СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА Российский патент 2000 года по МПК H01L21/26 G09C5/00 

Изобретение относится к прикладной физике и касается технологии модификации поверхности твердого тела для формирования водоотталкивающего покрытия, скрытого изображения и т.п.

Известен способ модификации поверхности твердого тела для формирования скрытой маркировки, предусматривающий нанесение на поверхность невидимых в нормальных условиях изображений, основанных на различных физических или химических эффектах. Изображения выявляют с помощью соответствующих физических или химических методов (патент ФРГ по заявке N OS 3723856, G 09 C 5/00, G 06 K 1/12, B 44 F 1/00, 1989). В частности, на поверхность твердого тела наносят тонкий слой флуоресцирующего состава, который затем покрывают слоем непрозрачного в видимой области спектра красителя. Таким образом осуществляют невидимую маркировку автомобилей, оружия и т.п. (патент Франции по заявке N 2661271, G 09 C 5/00, 1991).

В аналогичных целях в поверхность встраивают элемент, обладающий механически контролируемыми физическими свойствами (патент США N 4763927, G 09 C 3/00, 5/00, B 42 D 15/00, 1988).

Однако указанные способы сложны и требуют от потребителя использования специальной контролирующей аппаратуры.

Наиболее близким к заявляемому является способ модификации поверхности твердого тела путем гидро- или маслофобизации с помощью химического прикрепления гидрофобной (маслофобной) пленки к подложке, выполненной из полупроводникового материала (патент ЕПВ 0548997, H 01 L 31/0216, 1993).

Однако данный способ может использоваться только для обработки полупроводников в ситуации, допускающей изменение материала поверхности, что ограничивает сферу его применения. Кроме того, известный способ сложен и требует использования специального сырья для нанесения гидро- или маслофобного покрытия.

Техническая задача предлагаемого способа заключается в его упрощении, а также в расширении сферы использования применительно к процессу нанесения скрытого изображения.

Для решения указанной задачи поверхность твердого тела гидрофобизуют обработкой потоком заряженных частиц (электронов, ионов или корпускулярного электронно-ионного потока).

При технической реализации предлагаемого способа поверхность твердого тела обрабатывают с помощью установки ионоплазменного травления, электронно-лучевой установки, магнетрона, аппарата коронного разряда и т.п.

В варианте использования предлагаемого способа для получения скрытого изображения маскируют участки поверхности, не подвергаемые модификации в соответствии с контуром наносимого изображения. При этом дозу потока заряженных частиц устанавливают из расчета визуальной неразличимости обработанных и маскированных участков в обычных условиях. Удобно выполнять маскирование участков поверхности нанесением штемпельной краски с помощью штемпеля.

При помещении твердого тела в среду с повышенной влажностью (здесь и далее под средой с повышенной влажностью понимается среда с давлением водяных паров выше равновесного при данной температуре поверхности твердого тела, т. е. при температуре поверхности ниже точки росы), обработанные участки визуально контрастируют с необработанными, в связи с чем в этих условиях глаз различает скрытое изображение. Контрастирование обработанных участков с необработанными происходит потому что на необработанных участках в силу их низкой гидрофобности микроскопические капли образовавшейся влаги лучше прилегают к поверхности тела и, следовательно, меньше искажают ход оптических лучей, тогда как на гидрофобных участках микрокапли влаги, имея больший угол смачиваемости, хуже прилегают к поверхности, вследствие чего они существенно изменяют ход оптических лучей, рассеивая свет.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

ПРИМЕР 1. Внутреннюю и наружную поверхности образца автомобильного стекла площадью 100 см² обрабатывают потоком ионов аргона на установке ионоплазменного травления в течение 10 мин при постоянном токе 50 мА и напряжении 5 кВ. Поверхность обработанного образца имеет угол смачивания 130^o (определен по углу скатывания капли воды с наклонной поверхности образца), тогда как угол смачивания необработанного образца равен 55^o. Поэтому автомобильные стекла с поверхностью, модифицированной предлагаемым способом, обладают, по сравнению с необработанными стеклами, лучшими потребительскими свойствами в отношении меньшего запотевания.

ПРИМЕР 2. Поверхность зеркала из боросиликатного стекла маскируют трафаретом, выполненным из титановой фольги, в которой предварительно вытравлен контур наносимой на зеркало скрытой надписи. Маскированное зеркало помещают в электронно-лучевую установку и обрабатывают пучком электронов при напряжении 20 кВ под вакуумом 10^-8 Па. По окончании обработки маску снимают. Для определения режима обработки предварительно облучают 5 пробных образцов зеркала дозами 0,1; 0,3; 1; 3 и 10 мКл/см². Результаты приведены в табл.1. Как видно из табл. 1, скрытые надписи на образцах, обработанных дозами 0,1 и 0,3 мКл/см², в среде с повышенной влажностью слабоконтрастны, а на образцах, обработанных дозами 3 и 10 мКл/см², - контурированы в обычных условиях. Скрытая надпись на образце, облученной дозой 1 мКл/см², имеет высокую контрастность при повышенной влажности и визуально неразличима в обычных условиях. Поэтому в дальнейшем зеркала обрабатывают дозой 1 мКл/см², обеспечивающей угол смачивания обработанной поверхности 122^o, тогда как маскированные участки имеют угол смачивания 34^o.

Данный пример иллюстрирует использование предлагаемого способа по новому назначению - для нанесения скрытого изображения.

ПРИМЕР 3. На гладкие поверхности пластин из нержавеющей стали, покрытых слоем нитрида титана, наносят портретное изображение с помощью штемпеля. В качестве красителя используют штемпельную краску и спиртовые чернила для фломастера.

Маскированные таким образом пробные образцы обрабатывают потоком заряженных корпускулярных частиц на магнетронной установке переменного тока высокой частоты (13,56 МГц) при напряжении 800 В. По окончании обработки маску смывают. Для определения режима обработки образцы облучают дозами 10¹¹, 10¹², 10¹³ и 10¹⁴ ион/см². Изображения на всех образцах, модифицированных с маскированием спиртовыми чернилами, имеют слабоконтрастные размытые контуры. Характеристики образцов, маскированных штемпельной краской при обработке корпускулярным потоком, приведены в табл. 2. Как видно из таблицы 2, скрытые изображения на образцах, маскированных штемпельной краской, обработанных дозами 10¹¹; 10¹² ион/см², в среде с повышенной влажностью слабоконтрастны, а на образце, обработанном дозой 10¹⁴ ион/см², - контурированы в обычных условиях. Скрытое изображение на образце, облученном дозой 10¹³ ион/см², имеет высокую контрастность при повышенной влажности и визуально неразличимо в обычных условиях. Поэтому в дальнейшем пластины обрабатывают в этом режиме. Он обеспечивает значение угла смачивания 127^o, тогда как маскированные участки имеют угол смачивания 38^o.

Как пояснено приведенными примерами, предлагаемый способ проще прототипного, так как в нем отсутствует сложная материалоемкая операция нанесения гидрофобной или маслофобной пленки. Другим преимуществом нового способа является возможность его использования по новому назначению, а именно для нанесения легко считываемого скрытого изображения. Этот результат представляет промышленный и коммерческий интерес в ситуациях, где важны простота пользования и дешевизна изготовления, например, для улучшения потребительских свойств товаров народного потребления, скрытой маркировки товара, нанесения специальной рекламы и др.

Использование: при модификации поверхности твердого тела для формирования скрытого изображения. Сущность изобретения: способ предусматривает гидрофобизацию поверхности твердого тела обработкой ее потоком заряженных частиц. Для получения скрытого изображения маскируют участки поверхности, не подлежащие модификации, а дозу потока заряженных частиц устанавливают из расчета визуальной неразличимости обработанных и маскированных участков в обычных условиях. Считывание скрытого изображения осуществляют в условиях повышенной влажности при температуре на поверхности твердого тела ниже точки росы. Участки поверхности, не подлежащие модификации, целесообразно маскировать штемпельной краской, которую после обработки потоком корпускулярных частиц смывают. Техническим результатом изобретения является упрощение способа и расширение сферы его использования. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Способ модификации поверхности твердого тела для получения скрытого изображения, заключающийся в гидрофобизации поверхности обработкой потоком заряженных частиц, при этом участки поверхности, не подлежащие модификации, маскируют, а дозу обработки потоком заряженных частиц устанавливают из условия визуальной неразличимости обработанных и маскированных участков поверхности в обычных условиях. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что маскирование производят штемпельной краской с помощью штемпеля.