с выбором энергии ионов азота, угла потока ионов азота по отношению к поверхности кремния, глубины формирования наноструктуры и высоты наноструктуры на основании значения длины волны наноструктуры в диапазоне от 30 до 180 нм до формирования наноструктуры, отстоящей от пленки на расстояние в одну треть длины волны по впадинам волн наноструктуры и с ориентацией гребней волн перпендикулярно направлению проекции потока ионов на поверхность кремния.

Переносят рельеф наноструктуры на поверхность пленки, удаляя материалы наноструктуры и пленки.

Предпочтительно осуществлять формирование потока ионов молекул азота при помощи ионного источника Кауфмана.

Предпочтительно удалять материалы наноструктуры и пленки ионно-лучевым травлением.

Предпочтительно удалять материалы наноструктуры и пленки плазменным травлением.

Предпочтительно удалять кремний наноструктуры селективно по отношению к нитриду кремния наноструктуры и вертикально относительно поверхности пленки вплоть до поверхности пленки.

Предпочтительно удалять материал пленки вертикально относительно поверхности пленки и селективно по отношению к материалам наноструктуры.

Предпочтительно осуществлять удаление кремния наноструктуры при помощи реактивного ионного травления в плазме Cl₂-Ar.

Предпочтительно удалять кремний наноструктуры селективно по отношению к материалу пленки.

Предпочтительно осуществлять удаление наноструктуры после удаления материала пленки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано поперечное сечение слоистой структуры перед ионным облучением; фиг.2 показано поперечное сечение слоистой структуры в процессе формирования наноструктуры; фиг. 3 показано поперечное сечение волнообразной наноструктуры, сформированной в слое кремния; фиг. 4 показано поперечное сечение наноструктуры после анизотропного плазменного травления; фиг. 5 показано поперечное сечение нанорельефа, перенесенного в пленку изотропным плазменным травлением структуры, показанной на фиг.4; фиг. 6 показано поперечное сечение пленки с нанорельефом, перенесенным в пленку в результате ионно-лучевого или неселективного плазменного травления наноструктуры; фиг. 7 показано поперечное сечение наноструктуры после анизотропного плазменного травления, селективного по отношению к материалу пленки; фиг. 8 показано поперечное сечение нанорельефа, перенесенного в пленку анизотропным плазменным травлением структуры, показанной на фиг.7; фиг.9 показано поперечное сечение поляризатора, изготовленного на основе пленки с нанорельефом и ЖК полимера, имеющего в своем составе группы дихроичного красителя;
фиг.10 показано поперечное сечение ячейки ЖК устройства;
фиг.11 показано схематическое изображение гребнеобразного ЖК полимера;
фиг.12 показано схематическое изображение линейного ЖК полимера;
фиг. 13 показана электролюминесцентная вакуумная лампа диодного типа с холодным катодом;
фиг. 14 показана твердотельная тонкопленочная электролюминесцентная лампа;
фиг.15 показана твердотельная тонкопленочная электролюминесцентная лампа с нанорельефом на поверхности металлического катода;
фиг.16 показана твердотельная тонкопленочная электролюминесцентная лампа с нанорельефом на поверхности кремниевого катода.

Сущность изобретения поясняется следующим примером.

Пример. На фиг.1 показана структура, состоящая из слоев стекла 1, прозрачного электрода 2, пленки 3 и кремния 4. В дальнейшем номером 3 обозначается любая пленка, на которую переносится рельеф наноструктуры. В данном частном случае пленка 3 - это полиимидная пленка. В качестве прозрачного электрода часто используется ITO. Конструкция из слоев 1, 2 и 3 (полиимид) применяется для изготовления ЖКИ и ЖКЭ. Слой кремния 4 может быть пленкой аморфного кремния (a-Si) или гидрогенизированного аморфного кремния (a-Si: H). Слой a-Si:H толщиной ~400 нм наносят, например, в низкочастотном разряде силана SiH₄ в течение 20 минут известным способом (Budaguan В.G., Sherchenkov A. A., Struahilev D.A., Sazonov A.Y., Radosel'sky А.G., Chernomordic V. D. , Popov A.A. and Metselaar J.W. "Amorphous Hydrogenated Silicon Films for Solar Cell Application Obtained with 55 kHz Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition" - Journal of the Electrochemical Society, 1998, Vol.145, 7, pp. 2508-2512). Существуют по крайней мере еще два известных метода формирования слоев аморфного кремния при температуре подложки, близкой к комнатной. Один - нанесение кремния при испарении кремниевой мишени электронным лучом в высоком вакууме. Другой - метод магнетронного распыления кремниевой мишени. Волнообразная наноструктура формируется в слое a-Si, осажденном любым указанным выше способом. Толщина слоя аморфного кремния ~400 нм задается выбором длины волны наноструктуры =150 нм и условиями ее формирования.

На фиг.2 показана поверхность слоя 4, облучаемая потоком 5 ионов молекул азота N₂ ⁺. Длине волны наноструктуры =150 нм отвечают угол бомбардировки ионов азота относительно нормали к поверхности слоя 4, равный 45^o, энергия ионов, равная 8 кэВ, и глубина формирования наноструктуры D_F = 120 нм при комнатной температуре образца. Ионная пушка, установленная в вакуумной камере, использовалась для формирования ионного пучка. Пучок ионов азота с током 150 нА и диаметром ~10 мкм разворачивался в растр размером 100 на 100 мкм², который накрывал участок поверхности слоя 4, показанный на фиг.2. В результате в течение ~2 минут получалась волнообразная наноструктура 6. При этом первоначальный уровень поверхности слоя 4 понижался за счет процесса ионного распыления.

Для повышения производительности процесса формирования наноструктуры целесообразно использовать ионный источник Кауфмана, который позволяет получать ионные пучки большого диаметра и при энергии ионов азота N₂ ⁺ более 1 кэВ дает плотность ионного тока более 1 мАсм^-2, что практически совпадает с плотностью ионного тока применявшейся ионной пушки в расчете на площадь растра 1,5 мАсм^-2. При помощи ионного источника Кауфмана можно обрабатывать всю поверхность подложки большой площади одновременно за время ~2 минуты. Вакуумная установка с ионным источником Кауфмана должна обеспечивать возможность ионной бомбардировки в диапазоне углов от 40 до 60^o относительно нормали к поверхности.

Сформированная волнообразная наноструктура показана на фиг.3. Она состоит из областей аморфного нитрида кремния 7 и тонкого слоя аморфного кремния 8 с включениями атомов азота и N-N парами. Впадины наноструктуры отстоят от поверхности пленки 3 на расстояние D, равное приблизительно одной трети длины волны наноструктуры. Такое расположение наноструктуры относительно пленки 3 достигается выключением потока ионов 5 в расчетный момент времени при известной скорости распыления слоя 4 потоком ионов N₂ ⁺.

Гребни волн наноструктуры располагаются перпендикулярно плоскости ионной бомбардировки, которая совпадает с плоскостью чертежа фиг.2. Поэтому направление потока ионов выбирают с учетом требуемой ориентации волн наноструктуры на пленке.

После проведения процесса формирования волнообразной наноструктуры осуществляют процесс ее модификации, заключающийся в селективном и анизотропном травлении слоя кремния 4 с использованием областей 7 наноструктуры в качестве маски для травления в реактивно-ионной плазме Сl₂, Сl₂-Аr или Cl₂-He-O₂. Такие плазмохимические процессы травления кремния, селективного по отношению к нитриду кремния, известны и применяются в современной технологии кремниевых СБИС (Плазменная технология в производстве СБИС: Пер. с англ. с сокращ. /Под ред. Н. Айнспрука, Д. Брауна. - М.: Мир, 1987, 472 с.). Анизотропное травление кремния в плазме состава Сl₂-Не-О₂ с использованием масок из нитрида и оксида кремния раскрыто в описании патента (US 5882982, 16.03.1999). В результате анизотропного (вертикального) травления кремния получается наномаска, показанная на фиг. 4. Травление полимерной пленки 3 может быть обусловлено как наличием кислорода в газовой смеси, так и физическим распылением ионами аргона или гелия полиимидной пленки. Области кремния 4, покрытые областями нитрида кремния 7, остаются на поверхности пленки 3.

В случае большой селективности плазмохимического травления кремния относительно нитрида кремния существует необходимость предварительного удаления тонких слоев 8 наноструктуры, например, в растворе HF, сильно разбавленном НNO₃, перед модификацией наноструктуры или другим неселективным методом плазмохимического травления.

Затем проводят процесс изотропного травления структуры, показанной на фиг. 4, например, в плазме O₂-CF₄. Неселективное изотропное удаление материалов 3, 4 и 7 приводит к переносу рельефа наноструктуры в пленку 3, как показано на фиг.5.

Перенос нанорельефа из слоя 4 в нижележащую пленку 3 можно осуществлять при помощи ионно-лучевого или плазменного анизотропного травления. При неселективном удалении материалов наноструктуры 6 и нижележащей пленки 3 получается рельеф на поверхности пленки 3, показанный на фиг.6. Длина волны переносимого рельефа совпадает с длиной волны наноструктуры. Если коэффициент распыления пленки 3 ионами больше, чем коэффициент распыления аморфного кремния, то амплитуда переносимого рельефа превышает амплитуду наноструктуры. В случае обратного соотношения коэффициентов распыления амплитуда переносимого рельефа меньше амплитуды наноструктуры.

Для полимерных пленок может оказаться важным устранение эффектов воздействия ускоренных ионов на их поверхность. Поврежденный ионами слой полимера можно сжечь, например, в кислородной плазме.

Если требуется осуществить перенос рельефа наноструктуры в пленку 3 оксида кремния SiO₂, то слой кремния наносят на пленку SiO₂, например, методом газофазной эпитаксии, химическим осаждением из газовой фазы или любым другим известным методом. В этом случае оксид кремния практически не травится в плазме состава Сl₂-Не-О₂ и играет роль стоп-слоя для плазменного травления наноструктуры. В результате такого плазменного травления наноструктуры получается структура, показанная на фиг.7.

Осуществление анизотропного травления пленки SiO₂ во фторсодержащей плазме, например в плазме CF₄-H₂ или СНF₃, с использованием наномаски из модифицированной наноструктуры, показанной на фиг.7, с последующим удалением наномаски в плазме SF₆-O₂ приводит к формированию структуры в SiO₂, показанной на фиг.8.

Процесс, подобный только что описанному, можно осуществить и с пленками полимеров. В этом случае не следует добавлять кислород в газовую смесь при модификации наноструктуры, а травление полимера напротив нужно проводить в кислородной плазме. В результате этих процессов тоже можно получить структуры, показанные на фиг.7 и 8.

Для переноса нанорельефа в алмазную пленку на нее также наносят слой кремния любым известным способом. Затем осуществляют в слое кремния формирование наноструктуры, ее плазменную модификацию и перенос нанорельефа в алмазную пленку в кислородной плазме подобно тому, как описано выше для полимерных пленок. В результате получается алмазная пленка, показанная на фиг. 5. Острота выступов рельефа зависит от селективности и анизотропии используемых плазменных процессов.

Видно, что перенос рельефа наноструктуры можно осуществить при помощи известных методов ионно-лучевого и плазменного травления. Таким образом, изобретение может быть технически реализовано.

Промышленная применимость.

Изобретение может быть использовано, в том числе и при создании устройств ЖКИ и ЖКЭ, в оптическом приборостроении, в вакуумной и твердотельной электронике.

Нанорельеф, перенесенный в полимерные пленки, в частности в пленки полиимида, ПЭТ и ПЭС, в пленки SiO₂, стекла, аморфного гидрогенизированного кремния и другие, можно использовать для изготовления поляризационных и фазосдвигающих пленок и для ориентации жидких кристаллов в устройствах ЖКИ и ЖКЭ, как описано в патенте (DE 4213802, 21.01.93).

Например, на фиг. 9 показано поперечное сечение поляризатора, изготовленного на основе пленки с нанорельефом 3 и термотропного нематического ЖК полимера 9, имеющего в своем составе группы дихроичного красителя, с защитной пленкой 10 из полиимида. Изготавливают поляризатор следующим образом. На пленку 3 с нанорельефом наносят слой ЖК полимера, имеющего в своем составе низкомолекулярные группы 14, показанные на фиг.11 и 12. ЖК полимер ребристого типа, как показано на фиг.11, может быть получен на основе метакриловой кислоты. ЖК полимер линейного типа, как показано на фиг.12, может быть получен на основе полиэфира. Низкомолекулярные группы 14 в составе ЖК полимера могут быть группами низкомолекулярного нематического жидкого кристалла и группами дихроичных красителей. ЖК полимер нагревают до температуры выше перехода в нематическую фазу, а затем охлаждают. Ниже температуры перехода в нематическую фазу ЖК полимер становится ориентированным нанорельефом пленки 3. Вместе с ориентацией ЖК полимера выравниваются и группы дихроичных красителей, которые могут содержать йод. Достаточно одного йодсодержащего красителя для приготовления поляроида. В противном случае смешивают желтый, красный и голубой дихроичные красители для достижения эффекта, который дает один йодсодержащий дихроичный краситель. Таким образом, получается пленка, направление поляризации которой задается направлением рельефа на поверхности пленки 3.

На фиг. 10 показано поперечное сечение ячейки ЖКИ. Она состоит из стеклянных пластин 1, слоев ITO 2, ориентирующих пленок 3А и 3В, повернутых относительно друг друга на 90^o для обеспечения закрученной (твист-) структуры слоя нематического жидкого кристалла 13 между пленками 3А и 3В, фазосдвигающей пластинки 11 и поляризаторов 12.

Кроме того, нанорельеф в пленках, показанных на фиг.5 и 8, может быть использован в качестве просветляющего покрытия, потому что слой с нанорельефом имеет плавно меняющийся показатель преломления между объемной пленкой и воздухом. Высота такого "покрытия" равна амплитуде рельефа в пленке и может задаваться толщиной самой пленки.

Нанесение на пленки с нанорельефом отражающего покрытия, например алюминия, превращает ее в диффузный направленный отражатель.

На фиг.13 показано устройство электролюминесцентной вакуумной лампы диодного типа. Подобные лампы известны и описаны, например, в патенте (US 5926239, 20.07.1999). Лампа состоит из двух стеклянных пластин 1, на которых расположены анод и катод. Анод состоит из пленки ITO 2, на которую нанесена пленка люминофора 15. Катодом служит пленка 3 с нанорельефом. Между пленками 15 и 3 сформирован вакуумный зазор. Источник электрического напряжения 16 подключен к пленкам ITO 2 и катода 3. В качестве катода могут быть использованы пленки алмаза с нанорельефом, а также пленки монокристаллического и аморфного кремния n-типа. Важно отметить, что в качестве катода можно использовать и пластину монокристаллического кремния с нанорельефом на ее поверхности, сформированным при помощи модификации наноструктуры в плазме. Для увеличения эмиссии электронов с поверхности нанорельефа на кремнии можно нанести на поверхность кремния дополнительную пленку из аморфного алмаза, легированного азотом (a-D:N). Способ формирования пленок a-D:N раскрыт в патенте (US 6204595, 20.03.2001).

На фиг. 14 показана твердотельная тонкопленочная электролюминесцентная лампа, известная из уровня техники (см. , например, патент US 5926239, 20.07.1999). Она состоит из стеклянной подложки 1, пленки ITO 2, пленки люминофора 15, пленки SiО₂ 17 и пленки металла (А1 или Al/Mg) 18. Источник напряжения 16 подключен к пленкам ITO 2 и металла 18.

Пленки с нанорельефом могут быть использованы в твердотельной тонкопленочной электролюминесцентной лампе. На фиг. 15 изображено устройство твердотельной тонкопленочной электролюминесцентной лампы с нанорельефом на поверхности катода. Эта лампа может быть изготовлена следующим способом. На стеклянную подложку 1 известными методами последовательно наносят пленки ITO 2, люминофора 15 и SiO₂ 19. Переносят нанорельеф в пленку SiO₂ согласно настоящему изобретению. На поверхность пленки SiO₂ с нанорельефом наносят пленку А1 или Al/Mg 20. В лампе, изображенной на фиг.15, пленка 20 играет роль диффузного отражателя и имеет улучшенные эмиссионные свойства, что улучшает характеристики лампы.

Твердотельную тонкопленочную электролюминесцентную лампу можно изготовить и другим способом (см. фиг.16). В качестве подложки используют кремниевую пластину n-типа 21, на поверхности которой согласно настоящему изобретению формируют нанорельеф. Затем последовательно наносят пленки SiO₂ 19, люминофора 15, ITO 2 и пленку пассивирующего SiO₂ 22.

Формула изобретения

1. Способ формирования нанорельефа на поверхности пленок, заключающийся в том, что наносят на пленку слой кремния толщиной от полутора до трех глубин формирования наноструктуры в слое кремния; распыляют поверхность кремния потоком ионов молекул азота в вакууме с выбором энергии ионов азота, угла потока ионов азота по отношению к поверхности кремния, глубины формирования наноструктуры и высоты наноструктуры на основании значения длины волны наноструктуры в диапазоне от 30 до 180 нм до формирования наноструктуры, отстоящей от пленки на расстояние в одну треть длины волны по впадинам волн наноструктуры и с ориентацией гребней волн перпендикулярно направлению проекции потока ионов на поверхность кремния; переносят рельеф наноструктуры на поверхность пленки, удаляя материалы наноструктуры и пленки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для формирования потока ионов молекул азота используют ионный источник Кауфмана.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удаляют материалы наноструктуры и пленки ионно-лучевым травлением.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удаляют материалы наноструктуры и пленки плазменным травлением.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удаляют кремний наноструктуры селективно по отношению к нитриду кремния наноструктуры и вертикально относительно поверхности пленки вплоть до поверхности пленки.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что удаляют материал пленки вертикально относительно поверхности пленки и селективно по отношению к материалам наноструктуры.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что удаляют кремний наноструктуры реактивным ионным травлением в плазме Сl₂-Ar.

8. Способ по п. 5, отличающийся тем, что удаляют кремний наноструктуры селективно по отношению к материалу пленки.

9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что удаляют наноструктуру после удаления материала пленки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 20.08.2004

Извещение опубликовано: 20.12.2005        БИ: 35/2005

---