كيف تصنع فيلم نشر الضوء؟

تتمثل طريقة تحضير فيلم انتشار الجسيمات في طلاء سطح الركيزة بطبقة راتنج ممزوجة بالجسيمات (مثل TiO2). ويتحقق تأثير انتشار الضوء من خلال اختلاف معامل الانكسار بين الجسيمات المخدرة والراتنج المكون للفيلم. ومع ذلك، نظرًا لصعوبة التحكم نسبيًا في توحيد تشتت الجسيمات، فإن فيلم انتشار المنتج المُعد له عيوب النفاذية المنخفضة ونطاق الضباب الصغير.

مع تطور تكنولوجيا تصنيع النانو متناهية الصغر الأكثر تقدماً ومنخفضة التكلفة في السنوات الأخيرة، بدأ الباحثون في استكشاف تحسين الخصائص البصرية لأغشية الانتشار من خلال البنية المجهرية السطحية. يمكن تقسيم تكنولوجيا تصنيع النانو متناهية الصغر إلى ثلاثة أنواع: تكنولوجيا الرسومات المستوية وتكنولوجيا الرسومات المسبارية وتكنولوجيا الرسومات النموذجية.

يكمن جوهر تقنية الرسومات المستوية في خصائص التصوير المتوازي. وتتميز بنمط التصميم على القناع الذي يتم تصويره على ركيزة مسطحة عند تعريض واحد. التعريض الضوئي هو طريقة التصوير السائدة في تقنية الرسومات المستوية، أي ما يسمى بطريقة "الطباعة الحجرية". وتتمثل أكبر ميزة لها في معدل الإخراج العالي. على الرغم من أن التعريض الضوئي يستخدم بشكل رئيسي في تصنيع الدوائر المتكاملة، إلا أنه في السنوات الأخيرة، تم استخدام هذه العملية أيضًا على نطاق واسع في تكنولوجيا الأنظمة الدقيقة لصنع مجموعة متنوعة من الأجهزة الميكانيكية الدقيقة والموائع الدقيقة والأجهزة الكهروميكانيكية الدقيقة. تتم معالجة العملية المستوية بطريقة متوازية، أي أنه يتم تشكيل عدد كبير من البنى المجهرية الدقيقة في نفس الوقت. ولذلك، فإن العملية المستوية هي نوع من العمليات المناسبة للإنتاج بكميات كبيرة.

تقنية التصوير بالمسبار هي طريقة التصوير النقطي، أي أن التصوير يتكون عن طريق المسح نقطة بنقطة. ولا تشمل المجسات هنا مجسات الحالة الصلبة فقط مثل المجس المجهري النفقي المسحي ومسبار القوة الذرية المجهري بل تشمل أيضًا مجسات غير الحالة الصلبة مثل شعاع الأيونات المركزة وشعاع الليزر والشعاع الذري ومسبار التفريغ الذري ومسبار التفريغ الشراري المجهري. ومع ذلك، وبسبب خاصية المسح الضوئي نقطة بنقطة في عملية المسبار، فإن سرعة التصوير الخاصة به أقل بكثير من سرعة التصوير المتوازي في عملية المستوي، لذلك فهو غير مناسب للإنتاج بكميات كبيرة ولكنه أكثر ملاءمة للمعالجة النانوية الدقيقة في البحث العلمي.

تتمثل عملية رسم النموذج في نسخ الهياكل النانوية الدقيقة المقابلة باستخدام قوالب بحجم النانو الدقيقة. وتشمل هذه القوالب
تقنية البصمة النانوية وتقنية صب البلاستيك وتقنية صب القوالب. البصمات النانوية هي استخدام الطوابع التي تحتوي على أنماط نانوية للطبع على طبقة البوليمر العضوية اللينة، والتي يمكن أن تعيد إنتاج عدد كبير من الأنماط النانوية بتكلفة منخفضة. وقد استُخدمت تقنية البصمة النانوية على نطاق واسع في تصنيع ترانزستورات الأغشية الرقيقة العضوية والبنية المجهرية المرنة الحيوية وما إلى ذلك. تقنية القولبة هي تقنية قولبة البلاستيك التقليدية، وحجم هيكل القولبة أكثر من ميكرون، وتستخدم في الغالب لتصنيع الموائع الدقيقة والرقائق الحيوية. تقنية القولبة هي أيضًا تقنية تصنيع دقيقة منخفضة التكلفة. وتشمل تقنية الصب صب البلاستيك وصب المعادن. ويمثل كل من التشكيل والصب امتداداً لتكنولوجيا المعالجة التقليدية في مجال الصب والنانو. إن سرعة التشكيل في الصب والقولبة سريعة، لذا فهي أيضًا عملية مناسبة للإنتاج بكميات كبيرة.

يوفر تطوير تقنية المعالجة النانوية الدقيقة المذكورة أعلاه فكرة جديدة لتصنيع أغشية الانتشار الضوئي البارزة على السطح. وقد تم الإبلاغ عن بعض الطرق، مثل بصمة الأسطوانة الضاغطة [25ص 46]، والطباعة الحجرية للانتشار [36ص 47]، والنقش الساخن [48-50]، والتجميع الذاتي [39] والحفر متساوي الخواص [51]. قام هوانغ من جامعة تايوان الوطنية وآخرون بالكثير من الأبحاث حول تصنيع غشاء الانتشار الضوئي لصفيف العدسات الأسطوانية، وطوروا التقنية المركبة لقولبة البثق وطبع الأسطوانة (كما هو موضح في الأشكال 1-4) لمعالجة غشاء الانتشار الضوئي لصفيف العدسات العمودية. يتم نسخ البنية المجهرية للأسطوانة مباشرة إلى اللوحة المبثوقة، ويتم تحقيق الإنتاج المستمر. تستخدم طريقة بصمة أسطوانة البثق الطارد مع قالب لتصنيع ألواح حبيبات PC وPMMA. تُنقل البنية المجهرية الموجودة على سطح القالب إلى سطح طبقة الانتشار الضوئي المحضرة بطريقة البصمة. تحتوي طبقة الانتشار الضوئي المحضرة في التجربة على ناشر ضوئي بالداخل ويكون السطح ذو بنية مجهرية. ومع ذلك، فإن المعدات التي تتطلبها هذه الطريقة باهظة الثمن، ولا يزال من الصعب بثق طبقة الانتشار بسماكة أقل من 500 ميكرومتر.

أجرى فريقا سونغ-إيل تشانغ وجون-بو يون من قسم الهندسة الكهربائية وعلوم الحاسوب في المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا المتقدمة أبحاثاً مثمرة حول تصنيع صفائف العدسات الدقيقة ذات نسب عرضية عالية باستخدام الطباعة الحجرية بالانتشار (كما هو موضح في الشكل 1-5). تتمتع الطباعة الحجرية بالانتشار بالقدرة على تصنيع بنى نانوية متناهية الصغر ذات نسبة عرض إلى ارتفاع يمكن أن تحقق أنماط إشعاع جناح الخفاش. ومع ذلك، يتطلب إعداد بنية ذات نسبة عرض إلى ارتفاع عن طريق الطباعة الحجرية بالانتشار تحكمًا صارمًا في معلمات التعريض ومعلمات إزالة القوالب.

النقش على الساخن هو طريقة معالجة يتم فيها إعداد البنية المجهرية على سطح القالب ثم نقلها إلى سطح البوليمر عن طريق الطباعة. عادةً ما تستخدم القوالب المنقوشة على الساخن التشكيل الكهربائي لنقل النمط من المقاومة إلى سطح صفيحة النيكل [52-53]. في عملية النقش الساخن، يمكن أن يؤدي ضبط درجة الحرارة في عملية النقش الساخن إلى تحسين توحيد وعمق بنية النقل، ولكن درجة الحرارة المرتفعة جدًا أو المنخفضة جدًا ستؤثر على نتائج تكرار البنية. وبالمثل، فإن الضغط المنخفض جدًا سيؤدي إلى شكل وحجم غير متساوٍ للبنية المجهرية؛ وقد يؤدي الضغط الشديد إلى تصادم القالب والعينة، وبالتالي تدمير البنية المجهرية على القالب.