Отработка и исследование процесса получения фотонно-кристаллических пленок методом центрифугирования
Авторы: Панфилова Е.В., Гришаев Н.А.
Опубликовано в выпуске: #4(112)/2021
DOI: 10.18698/2308-6033-2021-4-2073
Раздел: Металлургия и материаловедение | Рубрика: Нанотехнологии и наноматериалы
Рассмотрен один из перспективных методов формирования упорядоченного массива микросфер полистирола из коллоидной суспензии — центрифугирование. Простота и доступность способа обусловливают рациональность его применения в операции осаждения качественных упорядоченных планарных фотонно-кристаллических структур для устройств нанофотоники, наноэлектроники, сенсорики и систем безопасности. Приведено теоретическое описание происходящего при центрифугировании суспензии процесса самоорганизации коллоидных микросфер в упорядоченную структуру, так называемую опаловую матрицу. Показаны технологическое оборудование и оснастка, необходимые для реализации метода в лабораторных условиях. Рассмотрены технологические факторы, влияющие на отражение в области фотонной запрещенной зоны формируемых структур; построена и проанализирована математическая модель процесса центрифугирования коллоидной суспензии. Показаны подобранные основные режимы процесса центрифугирования, обеспечивающие приемлемое качество образцов.
Литература
[1] Busch K., et al. (ed.). Photonic crystals: advances in design, fabrication, and characterization. Weinheim, John Wiley & Sons, 2006.
[2] Zhou W., Fan S. Photonic Crystal Metasurface Optoelectronics. Academic Press, 2019.
[3] Baburin A.S., Ivanov A.I., Trofimov I.V., Dobronosova A.A., Melentiev P., Balykin V., Moskalev D.O., Pishchimova A.A., Ganieva L.A., Ryzhikov I., Rodionov I. Highly directional plasmonic nanolaser based on high-performance noble metal film photonic crystal. Nanophotonics VII. International Society for Optics and Photonics, 2018, vol. 10672, art. no. 106724D.
[4] Liu Y., Wang H., Ho J., Ng R.C., Ng R.J.H., Hall-Chen V.H., Koay E.H.H., Dong Zh., Liu H., Qiu Ch.-W., Greer J.R., Yang J.K.W. Structural color three-dimensional printing by shrinking photonic crystals. Nature communications, 2019, vol. 10, no. 1, pp. 1–8.
[5] Kuleshova V.L., Panfilova E.V., Prohorov E.P. Automated device for vertical deposition of colloidal opal films. 2018 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). Sochi, IEEE Publ., 2018, pp. 1–5. DOI: 10.1109/RUSAUTOCON.2018.8501782
[6] Bakhia T., Baranchikov A.E., Gorelik V.S., Klimonsky S.O. Local optical spectroscopy of opaline photonic crystal films. Crystallography Reports, 2017, vol. 62, no. 5, pp. 783–786.
[7] Markelonis A. R., Wang J.S., Ullrich B., Wai Ch.M., Brown G.J. Nanoparticle film deposition using a simple and fast centrifuge sedimentation method. Applied Nanoscience, 2015, vol. 5, no. 4, pp. 457–468.
[8] Toolan D.T.W., Fujii S., Ebbens S., Nakamura Y., Howse J. On the mechanisms of colloidal self-assembly during spin-coating. Soft Matter, 2014, vol. 10, no. 44, pp. 8804–8812.
[9] Xu Y., Schneider G., Wetzel E.D., Prather D.W. Centrifugation and spin-coating method for fabrication of three-dimensional opal and inverse-opal structures as photonic crystal devices. Journal of Micro/Nanolithography, MEMS, and MOEMS, 2004, vol. 3, no. 1, pp. 168–174.
[10] Xu Y., Schneider G., Wetzel E.D., Prather D.W. Fabrication of self-assembled photonic-crystal structures by centrifugation and spin coating. Lithographic and Micromachining Techniques for Optical Component Fabrication II. International Society for Optics and Photonics, 2003, vol. 5183, pp. 16–24.
[11] Galle L., Ehrling S., Lochmann S., Grothe J. Conductive ITO Interfaces for Optoelectronic Applications Based on Highly Ordered Inverse Opal Thin Films. ChemNanoMat, 2020, vol. 6, no. 4, pp. 560–566.
[12] Nishijima Y., Ueno K., Juodkazis S., Mizeikis V., Misawa H., Tanimura T., Maeda K. Inverse silica opal photonic crystals for optical sensing applications. Optics express, 2007, vol. 15, no. 20, pp. 12979–12988.