Дифракционная решетка и способ ее изготовления Советский патент 1987 года по МПК G02B5/18 

1428

Изобретение относится к оптико- механической промышленности и может быть использовано в спектральном приборостроении, а также для проведения спектральных исследований, включая области вакуумного ультрафиолетового и рентгеновского излучения.

Цель изобретения - обеспечение возможности использов ания решетки в качестве фазовой в инфракрасном диапазоне, уменьшение ее периода и по- вьшение качества, а также обеспечение возможности использования решетки в качестве амплитудной в видимом ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах.

На фиг.1 представлен вид решетки в плане; на фиг.2 - то же, разрез.

Дифракционная решетка выполнена в виде совокупности равноудаленных, взаимно параллельных и идентичных- элементов 1, шириной а, которые на своих концах переходят в каркас 2 и разделены сквозньми промежутками 3 шириной Ь. При этом, элементы 1 и каркас 2 выполнены из монокристалла кремния, а сами элементы представляют собой прямые прямоугольные параллелепипеды. Рабочие грани 4 элементов 1 совпадают с плоскостями 5 каркаса 2. Каркас 2 поддерживается опорой 6, которая образует с ним единое целое. Период решетки d. Выбор толщины h каркаса 2 зависит от вида излучения, которое пройускается через дифракционную решетку. Например для рентгена (у 30 А°) топлена каркаса не менее 5 мкм, а для вакуумного ультрафиолета ( Л 1126 А°) соответственно О,1 мкм. Если толщина элементов 1 дифракционной решетки (толщина каркаса 2) выбирается из условия h 3/2(п-}), где j - длина волны электромагнитного излучения (в полосе прозрачности кремния); п - показатель преломления кремния для электромагнитного излучения с длиной волны 3 , то дифракционную решетку можно использовать как фазовую для инфракрасного излучения, поскольку кремний прозрачен для него. Параллельность элементов решетки, влиято- щая на ее качество, определяется строгой параллельностью кристаллогра фических плоскостей монокристаллического кремния.

Период решетки может быть любым, вплоть до субмикронных размеров. Ми

5

0

5

0

5

5

нимальныи период определяется лишь возможностями способа, которым будут формировать элементы решетки в слое маски (резнете).

Способ изготовления дифракционной решетки реализуется следующим образом.

Плоскости 5 пластины 2 из монокристалла кремния в процессе ее изготовления формируют параллельными главной плоскости (110). Затем осуществляют химическое травление пластины по периодическому закону, используя, например, маску с соответствующим периодом, образованную электронным лучом. При этом направление периддичности травления выбирают перпендикулярным кристаллографическому направлению 1121 (ориентация штрихов в маске совпадает с направлением 1121). Благодаря указанной ориентации протравливаемой плоскости кремниевой пластины и штрихов в маске в результате анизотропного характера травления и образуется необходимая форма элементов 1 решетки - прямые прямоугольные параллелепипеды, разделенные сквозными промежутками 3.

.Поскольку через эти промежутки в сформированной решетке излучение проходит без потерь независимо от длинь, волны, такая решетка характеризуется

лучшей пропускаюш,ей спосрбностью по сравнению с конструкциями, в которых элементы решетки нанесены на подложку , имеющую в ряде случаев низкое процускание.

Пример 1. Дифракционная ре- щетка состоит из параллельных и равноотстоящих элементов (а 0,2 мкм), разделенных сквозными промежутками (Ь 0,2 мкм). Элементы решетки сформированы в пластине (h 10 мкм) из монокристаллического кремния с главной плоскостью (МО), причем каждый элемент ориентирован вдоль кристалографического направления , а боковые стенки перпендикулярны к главной плоскости. Решетка сформирована анизотропным травлением.

Такая решетка использована при исследованиях в области рентгеновского излучения.

П р и м е р 2. Дифракционная ре- етка состоит из параллельных и равноотстоящих элементов (а 0,4 мкм), разделенных сквозньши промежутками (Ь 0,4 мкм). Элементы решетки сфор

312

мированы в пластине (h 5 мкм) из монокристаллического кремния с главной плоскостью (110), причем каждый элемент ориентирован вдоль кристаллографического направления L112J, а боковые стенки перпендикулярны к главной плоскости. Решетка сформирована анизотропным травлением.

Такая решетка использована при исследованиях в области вакуумного ультрафиолетового излучения.

П р и м е р 3. Дифракционная решетка состоит из параллельных и равноотстоящих элементов ,(а. 1,0 мкм) разделенных сквозными промежутками (Ъ 1,0 мкм). Элементы решетки сформированы в пластине (h 5 мкм) из монокристаллического кремния с главной плоскостью (110), причем каждый элемент ориентирован вдоль кристал - лографического направления П 23, а боковые стенки перпендикулярны к главной плоскости. Решетка сформирована анизотропным травлением. Такая решетка использована при исследованиях в области оптического излучения

Формула изобретения

1. Дифракционная решетка, выпол- . ненная в виде совокупности равноуда

ленных, взаимно, параллельных и идеи- тичных элементов, закрепленных на концах за общий каркас и разделенных сквозными промежутками, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения возможности использова- 1шя решетки в качестве фазовой в инфракрасном диапазоне, уменьшения ее периода и повьшения качества, элементы решетки и каркас вьтолнены из монокристалла кремния, причем элементы решетки представляют собой прямые прямоугольные параллелепипеды, а их рабочие грани совпадают с плоскостями каркаса.

2. Способ изготовления дифракционной решетки, заключающийся в химическом травлении плоской пластины из монокристалла кремния по периодическому закону, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности использования решетки в качестве амплитудной в видимом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазоне, плоскости пластины формируют параллельными главной плоскости (110), а направление периодичности травления выбирают перпендикулярным кристаллографическому направлению 1123.

Гггг;

Изобретение относится к спектральным приборам и позволяет использовать дифракционную решетку в качестве фазовой в инфракрасном диапазоне и уменьшить ее период. Решетка представляет собой совокупность равноудаленных идентичных элементов 1 в виде прямоугольных параллелепипедов, выполненных так же, как и каркас 2, из монокристалла кремния. Параллельность элементов 1, разделенных промежутками 3, определяется строгой параллельностью кристаллографических плоскостей.кремния. Плоскости 5 каркаса 2 формируют параллельными главной плоскости (ПО), а направление травления выбирают перпендикулярным кристаллографическому направлению (112), что позволяет использовать решетку в качестве- амплитудной в видимом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. с «9 (Л Ю 00 00 а фиг, 2

Редактор И.Сегляник

Составитель В.Кравченко Техред М.Ходанич

Заказ 7713/49

Тираж 522. Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор В.Бутяга.