CZ2020696A3 - Optická polovodivá tenká vrstva, způsob její výroby, zařízení vhodné pro výrobu této vrstvy a čtecí zařízení - Google Patents

Abstract

Předkládané řešení se týká optického polovodivého prvku (1), který vykazuje gradient optické absorpce a gradient impedančního spektra v oblasti vysokých frekvencí. Optický polovodivý prvek (1) obsahuje tenkou vrstvu (11), která je nanesena na substrát (14). Způsob obsahuje kroky rozprášení reakčních plynů pomocí alespoň dvou magnetronů (M1 a M2), přičemž mezi magnetrony (M1 a M2) je umístěna clona (3), která je schopná vertikálního pohybu. Další provedení představuje plazmový depoziční systém (5), který vykonává způsob vytváření optického polovodivého prvku (1). Další provedení se týká čtecího zařízení (9), které je schopné určit pravost předmětu, který je opatřen bezpečnostním prvek s optickou polovodivou vrstvou.

Description

Optická polovodivá tenká vrstva, způsob její výroby, zařízení vhodné pro výrobu této vrstvy a čtecí zařízení

Oblast techniky

Předkládaný vynález spadá v prvním provedení do oblasti způsobu výroby optických polovodivých tenkých vrstev a prvků, vhodných zejména jako bezpečnostní ochranný prvek pro označení pravosti produktů, přičemž optický polovodivý prvek obsahuje plošně gradientní optickou tenkou vrstvu.

Ve druhém provedení se předkládaný vynález týká produktu, zejména tenké vrstvy vyrobitelné výše uvedeným způsobem a optického polovodivého prvku. Tenká optická polovodivá vrstva vykazuje plošně gradientní materiálové a optické vlastnosti.

Ve třetím provedení se předkládaný vynález týká plazmového depozičního systému, který je schopný vykonávat způsob výroby optické polovodivé tenké vrstvy.

Čtvrté provedení se týká zařízení, které je uzpůsobené optický polovodivý prvek s plošně gradientní vrstvou přečíst a určit pravost výrobku, na kterém je tato vrstva opatřena.

Dosavadní stav techniky

V současné době existuje celá řada optických ochranných prvků, kterými lze garantovat pravost produktu, do kterého je tento prvek implantován. Standardně se jedná o různé tenkovrstvé hologramy s definovaným reliéfem. Tyto holografické či jinak funkční optické reliéfy je třeba zajistit ochrannou vrstvou či systémem ochranných vrstev, které zajistí ochranu před mechanickým poškozením a též zajistí bezpečnostní prvek před kopírováním optického reliéfu. Aby byla zachována v takovémto případě optická funkce ochranného prvku, musí být optický reliéf oddělen od ostatních vrstev alespoň jednou vrstvou s odlišným indexem lomu. Standardně jsou využívány jednoduché, deponované vrstvy s vysokým indexem lomu (kovové, jako je např. hliník, stříbro, nebo transparentní jako je třeba ZnS, TiO₂, apod.).

Současným trendem je snaha tyto holografické prvky sofistikovaněji chránit proti padělání dalšími optickými elementy nebo opticky funkčními elementy, které mají definované optické vlastnosti, které tvoří parametry pro jednoznačnou identifikaci prvku a tento prvek je obtížně padělatelný. V patentovém spisu US 2004/0126669 AI je popsán způsob depozice optické tenké vrstvy na hologram. Depozice se provádí pomocí tiskařských metod s případným termálním ostřením. Navíc, tento spis popisuje pouze transparentní vrstvu s vysokým indexem lomu.

V patentovém spise US 4851095 A je popsáno reaktivní magnetronové naprašování optických tenkých vrstev nebo multivrstev s definovanou závislostí absorpčního koeficientu na vlnové délce. Nicméně systém neřeší realizaci depozice plošně nehomogenních tenkých vrstev, které budeme nazývat dále „plošně gradientní tenké vrstvy“, kdy u těchto vrstev existuje gradient chemického složení tenké vrstvy a jejích optických konstant nikoliv podél jejího tloušťkového profilu, ale tento gradient existuje ve směru jedné vhodně zvolené osy souřadnice pravoúhlého kartézského souřadného systému, která je rovnoběžná s povrchem tenké vrstvy a je zvolena ve směru tohoto gradientu.

Reaktivní magnetronové naprašování tenkých vrstev pracující za extrémně nízkých tlaků v režimu HiPIMS v kombinaci s radiofrekvenční (RF) indukčně vázanou (ICP) elektrodou ve tvaru jednoho závitu páskového vodiče pracující ve stacionárním magnetickém poli s vlnovou rezonancí elektronové cyklotronové vlny (RF-ECWR), kde se částice pohybují od terče k substrátu téměř beze srážek je popsáno ve stati: V. Straňák, A. P. Herrendorf, S. Drache, M. Čada, Z. Hubička,

- 1 CZ 2020 - 696 A3

M. Tichý, R. Hippier, Highly ionized physical vapor deposition plasma source working at very low pressure, Appl. Phys. Lett. 100, 141604 (2012) a aplikace tohoto systému se dvěma rozprašovacími reaktivními magnetrony na depozici polovodivých CuFeO2 vrstev je popsána ve stati: Z. Hubička, M. Zlámal, J. Olejníček, D. Tvarog, M Čada, J. Krysa, Semiconducting p-Type Copper Iron Oxide Thin Films Deposited by Hybrid Reactive-HiPIMS +ECWR and Reactive-HiPIMS Magnetron Plasma Systém, Coatings 2020, 10, 232.

Aplikace RF-ECWR plazmového systému v kombinaci s dalšími zdroji plazmatu jako jsou MW surfatronyje popsána v patentovém spisu PV 2018-555, tj. CZ 2018555 A3.

Podstata vynálezu

Předmětem tohoto vynálezu je poskytnutí výrobního způsobu a samotného bezpečnostního prvku produktu.

V prvním provedení se předkládaný vynález týká způsobu výroby plošně gradientní optické polovodivé tenké vrstvy. Způsob obsahuje kroky:

- vpouštění reaktivních plynů do vakuové komory,

- při reaktivním rozprašování těchto vpuštěných reaktivních plynů dochází k míšení rozprášených částic ze dvou magnetronů v prostoru nad povrchem substrátu; přičemž

- výškově nastavitelná rovinná vertikální clona se umístí do prostoru nad dielektrický substrát mezi magnetrony, a přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že

- výškově nastavitelná rovinná vertikální clona mění pozici pohybem ve směru, který je kolmý na povrch substrátu.

Způsob podle tohoto vynálezu umožňuje efektivně vytvářet plošně gradientní polovodivou vrstvu, která mění lineárně s prostorovou souřadnicí na povrchu optické, zejména barevné, a polovodivé vlastnosti. Tohoto definovaného plošného gradientu se dosahuje v depozičním systému se dvěma naprašovacími magnetrony umístěnými ve vakuové komoře a pohyblivě nastavitelnou rovinnou vertikální clonou umístěnou v prostoru nad substrátem mezi magnetrony. Mezi dolním okrajem clony a povrchem substrátu je nastavitelná mezera d, která určuje velikost plošného gradientu složení deponované vrstvy ve směru souřadnice, která je rovnoběžná s povrchem substrátu. Velikost tohoto gradientu a složení tenké vrstvy je ovlivněná velikostí mezery d mezi clonou a substrátem, resp. pohybem clony, který je kolmý na povrch substrátu. Způsob je možné provádět při tlaku nižším, než je 0,05 Pa.

Ve výhodném provedení vynálezu je tlak ve vakuové komoře nižší než IO^-2 Pa. V tomto případě je střední volná dráha rozprášených částic velká a rozprášené částice mohou efektivně difundovat mezerou o velikosti d mezi clonou a substrátem a jejich efektivní difúzní délka je funkcí vzdálenosti d. Z důvodu dosažení vyššího účinku depozičního způsobu vytváření plošně gradientní struktury je výhodné použití co nejnižšího tlaku ve dvoumagnetronovém depozičním systému, kdy se rozprášené částice pohybují směrem k substrátu téměř beze srážky.

V dalším výhodném provedení dochází k naprašování ve stacionárním magnetickém poli, přičemž se tvoří vysokofrekvenční plazma pracující ve vlnové rezonanci elektronové cyklotronové vlny.

Využití dále přispívá k dosažení rozprášených částic pohybujících se směrem k substrátu téměř beze srážky.

Druhé provedení vynálezu se týká výsledného produktu, tj. tenké vrstvy, která je vyrobitelná výše

-2CZ 2020 - 696 A3 uvedeným způsobem podle vynálezu. Tenká vrstva deponovaná na substrátu vykazuje plošně gradientní vlastnosti. S výhodou se tato tenká vrstva implementuje jako optický polovodivý prvek vhodný jako součást bezpečnostního prvku určující pravost produktu.

Optický polovodivý prvek obsahuje plošně gradientní optické tenké vrstvy, přičemž tenká vrstva optického polo vodivého prvku vykazuje:

- gradient chemického složení a optických vlastností ve směru alespoň jedné osy, která je rovnoběžná s povrchem tenké vrstvy; a

- gradient měřeného impedančního spektra ve vysokofrekvenční oblasti od 10⁴ Hz do 10⁸ Hz.

Při použití vhodné kombinace různých reaktivně odprašovaných materiálů podle způsobu výroby lze vytvořit tenkovrstvý optický polovodivý prvek, který vykazuje definovaný plošný gradient chemického složení a optických vlastností, jako jsou např. koeficient optické absorpce, tj. barvy, anebo indexu lomu. Jednotlivé reaktivně naprašované vrstvy z obou magnetronů mají různou šířku zakázaného pásu a jinou koncentraci donorů tvořených například vakancemi kyslíku v polovodiči a různou velikost pohyblivosti elektrických nosičů.

Dále pak vznikne z analogických důvodů gradient měřeného impedančního spektra ve vysokofrekvenční oblasti v intervalu vysokých frekvencí od 10⁴Hz do 10⁸Hz. Tyto snadno měřitelné informace, tj. plošné rozložení optické absorpce tenké vrstvy (barva) a jej i impedanční spektrum v daném místě na povrchu při zjednodušeném způsobu měření na ochranném prvku pomocí vysokofrekvenčního čtecího zařízení, mohou být využity pro optický bezpečnostní ochranný prvek.

Plošně gradientní vrstva je tenká vrstva, u které existuje gradient chemického složení tenké vrstvy a optických veličin, zejména optické absorpce anebo indexu lomu. Plošný gradient není podél tloušťkového profilu tenké vrstvy, ale tento gradient existuje ve směru alespoň jedné vhodně zvolené osy souřadnice pravoúhlého kartézského souřadného systému, která je rovnoběžná s povrchem tenké vrstvy.

Optickou tenkou vrstvou se rozumí dielektrická či polovodivá vrstva alespoň částečně transparentní v optické oblasti, která má tloušťku od desítek nm, např. od 10 nm, 50 nm, 100 nm do několika jednotek mikrometrů, např. 1 pm, 2 pm, 5 pm nebo 9,9 pm.

Ve výhodném provedení má optický polovodivý prvek vhodnou kombinaci naprašovaných materiálů. Tato kombinace materiálů je rozprašována ze dvou magnetronů. V jistých příkladech může být z prvního magnetronů reaktivně naprašován materiál Fe₂O3 a z druhého magnetronů materiál WCh-x, kde x je 0 až 2. Lze použít všechny polovodivé materiály, které vykazují částečnou transmisi světla v optické oblasti, a jejich absorpční koeficient vykazuje měřitelnou změnu na relativním složení, které se mění podél gradientu. Jako rozprašované terče lze využít kovy jako Fe, W, Cu, Ti, Zn, Zr nebo slitiny kovů CuFe, CulnGa, InSn, atd. Jako reaktivní plyny pro naprašování lze využít O₂ pro tvorbu polovodivých oxidů, H₂S pro tvorbu polovodivých sulfidů případě směs O₂+N₂ pro tvorbu polovodivých oxinitridů.

V dalším provedení se optická polovodivá vrstva dá použít jako bezpečnostní prvek, tj. je obsažena v bezpečnostním prvku. Plošně gradientní vrstva pracuje jako ochranný optický prvek, kdy informace o pravosti je zahrnuta v plošném gradientu optického absorpčního koeficientu vrstvy tedy v plošném gradientu její barvy a v plošném gradientu impedančního spektra této vrstvy.

Třetí provedení vynálezu se týká plazmového depozičního systému vhodného pro výrobu optické polovodivé tenké vrstvy podle tohoto vynálezu. Plazmový depoziční systém podle tohoto provedení nemusí být exkluzivně používán pro výrobu optického polovodivého prvku, lze jej použít i pro jiné účely. Plazmový depoziční systém obsahuje:

-3 CZ 2020 - 696 A3

- dva naprašovací magnetrony pracující za extrémně nízkých tlaků a pohyblivě výškově nastavitelnou vertikální clonu, která umožňuje definované míšení rozprášených částic z obou magnetronů v prostoru nad povrchem substrátu, přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že systém obsahuje

- pohyblivě nastavitelnou rovinnou vertikální clonu umístěnou nad substrátem, přičemž mezi substrátem a clonou je vzdálenost d. Výškově nastavitelná pohyblivá vertikální clona je kolmá na povrch substrátu.

V dalším výhodném provedení obsahuje systém vakuovou vývěvu, která je schopná dosáhnout tlaku v komoře, který je nižší než 10^-2 Pa.

V dalším výhodném provedení obsahuje systém radiofrekvenční elektrodu schopnou vytváření indukčně vázaného plazma, elektroda je umístěná nad substrátem a obklopuje clonu. S další výhodou je radiofrekvenční elektroda napojena k vysokofrekvenčnímu zdroji.

V dalším výhodném provedení jsou oba magnetrony napojeny k vysokovýkonovému pulznímu magnetronovému rozprašovacímu (HiPIMS) zdroji napájení, který je s výhodou napájen dvěma DC zdroji.

V dalším výhodném provedení j sou oba magnetrony pulzní magnetrony generuj ící napěťové pulzy o délce pulzu v rozsahu 30 až 200 ps a napěťovou amplitudu do 1000 V a proudové pulzy o délce pulzu v rozsahu 30 až 200 ps a proudovou amplitudu do 140 A.

Čtvrté provedení vynálezu se týká čtecího zařízení vhodného pro určení impedančních vlastností optického polovodivého prvku podle vynálezu. Čtecí zařízení obsahuje

- dielektrický substrát, na který je možné umístit výše zmíněný optický polovodivý prvek;

- krycí vrstvu, např. plastovou fólii pokrývající optický polovodivý prvek;

- měřicí kontakty, které jsou přitlačeny na povrch krycí vrstvy a současně jsou propojeny k měřicímu zařízení měřícímu impedanční parametry polovodivého prvku (1), např. impedančnímu spektrografů, a pracujícímu v definovaném intervalu vysokých frekvencí.

Čtecí zařízení umožňuje stanovit impedanční spektrum polovodivé vrstvy i přes krycí dielektrickou plastovou fólii.

Objasnění výkresů

Obr. 1 představuje schématické uspořádání dvoumagnetronového depozičního systému s pohyblivou rovinnou clonou pro depozici plošně gradientní polovodivé optické tenké vrstvy.

Obr. 2 představuje pohled na rovinu terčů dvoumagnetronového depozičního systému s pohyblivou rovinou clonou pro depozici plošně gradientní polovodivé optické tenké vrstvy.

Obr. 3 představuje příklad uspořádání dvoumagnetronového depozičního systému s pohyblivou rovinou clonou pro depozici plošně gradientní polovodivé optické tenké vrstvy za extrémně nízkých tlaků s pomocí kombinace dvou vysokovýkonových pulzních magnetronových rozprašovacích (HiPIMS) zdrojů a radiofrekvenčně (RF) induktivně vázaného plazmatu pracujícího v režimu vlnové rezonance elektronové cyklotronové

-4CZ 2020 - 696 A3 vlny.

Obr. 4 představuje časový průběh pulzního napětí a proudu na katodě a magnetronu Ml v uspořádání podle obr. 3.

Obr. 5 představuje časový průběh pulzního napětí a proudu na katodě a magnetronu M2 v uspořádání podle obr. 3.

Obr. 6 představuje příklad čtecího zařízení ochranného optického polovodivého tenkovrstvého prvku s plošnou gradientní strukturou při měření impedančního spektra v definované pozici na povrchu přes krycí tenkou plastovou fólii.

Obr. 7 představuje příklad měření reálné složky R_p impedančního spektra tenkých polovodivých vrstev WO3-X a Fe2O3 v uspořádání podle příkladu čtecího zařízení uvedeného na obr. 6 přes krycí plastovou fólii.

Obr. 8 představuje příklad fotografie plošně gradientní vrstvy a příklady různých transmisních optických spekter měřených na této vrstvě v označených bodech 1 až 4 na povrchu vrstvy. Gradient chemického složení vrstvy a jejích optických a dalších fýzikálních vlastností existuje podél osy x zvoleného pravoúhlého souřadného systému.

Obr. 9 představuje a) příklad fotografie plošně gradientní vrstvy na skleněném substrátu, kde oblast označená G představuje oblast plošného gradientu b) příklady dvou vrstev s různou velikostí oblasti plošného gradientu připravené pro dvě různé vzdálenosti d clony nad substrátem.

Příklady uskutečnění vynálezu

Obr. 1 představuje základní schéma plazmového depozičního systému 5 podle tohoto vynálezu. Plazmový depoziční systém 5 obsahuje držák substrátu 14, na kterém je umístěný substrát 14 vhodný pro depozici optického polovodivého prvku 1 podle vynálezu. Plazmový depoziční systém 5 dále obsahuje alespoň dva magnetrony Ml a M2, které jsou umístěny nad substrátem 14, respektive nad místem pro depozici optické polovodivé tenké vrstvy 11 vhodné pro optický polovodivý prvek L Mezi magnetrony Ml a M2 je umístěna clona 3, která je schopná vertikálního pohybu od substrátu 14, respektive optického polovodivého prvku 1, směrem k hlavicím magnetronu Ml a M2. Clona 3 je umístěna ve vzdálenosti d od substrátu 14 tak, že se jí nikdy nedotýká. Pomocí vzdálenosti d je možné upravit plošný gradient impedančního spektra optického polovodivého prvku 1 podle požadavků. Výše uvedené konstrukční prvky jsou umístěny ve vakuové komoře 2, kterou je podtlaková vakuová komora 2. Vakuová komora 2 je schopná udržet tlak menší než 0,05 Pa, s výhodou je dále plazmový depoziční systém 5 opatřen vakuovým čerpadlem 6, které je schopné dosáhnout tlaku ve vakuové komoře 2, který je menší než 10^-2 Pa. Nízký tlak a přítomnost pracovních plynů 24 je zajištěn pomocí přívodu, který přivádí pracovní plyny 24 do vakuové komory 2. Pracovními plyny 24 mohou být např. kyslík a argon. Magnetrony Ml a M2 rozprašují reaktivní plyny 21 a 22 směrem k substrátu 14.

Obr. 2 představuje průřez vakuovou komorou 2. V průřezu jsou zobrazeny dvě hlavice magnetronů Ml a M2 a pohyblivá clona 3, která je umístěna mezi magnetronovými hlavicemi.

Obr. 3 představuje výhodné provedení plazmového depozičního systému 5, které obsahuje výše uvedené konstrukční prvky, tedy znaky podle obrázku 1. Výhodné provedení na obr. 3 dále obsahuje elektrodu 7 schopnou vytvořit induktivně vázané plazma. Elektroda 7 generuje stacionární magnetické pole 4. Elektroda 7 schopná vytvářet induktivně vázané plazma obklopuje clonu 3 a je umístěna nad držákem substrátu 14, respektive nad substrátem 14 optického polovodivého prvku L Do oblasti mezi clonou 3 a elektrodou 7 vstupují reakční plyny 21 a 22.

-5CZ 2020 - 696 A3 které rozprašuje magnetron Ml a M2. Elektroda 7 je dále napojená k radiofrekvenčnímu obvodu 71. který se sestává ze dvou cívek LI a L2 alespoň dvou kapacitorů Cl a C2 a z radiofrekvenčního zdroje. Vakuová komora 2 dále obsahuje elektricky izolační průchodku 51 určenou pro elektrické oddělení uchycení držáku substrátu ke stěnám uzemněné vakuové komory. Vakuovým čerpadlem, jak výše uvedeno, je s výhodou takové čerpadlo 6, které je schopné dosáhnout tlaku, který je menší než 10^-2 Pa. Tlakje dále ovlivněn přívody 241 pracovních plynů 24. v tomto případě čtyř pracovních plynů F1 až F4, které přivádějí plyny: argon, kyslík, dusík a směs plynů dusíku a vodíku. Přívody jsou ve výhodném provedení opatřeny průtokoměry. Magnetrony Ml a M2 jsou s výhodou napojeny na vysoko výkonový pulzní magnetronový rozprašovací zdroj 8, který je dále napojen na dva DC zdroje 81. Vysokovýkonový pulzní magnetronový rozprašovací pulzní zdroj 8 je dále napojen na pulzní synchrotron 82 generující dva pulzy 821. které jsou přiváděny do kanálů CHI a CH2 vysokovýkonového pulzního magnetronového rozprašovacího zdroje 8. S další výhodou je vysokovýkonový pulzní magnetronový rozprašovací zdroj 8 dvoukanálový a je napojen na osciloskop 80, který monitoruje napěťové a proudové pulzy.

Obr. 4 představuje časový průběh napětí a proudu generovaného vysokovýkonovým pulzním magnetronovým rozprašovacím zdrojem 8 na prvním magnetronu Ml. Délka napěťového pulzuje přibližně 10^-4 s, maximální amplituda napětí 800 V. Délka proudového pulzu je rovněž 10^-4 s, přičemž amplituda proudu je maximálně 80 A. Pulzy mohou následovat v řadě za sebou nebo se překrývat. Relativní délka pulzů ovlivňuje intenzitu odprašování jednotlivých terčů a hustotu plazmatu před substrátem, která ovlivňuje polovodivé vlastnosti deponovaných vrstev.

Obrázek číslo 5 představuje průběh napětí a proudu na magnetronu M2, přičemž délka napěťového pulzu byla přibližně 8xl0^-5 s o amplitudě napětí 800 V. Délka proudového pulzu je rovněž 8xl0^-5 s o amplitudě proudu na katodě maximálně do 140 A.

Obr. 6 schematicky představuje čtecí zařízení 9, které je možné použít k přečtení optického polovodivého prvku 1, který lze použít jako bezpečnostní prvek pro určení pravosti, resp. padělku produktu, na kterém je tento prvek 1 opatřen. Čtecí zařízení 9 obsahuje dielektrický substrát 14. na kterém je umístěna polovodivá optická vrstva 11 podle tohoto vynálezu a která je pro tyto účely charakterizována kapacitou 911 a odporem 912. Optická polovodivá vrstva 11 s gradientním impedančním spektrem je opatřena krycí vrstvou, např. plastovou fólií 92, která má svoji kapacitu 93. Na krycí vrstvě 92 jsou opatřeny alespoň dva měřicí kontakty 921, které jsou připojeny k zařízení měřícímu impedanční parametry polovodivé vrstvy, např. k impedančnímu spektrografú 94. Měřicí zařízení 94 má rovněž svojí parazitní kapacitu 941. Díky měřicímu zařízení 94 je možné určit charakteristiku optické polovodivé vrstvy 11 podle tohoto vynálezu, zejména gradient impedance ve vysokých frekvencích.

Obr. 7 představuje příklady impedančních spekter změřených na bezpečnostním prvku obsahujícím tenkou vrstvu 11 deponovanou způsobem podle tohoto vynálezu. Obr. 7 konkrétně zobrazuje závislosti impedance R_p optického polovodivého prvku 1 na aplikované frekvenci měřicího signálu. Záznam pochází z čtecího zařízení 9, přičemž bylo toto zařízení 9 použito na optický polovodivý prvek 1, který byl vytvořený podle tohoto vynálezu. Optický polovodivý prvek 1 vykazuje gradient impedance dvou vrstev, které jsou naneseny na substrátu 14.

Obr. 8 představuje příklad fotografie plošně gradientní vrstvy a příklady různých transmisních optických spekter měřených na této vrstvě v označených bodech 1 až 4 na povrchu vrstvy. Gradient chemického složení vrstvy a jejích optických a dalších fýzikálních vlastností existuje podél osy x zvoleného pravoúhlého souřadného systému.

Obr. 9 představuje a) příklad fotografie plošně gradientní vrstvy na skleněném substrátu, kde oblast označená G představuje oblast plošného gradientu, b) příklady dvou vrstev s různou velikostí oblasti plošného gradientu připravené pro dvě různé vzdálenosti d clony 3 nad substrátem 1.

-6CZ 2020 - 696 A3

Průmyslová využitelnost

Postup výroby ochranného prvku lze využít v průmyslu při výrobě vícestupňových optických tenkovrstvých ochranných prvků na fólie a tenkovrstvé hologramy.

Claims (15)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby plošně gradientní optické polovodivé tenké vrstvy (11) magnetronovým naprašováním, obsahující kroky:

   - vpouštění reaktivních plynů (21a 22) do vakuové komory (2),

   - míšení rozprášených částic ze dvou magnetronů (Ml a M2) v prostoru nad povrchem dielektrického substrátu (14) při reaktivním rozprašování vpuštěných plynů (21a 22); a

   - umístění nastavitelné rovinné vertikální clony (3) do prostoru nad dielektrickým substrátem (14) mezi magnetrony (Ml a M2), vyznačující se tím, že během naprašování odchází k

   - měnění pozice výškově nastavitelné rovinné vertikální clony (3) ve směru, který je kolmý na povrch substrátu (14), čímž se vytváří plošně gradientní optická polovodivá tenká vrstva (11).
2. 2. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že tlak ve vakuové komoře (2) je nižší než 10’² Pa.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že naprašování probíhá ve stacionárním magnetickém poli (4), přičemž se tvoří vysokofrekvenční plazma pracující ve vlnové rezonanci elektronové cyklotronové vlny.
4. 4. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že naprašování probíhá pomocí pulzních magnetronů generujících napěťové pulzy o délce pulzu v rozsahu od 30 ps až 200 ps a napěťovou amplitudu do 1000 V a proudové pulzy o délce pulzu v rozsahu od 30 ps až 200 ps a proudovou amplitudu do 140 A.
5. 5. Plošně gradientní optická polovodivá tenká vrstva (11) vyrobitelná způsobem podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že vrstva (11) vykazuje gradient chemického složení a optických vlastností ve směru alespoň jedné osy, která je rovnoběžná s povrchem tenké vrstvy (11); a gradient měřeného impedančního spektra ve vysokofrekvenční oblasti od 10⁴ Hz do 10⁸Hz.
6. 6. Optický polovodivý prvek (1), vyznačující se tím, že obsahuje plošně gradientní optickou polovodivou tenkou vrstvu (11) podle nároku 5, deponovanou na dielektrickém substrátu (14).
7. 7. Optický polovodivý prvek (1) podle nároku 6, vyznačující se tím, že tenká vrstva (11) obsahuje kombinaci dvou naprašovaných optických polovodivých materiálů, které mají různý absorpční koeficient v optické oblasti spektra a různou elektrickou impedanci v oboru frekvencí 10⁴ až 10⁸ Hz.
8. 8. Bezpečnostní ochranný prvek, vyznačující se tím, že obsahuje optický polovodivý prvek (1) podle nároku 6 nebo 7.
9. 9. Plazmový depoziční systém (5) pro provádění způsobu výroby podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, který obsahuje:

   - dva naprašovací magnetrony (Ml a M2) schopné pracovat za tlaků nižších než 0,05 Pa umístěné ve vakuové komoře (2),

   - pohyblivě nastavitelnou rovinnou vertikální clonu (3) umístěnou nad dielektrickým substrátem (14), přičemž mezi dielektrickým substrátem (14) a clonou (3) je nenulová vzdálenost (d), a clona (3) je umístěna mezi dvěma magnetrony (Ml a M2), vyznačující se tím, že výškově nastavitelná rovinná vertikální clona (3) je uzpůsobena pro kolmý pohyb vůči substrátu (14).
10. 10. Plazmový depoziční systém (5) podle nároku 9, vyznačující se tím, že obsahuje vakuovou vývěvu (6) pro dosažení tlaku v komoře (2), který je nižší než 10^-2 Pa.

    -8 CZ 2020 - 696 A3
11. 11. Plazmový depoziční systém (5) podle nároku 9 nebo 10, vyznačující se tím, že systém dále obsahuje radiofrekvenční elektrodu (7) pro vytvoření induktivně vázané plazmy, která je umístěná nad substrátem (14), přičemž uvnitř elektrody (7) je clona (3).
12. 12. Plazmový depoziční systém (5) podle kteréhokoliv z nároků 9 až 11, vyznačující se tím, že oba magnetrony (Ml a M2) jsou připojeny k vysoko výkonovému pulznímu magnetronovému rozprašovacímu zdroji (8) napájení, který je s výhodou napájen dvěma DC zdroji (81).
13. 13. Plazmový depoziční systém (5) podle kteréhokoliv z nároků 9 až 12, vyznačující se tím, že magnetrony (Ml a M2) jsou pulzní magnetrony generující napěťové pulzy o délce pulzu v rozsahu od 30 až 200 ps a napěťovou amplitudu do 1000 V a proudové pulzy o délce pulzu v rozsahu od 30 až 200 ps a proudovou amplitudu do 140 A.
14. 14. Plazmový depoziční systém (5) podle kteréhokoliv z nároku 9 až 13, vyznačující se tím, že radiofrekvenční elektroda (7) je připojena k vysokofrekvenčnímu zdroji (71).
15. 15. Čtecí zařízení (9) pro určení impedančních vlastností optického polovodivého prvku (1) podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že obsahuje

    - dielektrický substrát (14), na kterém je umístěn výše zmíněný optický polovodivý prvek (1);

    - krycí vrstvu (92) pokrývající optický polovodivý prvek (1); a

    - měřicí kontakty (93), které jsou přitlačeny na povrch (921) krycí vrstvy (92) a současně jsou propojeny k měřicímu zařízení (94), měřícímu impedanční gradientní parametry polovodivého prvku (1) a pracujícímu v rozsahu vysokých frekvencí od 10⁴ dolO⁸ Hz.