Голографический способ исследования и контроля фотоэлектретных свойств фототермопластических материалов на основе полимерных полупроводников Советский патент 1984 года по МПК G03H1/18 

- пространственная частота плоского волнового фронта, экспонирующего голограмму, 6(js8,85

-12

х10

Ф/м,по которым судят об фотоэлеКтретных свойствахфототермопластических материалов.

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;

Изобретение относится к голографии, используюшей запись на термопластических слоях. Известен способ исследования и контроля последовательной фотопластической .записи, который включает за рядку поверхности тонкой пленки одно слойного фототермопластического мате риала (ФПМ) с помоиью. зарядного уст ройства и проецирование на ее повер ность светового изображения. При это создается скрытое электростатическо изображение, представляющее собой модулированный-по амплитуде, в соотвествии с проецируемым световым изоб ражением, поверхностный и- объемный заряды. Электростатическое изображе ние проявляют путем размягчения плен ки, например путем нагрева. .Образова шийся геометрический рельеф закрепляют путем охлаждения ФПГ . Однако образование объемного заря да 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 регистрирукяцей среды. Указанный способ, не позволяет разделить вклад поверхностного и объемного зарядов в геометрический рельеф поверхности ФПМ, а также не позволяет регистрировать геометрический рельеф поверхности значительно меньше длины волны восстанавливающего изображения icBeTa, а значит, и малые переменные составляющие поверхностного и объемного зарядов.. Наиболее близким к предлагаемому является голографический способ исследования и контроля фотоэлектретных свойств фототермопластических материалов на основе полимерных полупроводников, включающий зарядку по верхности пленки из полимерного полу проводника 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 полученного рельефа поверхности путем охлаждения, восстановление изображения и измерение дифракционной эффективности по которым судят о свойствах фототермопластических материалов 2 . Такой способ позволяет регистри ровать геометрические рельефы поверхности значительно меньше длины волны восстайарлнваюшего когерентного света, а значит, и малые переменные составлякнсие поверхностного и объемного однако он не позволяет, регистрировать отдельно рельефы, связанные с объемньа и поверхностным заряда|уга пленки полимерного полупроводника, и не может бьггь использо- . ван для измерения объемного локализованного заряда. Цель изобретения.- повышение информативности и улучшение качества контроля фототермопластических материалов. . Поставленная цель достигается тем, что согласно голографическом способу исследования и контроля фотоэлектретньсс свойств фототермопластических материалов на основе полимерных полупроводников, включающему зарядку поверхности пленки из полимерного полупроводника зарядами положительного или отрицательного знака, запись голо гракплы путем экспонирования интерференционной картиной плоского волнового фронта,.повторной зарядки поверхности зарядами того же знака, что и первонача льной зарядке, проявление скрытого электростатического изображения путем нагрева и закреп-ление полученного рельефа поверхности путем охлаждения, восстановление изображения и измерения дифракционной эффектнвности, 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 голограьФш и голограммы, не noj eprнутой разрядке Цр и ц, , вычисляют уровень паразитной памяти Р фототермопластического материала по формуле- ., J 1 Тг m зgia величину объемного заряда fд по формуле ли11„ yiT/KT itV m ,-5itl. .г-ТГ ТТ е где ре. д6 J5- средняя плотность локализованного объ ного заряда; . -.толщина пленки поли мерного полупроводника;-амплитуда изменения плотности поверхнос ного заряда незаряженной голограммы; -глубина потенциального рельефа неразряженной голограммы после -экспонировани -диэлектрическая про ницаемость фототермопластйческого материала; . -коэффициент модуляции интенсивности света, экспонирующе го фототермопластический материал, при перемещении вдоль п верхности пленки; -пространственная ча тота плоского волнов го фронта, экспонируюшего голограмму ЕО - 8,85-10- Ф/м, по которым судят о фотоэлектретных свойствах фототермопластических мате риалов. При осуществлении способа сначала проводят зарядку поверхности плен ки с помошью зарядного устройства, экспонируют интерфферендионной картиной, образованной опорным и предметными пучками. После разрядки поверхности плен.ки до потенциала подложки на поверхности остается заряд, экранируюшйй объемный, величина которого :опре деляется величиной и характером распределения объемного заряда по толщине пленки полимерного полупроводни ка, его диэлектрической проницаемостью и пространственной частотой распределения объемного заряда вдоль поверхности. Поверхностный экрани рующий заряд модулирован в соответст вии с объемным зарядом, имеет противоположный знак и удерживается на поверхности пленки электростатическими силами. Повторная зарядка по-, верхности зарядами же знака, что и при первоначальной зарядке, приводит к увеличению постояннойi . составляющей плотности поверхностного заряда при сохранении переменной составляюшей поверхностного заряда, т.е. происходит увеличение произведенйя, которое определяет деформирующую силу скрытого изображения. Величийа образовавшегося после проявления и закрепления геометрического рельефа пропорциональна при m а: 1 где бд - постоянная составляющая .плотности поверхностного заряда; fg - средняя по толщине пленки полимерного полупроводника плотность локализованного заряда;т - 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 б-лй прад6/ 4о 1 Я амплитуда кюдуляции поверхностного заряда после экспонирования. Поскольку разряженная и не подвергавшаяся разрядке голограммы получены на одной подложке из одного ФПМ, экспонировались, проявлялись и закреплялись в одина- . ковых условиях, то г пропор. ; . tr;. . . . ционально т-Д1- при 1р « i 0,1, - ДО , , . - где «IP -. дифракционная эффективность разряженной гологра1 ы; t - дифракционная эффективность неразряженной голограммы; d - толЕина плёнки полимерного полупроводника. Расчет , выполненный на основании равнений для деформации ФПМ полем оверхностных и объемных сил, дает ыражение &i М при 1,5 Kd 5, Е - диэлектрическая проницаемость полимерного полупро. водника. Амплитуда поверхностного потенцильного рельефа связана с образоваием объемного заряда в слое ФПМ и зменением плотности поверхностного заряда вследствие проводимости соотношением . ,u--Md.i Е„ €«0 где ли - глубина поверхностного потенциального рельефа; о 8,85-10. .fpf Параметр р е есть уровень паразитной памяти по скрытому элект ростатическому изображению, который определяртся отношением потенциального рельефа, связанного с образованием объемного заряда и приводйщего 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 разряжес ной голограммы (кривая 1 и не подверженной разрядке голограммы (кривая 2) от экспозиции для ФПМ, приготовленного на основании- органического полимерного полупроводника поли-(N-винилкарбазола), сенсибилизированного 2,4,7-тринитрофлуореноном. Пример . ФПМ, представляющий собой сополимер 9-винил и 9пропенилкарбазола, сенсибилизированный 4 вес.% 2,4,7-тринитрофлуоренона, нанесен на стеклянную подложку с проводящим слоем из двуокиси олова равномерным, слоем толщиной 1,8 мкм 1,8 10 м. Диэлектрическая проницаемость ФПМ, полученная из о-тических измерений, 2,8. ФПМ заряжают при потенциале коронирующей нити 14 кВ до потенциала поверхности 240 В. После зарядки осуществляют ре гистрацию голограммы плоского волнового фронта по симметричной схеме с интенсивностью света 3 2 Вт/м. Пространственная частота записи К 2 и N 1,4-10 1/м, т.е. kd 2,5 Используемый источник когерентного света - лазер типа ЛГ-3$. Длительнос экспозиции 20 мс. Спад поверхностно го потенциала в результате экспозиции составляет 20 в. Разрядка может быть проведена, например, путем помещения части подложки в раствор электролита (поваренной соли) и ополаскивания дистиллированной водой ил путем разрядки в коронирующем устрой стве. Разрядка и последующие операции проводятся в темноте. Повторная зарядка осуществляется в том же коронирующем устройстве до максимально го потенциала поверхности. Проявлени записи осуществляют одним прямоуголь ным импульсом тока длительностью 1 м (напряжение проявления 200 В), сопро тивлением проводящего подслоя 90 Ом. После охлаждения измеряют дифракцион ные эффективности обеих полученных голограмм. Измерение интенсивности света производится с помощью фотопри емника чувствительностью 100 . Дифракционная эффективность неразряженной голограммы составляет г .710, а голограммы, подвергшейся разрядке, ц ржЗ-Ю. По приведенным формулам вычисляют уровень паразитной памяти .iPlT 1 где .. ,г . m S 1; 2,8; kd « 2,5, Получаем Р г 2,5-10 . Следовательно, сополимер 9-винил и 9-пропенилкарбазола, сенсибилизированный 4 вес.% 2,4,7-тринитрофлуоренона,.является хорошим ФПМ для заайси голограмм в динамическом режиме. Среднюю плотность локализованного заряда вычисляют по формуле , d 1, 8.,; s 2,8; m 1; kd 2,5. Ли приближенно определяем из спада поверхностного потенциала V при экспозиции 4U 2V, tj,p«3-10 , - 1 lO . Получаем ,29 Кл/м. Величина Рд определяется энергетическим спектром.электронов используемого полимерного полупроводника и может быть использована для исследования его зонной структуры. Предлагаемый способ иссле.ования и контроля фртоэлектретных свойств полимерных полупроводников позволяет получит,ь 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 неразрушаю- щим и не изменяет свойств изученных им полимерных полупроводников и ФПМ, не требует какой-либо специальной формы образцов и может быть применен к стандартным, используемым на предприятии образцам. Поэтому предлагаемый способ исследования и контроля фотоэлектретных свойств полимерных полупроводников может найти широкое применение в процессе изучения этих материалов, при контроле качества приготовления однослойных ФПМ в процессе их разработки, производства, работы и хранения.