RU2548945C2 - Microstructural elements selecting electromagnetic emission and method of their manufacturing - Google Patents
Microstructural elements selecting electromagnetic emission and method of their manufacturing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2548945C2 RU2548945C2 RU2013120581/28A RU2013120581A RU2548945C2 RU 2548945 C2 RU2548945 C2 RU 2548945C2 RU 2013120581/28 A RU2013120581/28 A RU 2013120581/28A RU 2013120581 A RU2013120581 A RU 2013120581A RU 2548945 C2 RU2548945 C2 RU 2548945C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mesh structure
- film
- ray
- metal
- selection
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к конструкции и способу изготовления микроструктурных элементов для селекции электромагнитного излучения, выполненных в виде сеточных (как регулярных, так и нерегулярных) структур (в том числе с пространственно-профилированной поверхностью), таких как, например, резонансно-полосовые фильтры, преобразователи фазы и поляризации, дифракционные фокусаторы излучения и т.п., предназначенные для осуществления пространственной, частотной, фазовой и поляризационной селекции электромагнитного излучения, топология которых подбирается таким образом, чтобы обеспечить заданные электродинамические характеристики структуры.The present invention relates to a design and a method of manufacturing microstructural elements for the selection of electromagnetic radiation, made in the form of a grid (both regular and irregular) structures (including spatially profiled surface), such as, for example, resonant-band filters, converters phases and polarizations, diffraction focusers of radiation, etc., designed for spatial, frequency, phase and polarization selection of electromagnetic radiation, top The biology of which is selected in such a way as to ensure the given electrodynamic characteristics of the structure.
В качестве аналога выбраны конструкция и способ [описанные в работе Reinhard Ulrich - Interference Filters for the Far Infrared // Applied Optics, October 1968, Vol.7, №10, pp.1987-1996], где конструкция металлической сеточной структуры (МСС) представляет собой тонкопленочную медную структуру толщиной ~ 1 мкм, сформированную с использованием фотолитографии на поверхности поддерживающей политилен-терефталатной пленки толщиной ~ 2,5 мкм (см. Фиг.1).The design and method [described by Reinhard Ulrich - Interference Filters for the Far Infrared // Applied Optics, October 1968, Vol.7, No. 10, pp.1987-1996], where the design of the metal mesh structure (MCC), were selected as an analogue represents a thin-film copper structure with a thickness of ~ 1 μm, formed using photolithography on the surface of a supporting polyethylene-terephthalate film with a thickness of ~ 2.5 μm (see Figure 1).
Устройство, выбранное в качестве аналога, имеет следующий главный недостаток, обусловленный «присутствием» в сформированных в металлическом слое отверстиях поддерживающей полимерной пленки, выражающийся как в паразитных диссипативных потерях энергии селектируемого электромагнитного излучения в материале полимерной пленки, так, в общем случае, и в искажении селективных свойств сеточной структуры.The device selected as an analogue has the following main drawback, due to the "presence" of the supporting polymer film in the holes formed in the metal layer, which is expressed both in spurious dissipative energy losses of the selectable electromagnetic radiation in the polymer film material and, in general, in distortion selective properties of the grid structure.
В качестве прототипа выбраны конструкция (см. Фиг.2а) и способ [описанные в работе Кузнецов С.А., Гольденберг Б.Г., Калинин П.В. и др. Разработка медных сеточных структур для частотной и пространственной селекции ТГц-излучения новосибирского лазера на свободных электронах // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2009, №9, с.38-49], где конструкция МСС представляет собой свободновисящую медную пленочную структуру толщиной ~ 80 мкм (сформированную с использованием глубокой рентгенолитографии на поверхности проводящей стеклоуглеродной подложки с использованием разделительного слоя из рения толщиной ~ 1 мкм, см. Фиг.2б).As a prototype, the design (see Fig. 2a) and the method [described in the work by Kuznetsov S.A., Goldenberg B.G., Kalinin P.V. et al. Development of copper grid structures for frequency and spatial selection of THz radiation from a Novosibirsk free electron laser // Surface. X-ray, synchrotron, and neutron studies, 2009, No. 9, pp. 38-49], where the MCC structure is a free-hanging copper film structure ~ 80 μm thick (formed using deep X-ray lithography on the surface of a conductive glassy carbon substrate using a rhenium separation layer thick ~ 1 μm, see Fig.2b).
Способ изготовления МСС-прототипа содержит следующие этапы:A method of manufacturing an MCC prototype comprises the following steps:
• подготавливают поверхность исходной электропроводящей подложки - стеклоуглеродной пластинки (планаризация и снижение шероховатости ее рабочей поверхности);• prepare the surface of the initial electrically conductive substrate - glassy carbon plate (planarization and reduction of the roughness of its working surface);
• формируют на ее рабочей поверхности резистивную маску (с применением синхротронной рентгенолитографии);• form a resistive mask on its working surface (using synchrotron X-ray lithography);
• проводят электрохимическое осаждение на рабочую поверхность подложки через резистивную маску металлического разделительного (рениевого) слоя толщиной ~ 1 мкм;• conduct electrochemical deposition on the working surface of the substrate through a resistive mask of a metal separation (rhenium) layer with a thickness of ~ 1 μm;
• проводят электрохимическое осаждение на рабочую поверхность подложки через резистивную маску металлической (медной) пленки толщиной ~ 10÷400 мкм;• conduct electrochemical deposition on the working surface of the substrate through a resistive mask of a metal (copper) film ~ 10 ÷ 400 microns thick;
• удаляют резистивную маску (удаление с рабочей поверхности остатков резиста, контроль геометрических размеров и качества осажденной сетки);• remove the resistive mask (removal of resist residues from the working surface, control of the geometric dimensions and quality of the deposited mesh);
• отслаивают металлическую сеточную структуру от исходной подложки;• peel the metal mesh structure from the original substrate;
• фиксируют металлическую сеточную структуру на несущей рамке.• fix the metal mesh structure on the supporting frame.
Недостатком прототипа является сложная технология его изготовления и обусловленные технологией трудности, возникающие при изготовлении тонких (толщиной ≤ 10 мкм) металлических сеточных структур, в частности, при проведении операции отслоения от исходной подложки пленочной сеточной структуры, что чревато ее повреждениями, особенно в случае формирования тонких (толщиной ≤ 10 мкм) металлических пленок. Также возникает ряд проблем и при изготовлении способом-прототипом очень толстых (толщиной ≤ 400 мкм) сеточных структур, поскольку типичная скорость гальванического роста металлических пленок ~ 10 мкм/час, то их выращивание будет длиться около недели (и, в общем случае, требует организации непрерывного процесса с автоматическим слежением и поддержанием требуемых параметров электролита, таких как температура, концентрация, уровень кислотности и др.). Поскольку физические параметры рассматриваемых микроструктурных элементов зависят не только от топологии металлической сеточной структуры в ее рабочей плоскости, но и от толщины данной структуры, то существует необходимость изготовления пленочных структур, толщины которых находятся за рамками ранее указанного диапазона, что обеспечит расширение номенклатурного ряда подобных устройств с новыми характеристиками.The disadvantage of the prototype is the complex technology of its manufacture and the difficulties caused by the technology that arise in the manufacture of thin (thickness ≤ 10 μm) metal mesh structures, in particular, during the peeling operation of the film mesh structure from the initial substrate, which is fraught with damage, especially in the case of thin (thickness ≤ 10 μm) of metal films. There are also a number of problems in the fabrication by the prototype method of very thick (≤ 400 μm thick) mesh structures, since the typical rate of galvanic growth of metal films is ~ 10 μm / hour, their growth will last about a week (and, in general, requires organization continuous process with automatic tracking and maintenance of the required electrolyte parameters, such as temperature, concentration, acidity, etc.). Since the physical parameters of the microstructural elements under consideration depend not only on the topology of the metal mesh structure in its working plane, but also on the thickness of this structure, there is a need to manufacture film structures whose thicknesses are outside the previously specified range, which will expand the range of such devices with new features.
Предлагаемая конструкция перфорированной металлизированной сеточной структуры (далее по тексту именуемой, как псевдометаллическая сеточная структура (ПМСС)), представляющая собой перфорированную полимерную металлизированную химическим способом пленку, и способ ее изготовления свободны от недостатков, свойственных прототипу.The proposed design of a perforated metallized mesh structure (hereinafter referred to as pseudo-metal mesh structure (PMSS)), which is a perforated polymer metallized chemically film, and the method of its manufacture are free from the disadvantages inherent in the prototype.
С целью снижения себестоимости микроструктурных элементов для селекции электромагнитного излучения, выполненных в виде сеточных структур и расширения их номенклатурного ряда, что достигается путем перехода на более простую технологию их изготовления, позволяющую формировать перфорированные (со сквозными отверстиями) металлизированные пленки (см. Фиг.3) в диапазоне толщин от нескольких микрометров до нескольких миллиметров (в том числе с пространственно-профилированной поверхностью), предлагается использовать способ, содержащий следующие технологические операции:In order to reduce the cost of microstructural elements for the selection of electromagnetic radiation, made in the form of grid structures and expand their product range, which is achieved by switching to a simpler technology for their manufacture, which allows to form perforated (with through holes) metallized films (see Figure 3) in the thickness range from a few micrometers to several millimeters (including with a spatially profiled surface), it is proposed to use a method containing a trace The most advanced technological operations:
1. подготавливают (очищают) поверхности рентгеночувствительной полимерной пленки и придают ей определенную заданную форму;1. prepare (clean) the surface of the x-ray sensitive polymer film and give it a certain predetermined shape;
2. создают в пленке при помощи рентгенолитографии скрытое изображение (проводят единичное (или многократное) экспонирование пленки рентгеновским излучением через рентгеношаблон);2. create a hidden image in the film using X-ray lithography (carry out a single (or multiple) exposure of the film by X-ray radiation through the X-ray template);
3. проявляют проэкспонированную пленку (в результате формируются профиль поверхности и сквозные отверстия);3. exhibit the exposed film (as a result, a surface profile and through holes are formed);
4. проводят осаждение металла на перфорированную полимерную пленку (металлизируют ее поверхность, например, химическим способом);4. carry out the deposition of metal on a perforated polymer film (metallize its surface, for example, by chemical means);
5. фиксируют полученную метализированную пленку на опорной рамке (кольце).5. fix the obtained metallized film on a supporting frame (ring).
В отдельных случаях фиксация пленки на опорную рамку может проводиться в самом начале и совмещаться с операцией 1, это не имеет принципиального значения.In some cases, fixing the film to the support frame can be carried out at the very beginning and combined with operation 1, this does not matter.
На фиг.1 схематично изображена конструкция выбранного в качестве аналога микроструктурного элемента для селекции электромагнитного излучения, где на поверхности полимерной пленки 1 сформирован перфорированный тонкий слой металла 2, а сама пленка зафиксирована на опорной рамке 3.Figure 1 schematically shows the design of a microstructural element selected as an analogue for the selection of electromagnetic radiation, where a perforated thin layer of
На фиг.2а схематично изображена одна из финальных стадий изготовления выбранного в качестве прототипа микроструктурного элемента, выполненного в виде сеточной структуры, где на поверхности стеклоуглеродной подложки 4 сформирована резистивная маска 5, через которую последовательно гальванически осаждены слои: тонкий разделительный рениевый слой 6 и медная пленка 2.Figure 2a schematically depicts one of the final stages of manufacturing a microstructural element selected as a prototype made in the form of a grid structure, where a resistive mask 5 is formed on the surface of the
На фиг.2б схематично изображена конструкция выбранного в качестве прототипа микроструктурного элемента, где «отслоенная» перфорированная медная пленка 2 зафиксирована на опорной рамке 3.On figb schematically shows the design of the selected as a prototype microstructural element, where the "peeled" perforated
На фиг.3 схематично приведена предлагаемая конструкция микроструктурного элемента в виде псевдометаллической сеточной нерегулярной структуры (ПМСС), где перфорированная полимерная пленка 1, покрытая тонким слоем металла 2, крепится на опорной рамке 3.Figure 3 schematically shows the proposed design of the microstructural element in the form of a pseudo-metal mesh irregular structure (PMSS), where the perforated polymer film 1, coated with a thin layer of
Пример конкретного исполнения. Для реализации предлагаемой конструкции микроструктурного элемента в виде ПМСС была взята лавсановая пленка толщиной 10 мкм и 100 мкм. Из нее были вырезаны круги диаметром ~ 60 мм, которые были проэкспонированы на ЛИГА-станции [описанной в работе Генцелев А.Н., Гольденберг Б.Г., Кондратьев В.И. и др. LIGA-станция на накопителе ВЭПП-3 // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2002, №9. С.30-35] через рентгеношаблон. Типичные величины экспозиционных доз при этом составляли ~ 200÷400 кДж/см3, затем пленки проявлялись в 9% водном растворе NaOH (при Т≈45°C) ~ 1 часа. На следующем этапе производилось химическое серебрение их поверхности (толщина осадка серебра ~ 1 мкм). После чего пленки фиксировались на опорной рамке (опорном кольце) и на обе поверхности пленок напылялся (для предотвращения корродирования серебра) тонкий (толщиной ~ 0,1 мкм) слой алюминия. Кроме того, по данной технологии также были изготовлены фильтры для терагерцового излучения из листового органического стекла толщиной 1 мм.An example of a specific implementation. For the implementation of the proposed design of the microstructural element in the form of PMSS, a dacron film 10 μm and 100 μm thick was taken. Circles with a diameter of ~ 60 mm were cut from it, which were exposed at the LIGA station [described in the work by Gancelev A.N., Goldenberg B.G., Kondratiev V.I. et al. LIGA-station on the VEPP-3 drive // Surface. X-ray, synchrotron and neutron studies, 2002, No. 9. S.30-35] through the X-ray template. Typical exposure doses in this case were ~ 200–400 kJ / cm 3 , then the films appeared in a 9% aqueous NaOH solution (at T≈45 ° C) ~ 1 hour. At the next stage, chemical silvering of their surface was performed (the thickness of the silver deposit was ~ 1 μm). After that, the films were fixed on the support frame (support ring) and a thin (~ 0.1 μm thick) layer of aluminum was sprayed (to prevent silver corrosion) on both surfaces of the films. In addition, filters for terahertz radiation from sheet organic glass with a thickness of 1 mm were also made using this technology.
Важным моментом является то обстоятельство, что химический способ осаждения металла обеспечивает металлизацию внутренних полостей отверстий, в результате чего вся поверхность полимерной подложки покрывается сплошной (электрически неразрывный) металлической пленкой, выполняющей роль скин-слоя при взаимодействии с излучением.An important point is the fact that the chemical method of metal deposition provides metallization of the internal cavities of the holes, as a result of which the entire surface of the polymer substrate is coated with a continuous (electrically inextricable) metal film acting as a skin layer in interaction with radiation.
Амплитудно-частотные характеристики терагерцовых фильтров, реализованных в виде ПМСС, соответствуют расчетам и являются приблизительно такими же, как и для металлических сеточных структур с аналогичной конфигурацией отверстий (поскольку за взаимодействие с электромагнитным излучением «отвечает» приповерхностный скин-слой), при этом технология изготовления ПМСС намного проще, чем ранее описанная технология получения МСС.The amplitude-frequency characteristics of terahertz filters implemented in the form of PMSS correspond to the calculations and are approximately the same as for metal mesh structures with a similar hole configuration (since the surface skin layer is “responsible” for the interaction with electromagnetic radiation), while the manufacturing technology PMSS is much simpler than the previously described technology for producing MSS.
Кроме того, как правило, металлизированная поверхность ПМСС характеризуется меньшей шероховатостью (которая в отдельных случаях влияет на селективные свойства микроструктурного элемента), по сравнению с полученными гальванопластикой толстыми образцами МСС (поскольку гальваническое выращивание толстых металлических пленок с гладкой поверхностью представляет собой отдельную техническую проблему).In addition, as a rule, the metallized surface of PMSS is characterized by a lower roughness (which in some cases affects the selective properties of the microstructural element), compared with electroforming thick samples of MCC (since galvanic growing of thick metal films with a smooth surface is a separate technical problem).
Изготовление микроструктурных элементов в виде сеточных (как регулярных, так и нерегулярных) структур с пространственно-профилированной поверхностью (в общем случае, придающей элементам новые функциональные свойства) предполагает создание плавного или ступенчатого распределения величины экспозиционной дозы по поверхности облучаемой полимерной пленки (либо листа), что затем выразится в различии скоростей травления разных участков поверхности в проявителе. Достичь этого можно разными способами:The manufacture of microstructural elements in the form of grid (both regular and irregular) structures with a spatially profiled surface (in general, giving the elements new functional properties) involves the creation of a smooth or stepwise distribution of the exposure dose over the surface of the irradiated polymer film (or sheet), which then translates into a difference in the etching rates of different surface areas in the developer. There are several ways to achieve this:
• проводя динамическую рентгенолитографию (при которой во время экспозиции осуществляется по определенному закону взаимное относительное движение обрабатываемой пленки (или листа) и рентгеношаблона),• conducting dynamic X-ray lithography (in which during the exposure, according to a certain law, the relative relative motion of the processed film (or sheet) and the X-ray pattern is carried out),
• применяя рентгеношаблон с разнотолщинным маскирующим слоем (т.е. его толщина является функцией от местоположения (от координаты) на рабочей поверхности шаблона),• using an X-ray template with a different thickness masking layer (ie, its thickness is a function of location (from coordinate) on the working surface of the template),
• проводя многократное экспонирование пленки (или листа), используя комплект из нескольких рентгеношаблонов и процедуру привязки (совмещения) их топологии с формируемым в полимере скрытым изображением;• conducting multiple exposure of the film (or sheet) using a set of several X-ray templates and the procedure for linking (combining) their topology with a latent image formed in the polymer;
• комбинируя вышеперечисленные способы.• combining the above methods.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013120581/28A RU2548945C2 (en) | 2013-05-06 | 2013-05-06 | Microstructural elements selecting electromagnetic emission and method of their manufacturing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013120581/28A RU2548945C2 (en) | 2013-05-06 | 2013-05-06 | Microstructural elements selecting electromagnetic emission and method of their manufacturing |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013120581A RU2013120581A (en) | 2014-11-20 |
RU2548945C2 true RU2548945C2 (en) | 2015-04-20 |
Family
ID=53289673
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013120581/28A RU2548945C2 (en) | 2013-05-06 | 2013-05-06 | Microstructural elements selecting electromagnetic emission and method of their manufacturing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2548945C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2764017C1 (en) * | 2020-11-12 | 2022-01-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт Ядерной Физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения (ИЯФ СО РАН) | Method for manufacturing self-supporting metal mesh structures for selection of electromagnetic emission |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2350996C1 (en) * | 2007-06-26 | 2009-03-27 | Институт ядерной физики СО РАН | Method for manufacture of litographic mask for liga-technology |
WO2010094441A1 (en) * | 2009-02-18 | 2010-08-26 | Rolic Ag | Surface relief microstructures, related devices and method of making them |
RU2421833C2 (en) * | 2010-01-18 | 2011-06-20 | Учреждение Российской академии наук Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) | Metal mesh structure and method of making said structure |
EA016932B1 (en) * | 2007-08-01 | 2012-08-30 | Броня ЦОЙ | Electromagnetic emission converter (variants) |
-
2013
- 2013-05-06 RU RU2013120581/28A patent/RU2548945C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2350996C1 (en) * | 2007-06-26 | 2009-03-27 | Институт ядерной физики СО РАН | Method for manufacture of litographic mask for liga-technology |
EA016932B1 (en) * | 2007-08-01 | 2012-08-30 | Броня ЦОЙ | Electromagnetic emission converter (variants) |
WO2010094441A1 (en) * | 2009-02-18 | 2010-08-26 | Rolic Ag | Surface relief microstructures, related devices and method of making them |
RU2421833C2 (en) * | 2010-01-18 | 2011-06-20 | Учреждение Российской академии наук Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) | Metal mesh structure and method of making said structure |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2764017C1 (en) * | 2020-11-12 | 2022-01-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт Ядерной Физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения (ИЯФ СО РАН) | Method for manufacturing self-supporting metal mesh structures for selection of electromagnetic emission |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013120581A (en) | 2014-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105448800A (en) | Manufacturing method for curved surface film circuit based on 3D printing technology | |
JP5855577B2 (en) | Method for manufacturing substrate for electronic amplifier, method for manufacturing electronic amplifier, and method for manufacturing radiation detector | |
JP7307413B2 (en) | Etching method for curved substrate | |
RU2548945C2 (en) | Microstructural elements selecting electromagnetic emission and method of their manufacturing | |
JP5804726B2 (en) | Manufacturing method of fine structure | |
RU2469369C2 (en) | X-ray lithographic template and method for production thereof | |
Greiner et al. | Fabrication techniques for multiscale 3D-MEMS with vertical metal micro-and nanowire integration | |
Yu et al. | Communication—Underpotential deposition of lead for investigating the early stages of electroless copper deposition on ruthenium | |
Han et al. | Elimination of nanovoids induced during electroforming of metallic nanostamps with high-aspect-ratio nanostructures by the pulse reverse current electroforming process | |
EP0297231A2 (en) | Electroforming shielding elements against electromagnetic pulses | |
KR20160145607A (en) | Deposition mask, method for producing deposition mask, and method for producing touch panel | |
KR101843035B1 (en) | Producing methods of the mother plate and mask | |
RU2421833C2 (en) | Metal mesh structure and method of making said structure | |
Wang et al. | Selective patterning of conductive silver on polyimide film by localized microplasma reduction and electroless deposition | |
RU2694155C1 (en) | Method of manufacturing single-electron monatomic transistors with a transistor open channel and a transistor manufactured in this way | |
Cho et al. | Single-and multi-directional slanted plasma etching of silicon under practical plasma processing conditions | |
US9801284B2 (en) | Method of manufacturing a patterned conductor | |
DE102005011345A1 (en) | Method for producing nanostructure on substrate involves irradiating of defined surface of substrate through ions, introduction of irradiating substrate into a supersaturated solution and removal of substrate form solution | |
CN104319211A (en) | Electrode plate manufacturing method | |
Hsu et al. | X-ray-induced Cu deposition and patterning on insulators at room temperature | |
Kuznetsov et al. | Development of metal mesh based quasi-optical selective components and their applications in high-power experiments at Novosibirsk terahertz FEL | |
JP2014105374A (en) | Stretchable metal mesh and method for manufacturing the same | |
Zaffino et al. | Efficient proton acceleration from a 3 TW table-top laser interacting with submicrometric mass-produced solid targets | |
RU2431882C1 (en) | Method of making liga template | |
TWI722290B (en) | Manufacturing method of wiring board |