Голографический способ исследования и контроля фотоэлектретных свойств фототермопластических материалов на основе полимерных полупроводников

 

ГОЛОГРАФИЧЕСЖИЙ СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ ФОТОЭЛЕКТРЕТНЫХ СВОЙСТВ ФОТОТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЬ Х ПОЛУПРОВОДНИКОВ , включающий зарядку поверхности пленки из полимерного полупроводника зарядами положительного или отрицательного знака, запись голограммы путем экспонирования ин ерференционной картиной плоского JBpлиoвoгo фронта и повторной зарядки поверхности зарядами того же знака, что и при первоначальной зарядке, проявление скрытого электростатического изображения путем нагрева, закрепление полученного рельефа поверхности путем охлаждения, восстановление изображения и измерение дифракционной эффективности, по которой судят о свойствах фототермопластических материалов, о тли ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повынения информативности и улучшения качества контроля, часть поверхности пленки полимерного полупроводника перед повторной зарядкой разряжают в темноте до потенциала подложки и по отношению дифракционных эффективностей разряженной до потенциала подложки голограммы и гологра 1Ы, не подвергнутой разрядкеi p и ч i вычисляют уровень паразитной памяти Р фототермопластического материала Tio формуле v;- г-yip 1 , Е , kd Yt m зе+1 2 авеличину объемного заряда Од по формуле . fhl ли f. i где Р - средняя плотное локализованного o6b--Q емного заряда; d - толиина пленки полимерного полупроводника; - амплитуда изменений плотности поверхностного заряда неразряженной голограммы; ди - глубина потенциального рельефа неразряженной голограммы .после экспонирования - диэлектрическая пр6г| ницаемость фототермопластического материала; m - коэффициент модуляции интенсивности света, экспонирующего фототермоплас .тический материал/ при перемещении вдоль поверхности пленки;

,.,SU„„549 .. А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5В- (03 Н 1/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВ

j)3, 1 т р в темноте до потенциала подложки и по отношению дифракционных эффективностей разряженной до потенциала подложки голограммы и гологра ы, не подвергнутой разрядке 1 и, вы числяют уровень паразитной памяти P фототермопластического материала по . Р, 1, (,, kd

Н m ЗЕ+1 2 а величину объемного заряда р по формуле .

ЬО ЕЕ я, /Я п 38+ 4 Р м

g/2 где

Я вЂ” средняя плотное локализованного объ- (21) 3502796/18-25 (22) 18.10.82 (46) 30.04.84. Бюл. Р 16 (72) И.Ю.Баженов, tO.N.Áàðàáàø, Д.A.Ãðèíüêî, 31.A.Çàáîëîòíûé,Н.Г.Кув-, шинский, Н.Г.Находкин, Н;И.Соколов, В.В.Теологов и Н.Г.Чуприн (71) Киевский ордена Ленина государственный университет им.Т.Г. Шевченко (53) 772.99(088.8) (56) 1. Регистрирующие среды для изобразительной голографии и киноголографии. Л., Наука, 1979, с. 119-143. .2. Фундаментальные основы оптической памяти и среды. Киев, Высшая школа, 1979, вып. 10, с. 113120 (прототип), (54) (57) ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ ФОТОЭЛЕКТРЕТНИХ СВОЙСТВ ФОТОТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИУ.

МАТЕРИАЛОВ НА OCPOBE ПОЛЮеЕРНРХ ПО

ЛУПРОВОДНИКОВ, включающий зарядку по верхности пленки из полимерного полупроводника зарядами положительного или отрицательного знака, запись голограммы путем экспонирования интерференционной картиной плоского волнового фронта и повторной зарядки поверхности зарядами того же знака, что и при первоначальной зарядке, проявление скрытого электростатического иэображения путем нагрева, закрепление полученного рельефа поверх-. ности. путем охлаждения, восстановление изображения и измерение дифракционной эффективности, по которой судят о свойствах фототермопластических материалов, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности и улучшения качества контроля, часть поверхности пленки полимерного полупроводника перед повторной зарядкой разряжают емного заряда; толщина пленки полимерного полупроводникау амплитуда изменений плотности поверхностного заряда нераэряженной голограммЫ; глубина потенциального рельефа неразряженной голограммы, после экспонирова ния. диэлектрическая про; ницаемость фототермопластического ма-; териала; коэффициент модуляции интенсивности света, экспонирующего фототермоплас.тический материал, при перемещении вдоль поверхности пленки;

1089549

40 p $ Е Фд в ЗЕ+ 2

55 — пространственная частота плоского волнового Фронта, экспонирующего гоИзобретение относится к голографии, использующей запись на термопластических слоях.

Известен способ исследования и

-контроля последовательной фотопластической .записи, который включаем зарядку поверхности тонкой пленки однослойного фототермопластического материала (ФПМ) с помошью зарядного устройства и проецирование на ее поверхность светового изображения. При этом создается скрытое электростатическое . изображение, представляющее собой модулированный по амплитуде, в соотвествии с проецируеМьм световым изображением, поверхностный и.объемный заряды. Электростатическое изображе ние проявляют путем размягчения пленки, например путем нагрева..Образовав. шийся геометрический рельеф закрепляют путем охлаждения CIIN 313.

Однако образование объемного заряда приводит к значительному снижению отношения сигнал/шум и увеличению нелинейных искажений при многократной записи и стирании изображений, что не позволяет использовать

ФПМ с заметным накоплением объемного заряда в качестве динамической регистрирующей среды. Указанный способ не позволяет разделить вклад по-верхностного и объемного зарядов в геометрический рельеф поверхности

ФПМ, а также не позволяет регистрировать геометрический рельеф поверхности значительно меньше длины волны восстанавливающего иэображения света, а значит, и малые переменные составляющие поверхностного и объемного зарядов.

Наиболее близким к предлагаемому является голографический способ исследования и контроля фотоэлектрет-, ных свойств фототермопластических материалов на основе полимерных полупроводников,. включающий зарядку поверхности пленки из полимерного полупроводника зарядами положительного или отрицательного знака, записи голограммы экспонированием интерференционной картиной плоского волнового фронта, повторной зарядкой поверхности зарядами того же знака, что и при первоначальной зарядке, проявление скрытого электростатического изображения путем нагрева, закрепление полученвого рельефа поверхности лограмму, Е = 8,85 .

110 Р ф/м, по которым судят об фотоэлектретных свойствах фототермопластических материалов. путем охлаждения, восстановление изображения и измерение дифракцион ной эффективности по которым судят о свойствах фототермопластических

5 матерйалов (2 ).

Такой способ позволяет регистри ровать геометрические рельефы поверхности значительно меньше длины волны восстанавливающего когерентного ese)0 та, а значит, и малые переменные составлякнаие поверхностного и объемного эар щов. однако он не позволяет. регистрировать отдельно рельефы, связанные с объемным и поверхностным

15 зарядами пленки полимерного полупроводника, и не может быть использован для измерения объемного локализованного заряда.

Цель изобретения — повышение информативности и улучшение качества контроля. Фототермопластических материалов.:

Поставленная цель достигается тем, что согласно голографическому- способу исследования и контроля фотоэлект 5 ретных свойств фототермо=;ластических материалов на основе полимерных полупроводников, включающему зарядку поверхности пленки из полимерного полупроводника зарядами положительного

ЗО или отрицательного знака, запись голограммы путем экспонирования интерФеренционной картиной плоского волнового фронта, повторной зарядки поверхности зарядами того же знака, что и первоначальной зарядке, проявление скрытого электростатического иэображения путем нагрева и эакреп ление полученного рельефа поверхности путем охлаждения, восстановление изображения и измерения дифракционной эффективности, по которой судят о свойствах фототермопластических материалов, часть поверхности пленки полупроводника перед повторной. зарядкой разряжают в -темноте до потенциала подложки и по отношению дифракционных эффективностей разряженной до потенциала подложки голограммы и голограммы, не подвергнутой разрядке р и, вычисляют

50 уровень паразитной памяти р фототермопластического материала по Формуле

1089549

ia величинУ объемного заРЯДа Оо по фоРмУле 10 ŠŠ٠— У-. О 2

4РЙ m >a g Ър

Р д/2 где . р а6 ..Р— средняя плотность локализованного объемного заряда;

d †.толщина пленки полимерного полупроводника;

-.амплитуда изменения плотности поверхност.-15 ного заряда незаряженной голограммыу

Ь0 — глубина потенциального рельефа. неразряженной голограммы,Я после экспонированиями

Е . — диэлектрическая проницаемость фототермопластического материалау . . 25 . m — коэффициент модуляции интенсивности света, экспонирующего фототермопластический материал, при перемещении вдоль поверхности пленкиу к . — пространственная час- тота плоского волнового фронта, экспонирующего голограмму

Ео = 8,85.10 к Ф/м, . по которым судят о фотоэлектретных свойствах фототермопластических материалов.

При осуществлении способа снача- 40 ла проводят зарядку поверхности пленки с помощью зарядного. устройства, экспонируют интерфференционной картиной, -образованной опорным и предметными пучками., 45

После разрядки поэерхкости пленки .до потенциала подложки на поверхности остается заряд, экранируюший объемный, величина которого .:.определяется величиной и характеРом Распределения объемного заряда по толщине пленки полимерного полупроводника, его диэлектрической проницаем6стью и пространственной частотой распределения объемного заряда вдоль ! поверхности. Поверхностный экранирующий заряд модулирован в соответствии с объемным зарядом, имеет противоположный знак и удерживается на поверхности пленки электростатичес-. кими силами. Повторная зарядка по-..- 60 верхности зарядами того же знака, что и при первоначальной зарядке, приводит к увеличению постоянной составляющей плотности поверхностного заряда при сохранении переменной, g5 составляющей поверхностного заряда, т.е. происходит увеличение произве дения, которое определяет деформирующую силу скрытого изображения.

Величина образовавшегося после проявления и закрепления геометрического рельефа пропорциональна — прит 1 о о

° где 4о — постоянная составляющая — .плотности поверхностного заряда; фо — средняя по толщине пленки полимерного полупроводника плотность локализованного заряда;щ - коэффициент модуляции интенсивности экспонирующего света; к — пространственная частота интерференционной картины плоского волнового фронта.

Геометрический рельеф, возникающий.после проявления и закрепления

ФПМ, не подвергавшегося операции разрядки, будет пропорционален G а4 при.й6/до а< 1, где sly - амплитуда модуляции поверхностного заряда после экспонирования. Поскольку разряженная и не подвергавшаяся разрядке голограммы получены на одной подложке из одного ФПМ, экспонировались, проявлялись.и закреплялись в одина1М ковых условиях, то:.д ß пропор1 р„а ционально Ф вЂ” — . При q p $ 4 О, 1,.

ЬО fed где :yp â€, дифракционная эффективность. разряженной голограммыу

Ч, - дифракционная эффективность неразряженной голограммыу

d - толщина пленки полимерного полупровoдника.

Расчет, выполненный на основании уравнений для деформации ФПИ полем поверхностных и объемных сил, дает выражение Ър,а За+1 д ка Е прн 1 5с кй C5, где Е - диэлектрическая проницаемость полимерного полупроводника.

Амплитуда поверхностного потенциального рельефа связана с образованием объемного заряда в слое ФПМ и изменением плотности поверхностного заряда вследствие проводимости соотношением

47fd36 0

23ip а

ЕЕо Е <о где ДО - глубина поверхностного потенциального рельефа;

Ео -8.85.10- г

1089549 р аи.

ПараметР р е есть уРовень а6 i паразитной памяти по скрытому элект- ростатическому иэображению, который определяется отношением потенциального рельефа, связанного с образованием объемного заряда и приводяи;его к паразитной памяти, к потен.циальному рельефу, связанному с объ-. емной фотопроводимостью полимерного полупроводника, благодаря которой образуется полезный, легко стираемый нагревом рельеф. На чертеже представлен график .зависимости корня квадратного из дифракционной эффективности разряжеиной голограммы (кривая 1) и не подверженной разрядке голограммы (кривая 2) от экспозиции для ФПМ, приготовленного на основании. органического полимерного полупроводника 20 поли-(N-винилкарбазола), сенсибилизированного 2,4,7-тринитрофлуореноном.

Пример . ФПМ, представляющий собой сополимер 9-винил и 9пропенилкарбазола, сенсибилизированный 4 вес. Ъ 2,4,7-тринитрофлуоренона, нанесен на стеклянную под- ложку с проводящим слоем из двуокиси олова равномерным слоем толщиной

1,8 мкм = 1,8 10 м. Диэлектрическая проницаемость ФПМ, полученная из о .тических измерений, K= 2,8. ФПМ заряжают при потенциале коронируюшей нити 14 кВ до потенциала поверхности 35

240 B. После зарядки осуществляют регистрацию голограммы плоского волнового фронта по симметричной схеме с интенсивностью света 3 = 2 Вт/м

Пространственная частота записи 40

К = 2 Р N = 1,4-10 1/м, т.е. kd = 2,5.

Используемый источник когерентного света - лазер типа ЛГ-38. Длительность экспозиции 20 мс. Спад поверхностно" го потенциала в результате экспози- 45 ции составляет 20 B. Разрядка может быть проведена, например, путем помещения части подложки в раствор электролита (поваренной соли) и ополаскивания дистиллированной водой или путем разрядки в коронирующем. устройстве. Разрядка и последующие операции проводятся в темноте. Повторная зарядка осуществляется в том же коронирующем устройстве до максимального потенциала поверхности. Проявление55 записи осуществляют одним прямоугольным импульсом тока длительностью 1 мс (напряжение проявленйя 200 В), сопротивлением проводяшего подслоя 90 Ом.

После охлаждения измеряют дифракционт60 ные эффективности обеих полученных голограмм. Измерение интенсивности света производится с помощью фотоприемника чувствительностью 100 Вм /Вт.

Дифракционная эффективность неразря- 65 женной голограммы составляет

«7 ° 10 2, .а голограммы, подвергшейся разрядке, (,вЗ ° 10 . По приведенным формулам вычйсляют уровень паразитной памяти

КР 1 1а е ЗЕ+ 2 где gð*3-10 .; 1= 7--10; m = 1;.

2,8 kd 2,5. Получаем P 2,5 ° 10" .

Следовательно, сополимер 9-винил и

9-пропенилкарбазола, сенсибилизированный 4 вес.Ъ 2,4,7-тринитрофлуоренона, .является. хорошим ФПМ для заайси голограмм в динамическом режиме.

Среднюю плотность локализованного заряда вычисляют по формуле о р Ю где d 1,8, 10 м,; 6=2,8; m r 1;

kd = 2,5. ь0 приближенно определяем из спада поверхностного потенциала

Ч при экспозиции d 0 = 2V,,р 3 10 1 = 7.10"2 . Получаем р *0,29 Кл/мЗ. о

Величина рд определяется энергетическим спектром электронов используемого полимерного полупроводника и может быть использована для исследования его зонной структуры..

Предлагаемый способ исслепования и контроля фотоэлектретных свойств полимерных полупроводников позволяет получить важные характеристики используемых ФПМ, исследовать свой.ства полимерных полупроводников, усовершенствовать процесс контроля за качеством приготовления фотопластического слоя, упростить и ускорить определение свойств полимерных полупроводников и ФПМ на их основе при посредстве несложных операций и . расчетов и не требует каких-либо новых измерительных приборов и .измерительных операций по сравнению с обычно используемыми при работе с фототермопластическими средами. Предлагаемый способ измерения локализованного заряда обладает высокой чувствительностью, является нераэрушающим и не изменяет свойств изученных им полиме1ъУиых полупроводников и ФПМ, не требует какой-либо специальной формы образцов и может быть применен к стандартиыч, используемым на предприятии образцам. Поэтому предлагае мый способ исследования и контроля фотоэлектретных свойств полимерных полупроводников может найти широкое применение s процессе изучения этих материалов, при контроле качества приготовления однослойными ФПМ в процессе их разработки, производства, работы и хранения.

1089549

Ор

gg ЭкслОрщия, Дк К-

Заказ 2931/44 Тираж 464 Подписное

ВНИИПИ ГосударственноГо комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, 1".осква, Ж"35, Раущская:наб., д. 4/5

Филиал ППП. Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Е.Артамонова

Редактор Н.Безродная Техред Ж.Кастелевич Корректор И Зрдейи,