Способ упрочнения копий дифракционных решеток
СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ КОПИЯ ДИ (ЯАКЦИОННЫХ РЕШЕТОК, включающий ионную бомбардировку слоя металла, в котором сформированы штрихи копий решеток, отличающийся тем, что, с целью увеличения количества вторичных копий, снимаемых с упроч-ненных первичных копий решеток, бомбардировку слоя метгшла проводят ионами массой, равной или большей массы атомов металла, со средним проекционным пробегом, равным или большим 0,8 толщины слояметалла, и дозой 6 « 10 - 6 Ю ион./см, после чего на спой металла наносят защитный слой из химически малоактивного материсша и повторяютбомбарди 4 10 ровку с дозой облучения 6 6 . 105 ион/см. С (О
СОЮЗ COBETCHHX
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (19) (11) З(51) G 02 В 5 18
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3485287118-10 (22) 17.08.82 (46 ) 30.10.83 ° Бюл. 9 40 (72 ) И.Б. Хайбуллин, И.А. Файэрахманов, С.A. Стр жнев и Л.A. Функ (71 ) Казанский физико-технический институт Казанского филиала AH"CCCP (53) 535i 853 3(088.8) (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР
H 561922, кл. G 02 В 5/18, 06.01.75.
2. Авторское свидетельство СССР
М 915055, кл. G 02 В 5/18, 28. 07. 80. (прототип). (54)(57) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ КОПИЙ ДИФРАКЦИОННЫХ РЕШЕТОК, включающий ионнув бомбардировку слоя металла, в котором сформированы штрихи копий решеток, отличающийся тем, что, с целью увеличения количества вторичных копий, снимаемых с упрочненных первичных копий решеток, бом- бардировку слоя металла проводят ионами массой, равной или большей массы атомов металла, со средним проекционным пробегом, равным или большим 0,8 толщины слоя металла, и дозой 6 ° 10 - б ° 10 ион,/см, после чего на слой металла наносят защитный слой из химически малоактивного материала и повторяют бомбардировку с дозой облучения 6 10 б . 10 ион/см .
1051481 Изобретение относится к технологии изготовления копий дифракционных решеток и может бытв использовано в оптико-механической промышленности при изготовлении копий-матриц дифракционных решеток с увеличенной прочностью сцепления слоя материала, в котором сформированы штрихи решетки, с пленкой из полиэфирной смолы, жестко сцепленной, в свою очередь, с подложкой из стекла. 10
Известен способ упрочнения дифракционных решеток, основанный на предварительной бомбардировке поверхности подложки ионами того металла, ко" торий впоследствии наносят на подложку )1) .
Недостатком данного способа является сравнительно высокое качество дифракционных решеток из-за невысокой адгеэии слОя металла к подложке.
Наиболее близким к предлагаемому является способ упрочнения копий дифракционных решеток, включающий ионную бомбардировку слоя металла, в котором сформированы штрихи копий решеток. При этом направление бомбардировки ориентировано по нормали к поверхности рабочих граней штрихов, а ее энергия превышает 1 кэВ (2) .
Недостатком известного способа при использовании его для упрочнения копий дифракционных решеток является то, что он требует применения донольио больших доз облучения (О ) 6 101 ион/cM2). Эксперименты показывают, что при таких дозах Облу- З5 чения полиэфирная смола под действием бомбардирующих ионов претерпевает необратимые физико-химические превращения, приводящие к вспучиванию, образованию нздутий, пузырьков, что, щ в свою очередь, ухудшает оптические свойства нанесенного на смолу алюминиевого покрытия (резкое унеличение на один-два порядка величины светорассеяния) и исключает возможность использования его как н качестве решеток, так и в качестне копий-матриц для вторичного копирования.
Кроме того, поверхность изготовленных таким образом копий дифракционных решеток с отражающим слоем— алюминием - характеризуется весьма низкой прочностью. Это объясняется тем, что алюминий, во-первых, мягкий материал, а во-вторых, химически активен по отношению к маниту, который используется в качестве разделительного слоя при копировании. Все это дополнительно затрудняет процесс вторичного копирования и снижает количество снимаемых копий. 60
Цель изобретения — увеличение количества вторичных копий, снимаемых с упрочненных первичных копий решеток. у
Поставленная цель достига= òñÿ тем, что согласно способу упрочне-яия копий дифракционных решеток„ включающему ионнун1 бомбардировку слоя металла, в котором сформированы штрихи копий решеток, бомбардировку слоя металла проводят ионами массой„ равной или большей массы атомов металл- со средним проекционным пробегом, равным или большим 0,8 толщины слоя металла, и дозой 6 10 9 б ° 1014 ион/см2, после чего на слой металла наносят защитный слой из химически малОактивногО материала и повторяют бомбардировку " дозой облучения 6 ° 101 — 6 10 ион/см2.
Копии дифракционных решеток по предлагаемому спссобу изготавливаются в следующей последовательности.
С дифракционной решетки-матрицы снимается КОпия с тОлщинОй металли ческого слоя, например алюминия, равной 0,1 — 0,15 мкм. Затем слой металла бомбардируют ионами элементов массой, равной или большей массь атомов металла, с энергией, г.ри которой средний пробег иона Тр > 0,8 d где d - толщина слоя металла и дозой заключенной н интере
2 вале 6 10 - 6 10 ион/см —.
Затем на слой металла наносят любым известным способом, защитный слой, например 8iO g, Si> N,1 > A 02 0 Hh вновь бомбардируют теми же ионами и с той же энергией,, íî - go=Ioé Облучения, заключенной в интервале
6 10 4 6 1015 ион/см2
При бомбардировке слоя металла бомбардирующие ионы н прОЦЕСсе УПРУгих столкновений передают большую ,,часть своей энергии атомам с::.оя ме галла, в результате чего пос .åäIIèå в большом количестве вбиваются н подложку. Благодаря этому слой металла прочно " пришивается" к полиэфирной смоле. Экспериментальным и теоретическим путем установлено„ что процесс "пришивания" слоя металла
К ПОЛИЭфИРНОй СМОЛЕ ПРОИСХОДИТ ПРИ бомбардировке ионами любых элементов.
Однако наибольшая эффективность процесса наблюдается при бомбарнирОНКЕ ионами элементов массой, равной или большей массы атомон бомбардируемого металла.
Кроме того, экспериментальными расчетным путем установлено, что наибольшая прОчность сцепления слоя металла с подложкой достигает"я при выполнении определенного соотношения между величиной среднего проекционного пробега бомбардирующего:лона
Ар и толщиной слоя металла d a именноТ > 0 8 d. Это объясняется тем, что каскад атомных столкновений. который развивается при торможении бомбардирующего иона н слое металла должен пересекать границу раздела
1051481
Составитель B. Кравченко
Редактор М, Рачкулинец Техред М.Гергель Корректор И. Эрдейи
Заказ 8660/45 Тираж 511 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 слой металла-полиэфирная смола, а это происходит при выполнении вышеуказанного условия.
Следует отметить, что указанное соотношение междунар и и легко и однозначно выполняется путем соответствующего вь.бора энергии бомбардирующего иона
Нижняя граница интервала доз бомбардировки обусловлена тем, что при меньших дозах облучения не происходит 3,. летного увеличения прочности сцепления слоя металла, например алюминия, с полиэфирной смолой. Верхняя гран лца дсэ б 10" ион/см2 обусловил;.на тем, что при этой дозе 15 еще не ..роксходит изменения физикохимических câîéств полиэфирной смолы.
Выбор SiOg, Si>I14,Al 0> n Rh в ка" честве защитных слоев обусловлен тем, что э=о наименее химически ак.- 2О тивные покрытия. Однако прочность сцепления слоев из этих материалов недостаточная (пленки легко отделяются от алюмкння липкой лентой). Поэтому после нанесения защитной пленки 25 операция бомбардировки повторяется.
Однако,. как показывают экспериментальные исследования, необходимая прочность сцепления защитных слоев с алюминлем достигается при бомбардировке, î"-. a a azepaasre 6 . 1014 б 10 ион/cM2 ° Нижняя граница ин(5 тервала обусловлена тем, что при меньших дозах бомбардировки заметного увеличени прочности сцепления защитных слоев с алюминием не наблюдается. С другой стороны. бом. бардировка дозами более 6 10 ион/см приводит к росту интенсивности рассеяного света вследствие неравномерного распыления защитного слоя, что ведет 40 к .-.удшению качества копий дкфракционной решетки.
П р и и е р. Проводят упрочнение копи . дкфракционных решеток. С дифракционной решетки-матрицы из готавливают копии с толщиной алюминия 0,1 мкм. В качестве материала ко пии служит полиэфирная смола, нанесенная на подложку из стекла. Затем слой алюминия бомбардируют на ионном ускорителе ИЛУ-3 ионами фосфора с энергией 80 кэВ. Доза облучения
3 10 4 ион/см, плотность тока 12 мкй см — . Затем на поверхность алюминия наносят слой двуокиси кремния толщиной 250 А методом вакуумного распыления. Пленку двуокиси кремния бомбардируют ионами фосфора с энергией 40 кэВ. Доза облучения
6 10 14 ион/см, плотность тока
1-2 мкА см
У изготовленных таким образом копий дифракционных решеток проверяют оптические характеристики, а также микрорельеф поверхности. Прочность сцепления слоев проверяют многократным копированием. Эти исследования показывают,,что прочность сцепления слоя алюминия с полиэфирной смолой, нанесенной на подложку из стекла, так же, как и пленки окиси кремния с алюминием возростает, что позволяет использовать эти копии в качестве копий-матриц для вторичного много-, кратного копирования.
Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известным как увеличение механической прочности сцепления слоя металла с полиэфирной смолой, нанесенной на подложку из стек-. ла, так как увеличение механической прочности сцепления защитного слоя с металлом, что позволяет существенно увеличить количество вторичных копки, снимаемых с упрочнеиных копийматриц, при улучшении качества их изготовления.
