Proč jsou rysky skleněných kódových kotoučů z chromu

Černé rysky skleněného kódového kotouče tvoří chromová vrstva o tloušťce asi 0,1 μm. Je tenká, a přesto dost černá, pevně drží, odolává opotřebení i korozi a fotolitografií a leptáním z ní lze vytvořit rysky v mikrometrovém měřítku. Článek vysvětluje z hlediska stínění světla, přilnavosti, odolnosti a zpracovatelnosti, proč se u skleněných kotoučů téměř vždy volí chrom.

Podíváte-li se na skleněný kódový kotouč proti světlu, rysky jsou černé a štěrbiny průhledné. Černou část tvoří chromová vrstva tlustá jen asi 0,1 μm – při průměru vlasu 50–100 μm je tedy pět set až tisíckrát tenčí než vlas. Chrom není jediný kov, z něhož by šlo rysky vyrobit. Proč ho tedy skleněné kotouče používají téměř vždy?

Jakými zkouškami musí materiál rysek projít

Vrstva, která má sloužit jako ryska, musí současně splnit nejméně tyto požadavky:

1. Dostatečně černá: stíní světlo i při velmi malé tloušťce;
2. Pevně přilnavá: neodlupuje se a neodpadává ze skla;
3. Odolná: vydrží čištění, otírání a dlouhodobé používání;
4. Jemně zpracovatelná: fotolitografií a leptáním lze vytvořit rysky v mikrometrovém měřítku s čistými hranami.

Chrom je ve všech těchto bodech vyvážený – to je základní důvod jeho širokého použití.

I tenká vrstva je dost černá

Míru stínění rysky vyjadřuje optická hustota OD: OD = −lg T, kde T je propustnost:

Chrom světlo silně pohlcuje i odráží, takže již tloušťka v řádu stovky nanometrů dosáhne vysoké optické hustoty. Pro srovnání: označíme-li množství světla prošlého štěrbinou jako 1, u rysek s OD 3 zbude jen 0,001. Hloubka modulace M = (Imax − Imin) ÷ (Imax + Imin) = 0,999 ÷ 1,001 ≈ 0,998 – téměř ideální černobílý kontrast. Má-li naopak stínicí vrstva dírky (pinholes) nebo je místy příliš tenká, světlo tam prosakuje a kontrast signálu klesá.

Tenká vrstva má ještě jednu výhodu: doba leptání je krátká, podleptání je malé a hrany rysek jsou čistší.

Pevná přilnavost a odolnost

Chrom dobře přilne ke sklu – proto se při nanášení zlata nebo stříbra často nejprve nanáší chromová adhezní vrstva. Chromová vrstva je tvrdá a odolná proti poškrábání a na povrchu vytváří hustý oxid, který je vůči vlhkosti a běžným čisticím prostředkům poměrně stabilní. Kotouč zabudovaný ve snímači musí vydržet mnoho let, proto jsou tyto vlastnosti důležité.

Některé kotouče mají na chromu navíc vrstvu oxidu chromitého, která snižuje odraz povrchu a omezuje rozptýlené světlo ve snímací hlavě.

Lze litografovat i leptat

Postup výroby chromových rysek ukazuje obrázek 1: očištění skla, nanesení chromové vrstvy ve vakuu naprašováním nebo napařováním, nanesení fotorezistu odstřeďováním, předvypékání, expozice UV světlem přes masku, vyvolání, které odkryje chrom určený k odstranění, odleptání tohoto chromu leptacím roztokem a nakonec odstranění rezistu.

Leptací roztok chromu (obvykle na bázi dusičnanu ceričito-amonného) napadá pouze chrom, nikoli sklo ani fotorezist, takže vzor se „okopíruje“ přesně. Průmysl fotomasek používá chrom jako stínicí vrstvu již desítky let; materiály, zařízení i procesy jsou vyzrálé a výroba kódových kotoučů je může převzít přímo.

Při mokrém leptání vzniká malé podleptání a rysky jsou o něco užší než vzor v rezistu; to je třeba kompenzovat v návrhu masky a v parametrech procesu.

Srovnání s jinými materiály

Shrnutí

Chrom se stal materiálem rysek skleněných kódových kotoučů díky svým celkovým vlastnostem: asi 0,1 μm stačí k dostatečné černi, pevně drží, odolává opotřebení i korozi a vyzrálými procesy litografie a leptání z něj lze vytvořit čisté jemné rysky. Při posuzování kvality stínění kotouče sledujte především optickou hustotu, dírky (pinholes) a hrany rysek.

Překlad čínského originálu (0014). ENC7 – výrobce kódových kotoučů (poptávka) · Odborné články · https://enc7.com

© Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Všechna práva vyhrazena. Článek vznikl s pomocí AI.