تصنيع حواجز شبكية عالية التباين لتقسيم الطيف المتشتتة عنصر في نظام الضوئية المركزة

الهدف العام من التجربة التالية هو إثبات تصنيع عنصر تقسيم الطيف عالي التباين في نظام كهروضوئي مركز. يتم تحقيق ذلك من خلال إجراء الطباعة الحجرية النانوية PDMS على ركيزة زجاجية من ثاني أكسيد التيتانيوم مغطاة بطبقة من مقاومة الصور القابلة للعلاج بالأشعة فوق البنفسجية. كخطوة ثانية ، يتم حفر مقاومة صور بصمة النانو المتبقية بعيدا ويتم إنتاج قناع صلب منقوش من الكروم باستخدام تقنيات مرفوعة.

تستخدم الحواف الأيونية التفاعلية التالية لتشكيل مصفوفة تصنيف ثاني أكسيد التيتانيوم والزجاج بناء على نتائج القياس من مقياس الطيف. يظهر التصنيف العالي التباين المصنع انعكاسا عريض النطاق يمكن استخدامه كعناصر مشتتة في نظام كهروضوئي مركز. خطرت لنا فكرة هذه الطريقة لأول مرة لماذا اكتشفنا أنه على عكس التحيات التقليدية الناقصة ، فإن تحيات ثاني أكسيد تيتان عالية التباين تظهر ملف تعريف انعكاس غريب مثبت.

لذلك ، يمكننا استخدامه لبناء عنصر مشتت لتقسيم الطيف من شأنه أن يعزز بشكل كبير امتصاص الطاقة باستخدام الخلايا الشمسية أحادية الوصلة منخفضة التكلفة. الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الحالية ، مثل استخدام تقنية الخلايا الشمسية متعددة الوصلات باهظة الثمن لامتصاص الضوء الشمسي عريض النطاق هي أن حواجز شبكية توفر كفاءات امتصاص أعلى بتكلفة تصنيع أقل ، ورسم البصمة هو تقنية تصنيع عالية الإنتاجية منخفضة التكلفة مناسبة لتصنيع تحيات التباين الكبير. لبدء عملية التصنيع الدقيق ، ضع رقاقة سيليكون نظيفة في فراغ زجاجي مجفف وأضف قطرة واحدة من ثلاثي كلورو إيثيلين السائل في دورق صغير داخل المجفف.

أغلق الغطاء المجفف وأخرج الغرفة حتى ينخفض المقياس إلى ما دون غلاف جوي واحد. ثم قم بإيقاف تشغيل منظم الفراغ المصدر واسمح لمحلول الجيب المتبخر بتغطية سطح الرقاقة لمدة خمس ساعات تحت فراغ ثابت. بعد العلاج ، حرر المكنسة الكهربائية وأخرج الرقاقة من المجفف.

بعد ذلك ، قم بقياس 10 جرامات من PDMS وجرام واحد من عامل معالجة PDMS في كوب متوسط الحجم ، اخلطي كلا الجزأين بالتساوي باستخدام قضيب زجاجي وضع الطبق داخل مجفف مفرغ لمدة 20 إلى 30 دقيقة لإزالة جميع الفقاعات من الخليط. بعد التفريغ ، ضع الرقاقة في طبق بتري بلاستيكي واسكب PDMS ببطء على رقاقة السيليكون. انقل الرقاقة إلى فرن مفرغ من الهواء وقم بمعالجة PDMS لمدة سبع ساعات عند 80 درجة مئوية.

أخيرا ، أخرج PDMS المتصلب من الفرن واترك فيلم البوليمر يبرد إلى درجة حرارة الغرفة. بدءا من قطعة أخرى من رقاقة السيليكون ، ضع الركيزة على مبرمج الدوران. يوزع تشاك 12 قطرة من مقاومة الصور القابلة للشفاء بالأشعة فوق البنفسجية على الرقاقة وتدور المقاومة عند 1500 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية بينما لا تزال مقاومة الصورة مبللة.

قم بإزالة جزء من PDMS المعالج بعناية من الرقاقة السابقة واضغط برفق على PDMS على مقاومة الأشعة فوق البنفسجية القابلة للشفاء. اسمح ل PDMS بالبقاء على اتصال بمقاومة الصور لمدة خمس دقائق وقم بتقشير PDMS بعناية من ركيزة مقاومة الصور لإنشاء بصمة لميزات الدرجات على طبقة مقاومة الصور الناعمة. اضغط برفق على فيلم PDMS على قالب Silicon Master موجود يحتوي على ميزات الإغاثة السلبية ذات الأهمية.

ضع تركيبة PDMS Silicon Master في فرن الأشعة فوق البنفسجية وقم بتشغيل مصباح الأشعة فوق البنفسجية لمعالجة طبقة مقاومة الضوء الناعمة المحصورة لمدة خمس دقائق تحت جو النيتروجين. بعد المعالجة ، قشر قالب PDMS من رقاقة السيليكون الرئيسية. نتيجة لذلك ، يجب أن يحتوي سطح PDMS الآن على طبقة رقيقة من مقاومة الضوء المعالجة مع تخفيف السطح المقابل لميزات تصنيف النانو.

أخيرا ، عالج سطح مقاومة الضوء المعالج بتنظيف سريع لبلازما الأكسجين RF. ثم ضع قالب PDMS في فراغ وجفف واحتضانه بقطرة واحدة من ثلاثي كلورو إيثيلين لمدة ساعتين. الميزات الموجودة على قالب الطباعة النانوية المقاوم للصور PDMS جاهزة الآن ليتم نقلها إلى أي ركيزة معينة.

للبدء ، ضع رقاقة جهاز السيليكا المنصهرة كاملة بطبقة 340 نانومتر من ثاني أكسيد التيتانيوم المتناثر على سطحها. على مبرمج الدوران ، يوزع تشاك ثماني قطرات من PMMA على الرقاقة ويدور رمز الركيزة عند 3 ، 500 دورة في الدقيقة لمدة 50 ثانية. انقلي الرقاقة إلى طبق ساخن مسخن مسبقا ، واضبطيها على حرارة 120 درجة مئوية واخبز PMMA لمدة خمس دقائق.

بعد تبريد الرقاقة إلى درجة حرارة الغرفة ، ضع ركيزة الجهاز مرة أخرى على ظرف الدوران. ضع ثماني قطرات من مقاومة الأشعة فوق البنفسجية القابلة للشفاء على السطح وقم بتدوير المعطف. الطبقة الثانية من المقاومة عند 1500 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية.

رقاقة الجهاز الناتجة جاهزة لخطوة نقل بصمة النانو بينما لا تزال مقاومة الأشعة فوق البنفسجية مبللة. ضع قالب PDMS المطبوع بالنانو برفق مع جانب ميزة المقاومة المعالجة متجها لأسفل عند ملامسة سطح ناعم مقاوم للأشعة فوق البنفسجية. ضع الساندويتش بالكامل في فرن الأشعة فوق البنفسجية وقم بمعالجة طبقة المقاومة الرطبة تحت إضاءة الأشعة فوق البنفسجية لمدة خمس دقائق تحت جو من النيتروجين.

بمجرد معالجة مقاومة الأشعة فوق البنفسجية ، قم بتقشير قالب PDMS من رقاقة الجهاز لإزالة مقاومة الأشعة فوق البنفسجية المتبقية الموجودة داخل المناطق المريحة لميزات الدرجات. انقل الرقاقة إلى آلة حفر البلازما المقترنة بالحث وقم بتشغيل وصفة الحفر المقاومة للأشعة فوق البنفسجية مع بلازما الأكسجين لمدة دقيقتين في نهاية هذه الخطوة. يجب الآن الكشف عن الأساس PMMA في المناطق المريحة من البنية النانوية.

من أجل إزالة طبقة PMMA المكشوفة والكشف عن طبقة ثاني أكسيد التيتانيوم تحتها ، اختر برنامج حفر PMMA من وحدة التحكم Etcher وقم بتطبيق معالجة بلازما الأكسجين لمدة دقيقتين. في هذه اللحظة ، تكون رقاقة الجهاز جاهزة لترسيب المعادن وخطوات الزخرفة التي من شأنها تحديد السمات النهائية لتصنيف النانو. لإنشاء قناع حفر الكروم فوق ثاني أكسيد التيتانيوم.

أولا ، قم بتفريغ الرقاقة من حفرة البلازما ونقل الركيزة إلى مبخر معدني بشعاع إلكتروني يحتوي على مصدر كروم. بعد إخلاء الغرفة ، قم بإذابة المصدر المعدني وإيداع 20 نانومتر من الكروم بمعدل 0.03 نانومتر في الثانية. قم بتفريغ الرقاقة من مبخر الشعاع الإلكتروني واغمر الركيزة في وعاء زجاجي مملوء بالأسيتون.

ثم ضع الحاوية داخل خزان بالموجات فوق الصوتية ، وقم بتشغيل الخزان بالموجات فوق الصوتية لمدة خمس دقائق في درجة حرارة الغرفة. من خلال تطبيق التحريض بالموجات فوق الصوتية على الرقاقة ، سيقوم المذيب بإذابة طبقة PMMA الأساسية بسرعة ، وبالتالي إطلاق أي كروم لم يكن بالفعل اتصالا حميما بسطح ثاني أكسيد التيتانيوم. نتيجة لذلك ، ستحدد مجموعة أنماط الكروم المستقرة المتبقية على الرقاقة الهندسة النهائية للتصنيف باستخدام الملقط.

أخرج الجهاز من حمام الأسيتون وقم بإزالة جميع آثار PMMA والبرادة المعدنية السائبة باستخدام سلسلة شطف من الأسيتون والميثانول والأيزوبروبانول. جفف الرقاقة بتيار لطيف من النيتروجين أو الهواء المضغوط وتحقق لفترة وجيزة من وجود أي عيوب في الرقاقة تحت المجهر. ثم قم بتحميل الرقاقة في حفرة البلازما ، وابدأ في وصفة حفر ثاني أكسيد التيتانيوم ، وقم بتفريغ الرقاقة بعد الحفر ، وتحقق من إزالة طبقة ثاني أكسيد التيتانيوم المكشوفة تحت المجهر لتحديد ميزات التصنيف الزجاجي الفرعي أسفل ثاني أكسيد التيتانيوم.

أعد تحميل الرقاقة في حفرة البلازما وابدأ في وصفة حفر ثاني أكسيد السيليكون. قم بتفريغ الركيزة وفحص الرقاقة بحثا عن عيوب تحت المجهر. أخيرا ، قم بإزالة قناع الكروم الصلب بحمض سريع.

يمثل كل من حفر نمط ثاني أكسيد التيتانيوم المكشوف وخنادق التجويف الزجاجية الهيكل النهائي لدرجات التباين العالي. لقياس انعكاس النطاق العريض لدرجات أكسيد التيتانيوم. ابدأ بتشغيل نظام القياس البصري ووضع مرآة قياسية مرجعية على حامل العينة.

قم بمحاذاة حامل العينة مع مسار شعاع الحادث ومعايرة الكاشف بحيث يكون الانعكاس الكلي المقاس خارج المرآة القياسية عند مستوى نظري بنسبة 100٪. بعد ذلك ، استبدل المرآة القياسية بتصنيف أكسيد التيتانيوم عالي التباين وابدأ في قياس انعكاس النطاق العريض للجهاز. احفظ البيانات من القياس وقم بتسجيل الخروج من نظام القياس مع رفع درجة حرارة الركيزة.

أثناء عملية الاخرق المعدني ينتج عنه حجم حبيبات ثاني أكسيد التيتانيوم أكبر ومعامل انكسار أعلى. خشونة سطحها العالية تجعلها مادة تصنيف علوية غير مرغوب فيها عند مقارنتها بأغشية أكسيد المعادن المترسبة في درجات حرارة منخفضة عند عرضها تحت المجهر الإلكتروني. يمكن رؤية زاوية الجدار الجانبي لنسبة العرض إلى الارتفاع ، والملعب ، وعرض الخط لهيكل تصنيف الطبقة المزدوجة بسهولة مقارنة ببيانات الانعكاس التي تم التقاطها.

مع كاشف عادي بزاوية قبول صغيرة. يمكن للكاشف الكروي بزاوية قبول أوسع أن يلتقط ويميز انعكاس الدرجات والتشتت من أسطح أكسيد المعادن الأكثر خشونة. كما تشير البيانات ، يمكن أن تؤدي الزيادة الطفيفة في مؤشر الانكسار إلى زيادة كبيرة في عرض النطاق الترددي للانعكاس.

علاوة على ذلك ، عندما تنحرف زاوية الجدار الجانبي عن الزاوية اليمنى المثالية ، يتدهور عرض النطاق الترددي للانعكاس بشكل كبير. بمجرد إتقان هذه التقنية ، يمكن القيام بها في عدة ساعات إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. من المهم أن تتذكر التحكم في العيوب أثناء عملية البصمة.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تصنيع مساحات كبيرة ، وحزام عالي التباين ، باستخدام تقنيات الطباعة النانوية ، وتطبيقها على بنية نظام الصور البوتية.