Báo Cáo Mô phỏng màng chống phản xạ ar có cấu trúc nghiêng bằng thuật toán genetic

TÓM TẮT: Màng có cấu trúc nghiêng (GLAD) đang được các nhà khoa học rất quan tâm trong những năm gần đây. Đặc biệt các màng GLAD có cấu trúc zigzac có tính chất quang học gần giống như màng đa lớp, hơn nữa với phương pháp chế tạo màng GLAD cũng khá đơn giản nên chúng đang được nghiên cứu để thay thế màng đa lớp cho các ứng dụng như các màng AR hay kính lọc Trong báo cáo này, chúng tôi đã sử dụng thuật toán di truyền Genetic để mô phỏng và tính toán các thông số tối ưu cho màng GLAD ứng dụng để tạo màng AR trong vùng khả kiến. Việc viết chương trình mô phỏng là công việc thiết yếu không thể thiếu và nó sẽ hỗ trợ rất nhiều cho công việc chế tạo màng sau này.
Key words: cấu trúc nghiêng (GLAD), thuật toán Genetic (Genetic algorithm), màng chống phản xạ (AR), lai tạo, đột biến.


I. GIỚI THIỆU


Trong những năm gần đây, kỹ thuật chế tạo màng mỏng đã đạt được rất nhiều tiến bộ. Nhiều loại màng mỏng với các phương pháp chế tạo vật lý cũng như hóa học khác nhau đã được nghiên cứu nhằm đáp ứng cho các ứng dụng khác nhau trong khoa học kỹ thuật cũng như trong đời sống. Tuy nhiên hầu hết các phương pháp đều tạo ra các loại màng có cấu trúc bình thường (cấu trúc thẳng). Cùng với sự phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật, hiện nay một kỹ thuật tạo màng mới vừa ra đời và được sự quan tâm rất nhiều của các nhà khoa học, đó là kỹ thuật tạo màng có cấu trúc nghiêng (GLAD). Kỹ thuật này có thể chủ động điều khiển thay đổi cấu trúc của màng và tạo các màng có độ xốp vừa phải (semi-porous). Màng được tạo khi góc tới của chùm vật liệu lắng đọng từ bia (target) tới đế có một góc nghiêng nhất định, như trong hình 1.














màng






Hình 1. Sự phát triển cấu trúc nghiêng của màng


Mối liên hệ giữa góc tới α của chùm vật liệu lắng đọng với góc nghiêng của các cấu trúc cột tinh thể β có thể được diễn tả qua công thức thực nghiệm [1]:




2 tan β = tanα
Hoặc công thức:
β = 1 ư a sin⎡1 ư cosα ⎤

(1)






(2)

⎣ 2 ⎥
Mật độ của màng:


Từ công thức (1) và (2) ở trên, ta nhận thấy cấu trúc nghiêng của màng phụ thuộc rất nhiều và góc tới α, dẫn đến mật độ màng cũng bị phụ thuộc rất nhiều vào góc tới α. Người ta nhận thấy khi góc tới α càng lớn (càng xiên), càng xuất hiện nhiều khoảng trống nằm giữa các cấu
trúc cột và tạo nên màng có độ xốp cao. Từ đó dẫn đến chiết suất của màng giảm. Việc tạo
thành các khoảng trống có thể được minh họa qua hình 2.
Về mặt kỹ thuật, để tạo các chùm hơi lắng đọng của vật liệu có góc tới thay đổi, thay vì thay đổi hướng tới của chùm vật liệu, người ta cho đế quay thông qua một bộ phận điều khiển đế (hình 3). Ngoài ra, chúng ta còn có thể tạo ra màng có các cấu trúc nghiêng theo nhiều tầng (lớp) liên tiếp, mỗi lớp có những độ nghiêng khác nhau. Chúng có thể tạo nên những cấu trúc hình xoắn ốc, hình zigzag, hình cầu thang (staircase)

2a Góc tới α; 2b
Hình 2. (a) Sự hình thành khoảng trống giữa các cột nghiêng
(b) Khoảng trống giữa các cột nghiêng thay đổi theo góc tới α từ kết quả thực nghiệm Tait [2]


Qua các cấu trúc trên, màng có chiết suất thay đổi liên tiếp qua mỗi lớp. Khi xét về tính chất quang, việc này tương tự như sự thay đổi chiết suất qua mỗi lớp màng trong màng đa lớp. Do tính chất tương tự này, mà màng cấu trúc nghiêng được dùng để thay thế màng đa lớp trong việc chế tạo các loại màng quang học như màng chống phản xạ AR, kính lọc (filter) .