Demonstration der Gleich-Intensitätsstrahlerzeugung durch dielektrische Metaoberflächen

Dieses Protokoll bietet eine detaillierte Fertigungsmethode zur Realisierung von hocheffizienten Metaoberflächen, eines der wichtigsten Themen im Bereich der Metaoberflächenforschung. Im Vergleich zu anderen Methoden zum Testen der atomaren Schichtabscheidung ist diese Technik eine kostengünstige und schnelle Fertigungsmethode, um hocheffiziente Metaoberflächen zu realisieren, die mit sichtbaren Wellenlängen arbeiten. Dieses Protokoll kann angewendet werden, um allgemeine Metaoberflächen wie Linsen, Hologramme und optische Uhren zu erstellen, indem nur die Musterkonfiguration geändert wird.

Diese Technik kann Einblicke in das Forschungsfeld Siliziumphotonik geben, das Silizium-Mikro- und Nanostrukturen nutzt. Das Substrat für die Metaoberfläche ist vermolz esilica. Bereiten Sie eine saubere Doppelseite poliert Quadratische silica zwei Zentimeter auf einer Seite.

Nehmen Sie das Substrat, um es in das PECVD-System zu laden. Dort in der Lastsperrkammer das Substrat auf der Vorrichtung positionieren. Schließen Sie die Kammer und bereiten Sie sich auf den Betrieb des Systems vor.

Richten Sie in der Steuerungssoftware den Abscheidungsprozess ein, indem Sie Temperatur, HF-Leistung, Gasdurchflussraten und Prozessdruck einstellen. Nach der Ablagerung, die etwa 300 Sekunden dauert, stellen Sie die Probe wieder her. Nehmen Sie die Probe mit abgelagertem hydriertem amorphem Silizium zu einem Spincoater.

Laden Sie die Probe auf den Spincoater-Probenhalter. Als nächstes erhalten Sie eine filtermontierte Fünf-Milliliter-Spritze mit PMMA mit 2%Anusol. Beschichten Sie die Probe mit dem PMMA, bevor Sie die Rotation bei 2.000 RPM für eine Minute starten.

Wenn Sie fertig sind, übertragen Sie die Probe auf eine Kochplatte. Backen Sie die Probe bei 180 Grad Celsius für fünf Minuten. Entfernen Sie als Nächstes die Probe, um sie für eine Minute abzukühlen, bevor Sie fortfahren.

Dann geben Sie die Probe an den Spincoater zurück. Verwenden Sie eine 1 Milliliter Pipette, um eine leitende Polymerlösung auf ihrer Oberfläche freizusetzen. Beschichten Sie die Probe eine Minute lang bei 2.000 RPM.

Wenn die Beschichtung abgeschlossen ist, nehmen Sie die Probe für Elektronenstrahl-Lithographie. Lassen Sie die Probe auf der Vorrichtung für die Maschine fixieren. Legen Sie dann die Vorrichtung in die Maschinenkammer und schließen Sie den Ladevorgang ab.

Arbeiten Sie mit der Konsole und bereiten Sie das Elektronenstrahl-Lithographiesystem auf das Verfahren vor. Arbeiten Sie nach der Vorbereitung des Systems am Computer, der mit der Konsole verbunden ist. Verwenden Sie in diesem System die Befehlszeile, um eine GDS-Datei in eine CEL-Datei zu konvertieren.

Wenn die Datei konvertiert wird, geben Sie den Auftrag ein, um die EBL-Software zu starten. Verwenden Sie die Befehlszeile, um zu überprüfen, ob sich das gewünschte Muster in einer CEL-Formatdatei im aktuellen Verzeichnis befindet. Geben Sie den Auftrag ein, um die Software auszuführen.

Klicken Sie in der Software auf das Menü zur Änderung der Chipgröße. Wählen Sie 600 Mikrometer mal 600 Mikrometer. Wählen Sie als Nächstes 240.000 Punkte aus.

Speichern Sie die Änderungen. Beenden Sie dann diesen Bildschirm. Klicken Sie nun auf das Menü zur Erstellung von Musterdaten.

Geben Sie im Befehlsfenster PS ein, um die CEL-Datei des Musters zu laden. Geben Sie I in das Befehlsfenster ein. Klicken Sie dann auf das Muster, um das Bild zu vergrößern.

Geben Sie nun ST0 in das Befehlsfenster ein, um die Dosiszeit auf drei Mikrosekunden einzustellen. Geben Sie SP11 ein, um die aussetzende Tonhöhe auf eine normale Bedingung festzulegen. Erstellen Sie eine CCC-Datei, indem Sie PC und einen Dateinamen eingeben.

Wenn Sie fertig sind, klicken Sie auf die Mitte des Musters. Um die aussetzenden Bedingungen anzuwenden, geben Sie CP in das Befehlsfenster ein und klicken Sie auf das Muster. Geben Sie SV und einen Dateinamen ein, um eine CON-Datei zu erstellen.

Beenden Sie dieses Musterdatenerstellungsmenü, indem Sie Q.Move eingeben, um auf das Belichtungsmenü zu klicken. Geben Sie I und den gewählten CON-Dateinamen ein. Stellen Sie den Dosiswert auf 2,4 ein.

Drücken Sie die Escape-Taste, um den Zeitplan abzuschließen. Geben Sie dann E ein und klicken Sie auf die Belichtungsschaltfläche, um den Belichtungsprozess zu starten. Wenn der Belichtungsprozess abgeschlossen ist, kehren Sie zur EBL-Konsole zurück.

Schalten Sie die Isolationstaste aus. Drücken Sie die EX-Taste, um die Bühne zu bewegen. Entladen Sie dann die Probe aus der Kammer.

Als nächstes bereiten Sie sich darauf vor, das leitfähige Polymer zu entfernen. Dazu tauchen Sie die Probe eine Minute lang in 50 Milliliter entionisiertes Wasser ein. Dann bewegen Sie die Probe zu einer 10-Milliliter-Lösung von Methylisobutylketon und Isopropylalkohol, umgeben von Eis.

Nach 12 Minuten die Probe entfernen und mit Isopropylalkohol abspülen. Trocknen Sie es mit geblasenem Stickstoffgas. Der nächste Schritt erfordert einen Elektronenstrahlverdampfer.

Lassen Sie die Probe am Halter des Verdampfers festund montieren Sie den Halter in der Verdampfungskammer. Jetzt erhalten Sie das Chrom für den Einsatz im Verdampfer. Bereiten Sie DastsartChrom in einem Graphittiegel zur Verdunstung auf die Probenoberfläche vor.

Den Tiegel in die Kammer laden. Arbeiten Sie als Nächstes mit der Software für den Elektronenstrahlverdampfer. Klicken Sie auf die Kammer-Pumptaste, um ein Vakuum in der Kammer zu erzeugen.

Wählen Sie im Materialbereich Chrom aus. Klicken Sie dann auf die Schaltfläche Material, um die Auswahl anzuwenden. Klicken Sie auf den E-Strahl-Shutter-Button, um den Quell-Shutter zu öffnen.

Klicken Sie als Nächstes auf Hochspannung. Folgen Sie diesem, indem Sie auf Quelle klicken. Verwenden Sie den Pfeil nach oben, um die Strahlleistung langsam zu erhöhen.

Stoppen Sie bei der Zielabscheidungsrate. Um die Dickenanzeige zurückzusetzen, klicken Sie auf die Schaltfläche Null. Klicken Sie auf den Hauptauslöser, um diesen Verschluss zu öffnen.

Überwachen Sie die Dickenanzeige. Wenn das Messgerät 30 Nanometer erreicht, klicken Sie auf den Hauptauslöser, um den Verschluss zu schließen. Klicken Sie auf E-Strahl-Shutter, um den Quell-Shutter zu schließen.

Verwenden Sie den Abwärtspfeil, um die Strahlleistung langsam auf Null zu verringern. Sobald bei Null, klicken Sie auf Quelle gefolgt von Hochspannung. Lassen Sie die Kammer 15 Minuten abkühlen und klicken Sie dann auf Entlüftung.

Entfernen Sie die Probe aus der Kammer und dem Halter. Als nächstes nehmen Sie es für einen Liftoff-Prozess. Zuerst tauchen Sie es in 50 Milliliter Aceton für drei Minuten.

Folgen Sie dies durch Beschallung für eine Minute bei 40 Kilohertz. Spülen Sie die Probe in Isopropylalkohol und trocknen Sie sie mit Stickstoffgas. An diesem Punkt ist die Probe zum Ätzen bereit.

Holen Sie sich thermokleber und verteilen Sie ihn auf der Rückseite der Probe, bevor Sie die Probe an der Vorrichtung des Ätzsystems befestigen. Laden Sie die Vorrichtung in das Ätzsystem. Stellen Sie am Computer die Chlorgas- und Wasserstoffbromidgasdurchflussraten, die Quellleistung und die Verzerrung vor dem Ätzen für 100 Sekunden ein.

Entladen Sie die Probe nach der Radierung. Mit einem staubfreien Wischentfernen den Thermokleber entfernen. Tauchen Sie die Probe zwei Minuten lang in 20 Milliliter Chrom etchant ein.

Dann übertragen Sie es auf 50 Milliliter entionisiertes Wasser für eine Minute. Spülen Sie die Probe mit entionisiertem Wasser und blasen Sie sie mit Stickstoffgas trocken. Dies ist ein Rasterelektronenmikroskopiebild von der Oberseite der Metaoberfläche.

Jede der Zellen hat eine Basis, die 150 Nanometer mal 80 Nanometer groß ist. Die Zellhöhe beträgt 300 Nanometer. Weitere Details der Zellen sind in dieser perspektivischen Ansicht sichtbar.

Ein Experiment, das die Strahlleistung misst, wenn ein 532 Nanometer Laserstrahl auf der Metaoberfläche einfällt, demonstriert die polarisationsunabhängige Funktionalität des Geräts. Bei rechts kreisförmigen Polarbalken, linear polarisierten Strahlen und links kreisförmig polarisierten Strahlen ist die Leistung an plus und minus einer Beugungsreihenfolge gleich. Experimente mit einem 635 Nanometer Laserstrahl liefern ähnliche Ergebnisse.

Die Entwicklungsmethode ist der wichtigste Schritt, weil wir den Entwicklungsprozess durch langsame Reaktionsgeschwindigkeit präzise steuern können. Die meisten Ausfälle treten während der Trocknungsschritte auf. Man sollte bedenken, dass starkes Blasen besser ist als schwaches Blasen im Allgemeinen.

Dieses Verfahren kann nicht nur auf allgemeine dielektrische Metaoberflächen angewendet werden, sondern auch auf Siliziumphotonik und Mikroelektronenmechanische Systeme. Im Allgemeinen können wir mit dieser Technik empfindliche Nanostrukturen herstellen, so dass es den Weg ebnet, um zu adressieren, wie Licht mit einigen Wellenlängenstrukturen interagiert. PMMA und Entwicklungslösung Dampf sind beide gefährlich, so dass die Prozesse mit ihnen in Rauchhauben durchgeführt werden müssen.