Name: Automatisierte Lieferung von mikrofabrizierten Targets für intensive Laserbestrahlungsexperimente (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-01-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 40 s
Description: Erfahren Sie die automatisierte Zielplatzierung für Laserbestrahlungsexperimente mit mikrofabrizierten Goldfolien. Diese Methode ermöglicht effiziente Datenerfassung bei 0,2 Hz mit variablen Zielparametern.

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Diese Arbeit wurde von der Israel Science Foundation, Stipendium Nr. 1135/15, und vom Zuckerman STEM Leadership Program, Israel, unterstützt, die dankbar anerkannt werden. Wir würdigen auch die Unterstützung der Pazy Foundation, des Israel-Stipendiums #27707241 und des NSF-BSF-Zuschusses Nr. 01025495. Die Autoren möchten das Tel Aviv University Center for Nanoscience and Nanotechnolog

1. Zielfertigung
ANMERKUNG: Abbildung 2 und Abbildung 3 veranschaulichen den Herstellungsprozess freistehender Goldfolien.
<ol><li>Rückseite<ol>
<li>Verwenden Sie einen 250 mm dicken, 100 mm großen, hochbeanspruchten Siliziumwafer in einer <100> Kristallbildung, der beidseitig mit Siliziumnitrid beschichtet ist.</li>
		<li>Reinigen Sie den Wafer mit Aceton gefolgt von Isopropanol und trocknen Sie ihn mit Stickstoff.  Dann drehen Sie eine Schicht von HMDS, um eine Klebeschicht nach den Schritten in Tabelle 1beschrieben zu bilden.</li>
		<li>Verschichten Sie den Wafer mit einer AZ1518-Photoresist-Schicht nach den in Tabelle 2beschriebenen Schritten.</li>
		<li>Den Wafer bei 100 °C 1 min backen, dann abkühlen lassen.</li>
		<li>Photolithograph1.000 x 1.000 m quadratische Öffnungen unter Vakuum, die den Wafer in 1 Zyklus von 4 bis 7 Sekunden einer 400 nm UV-Lampe aussetzen. Der Wafer ist einem Gesamteinfluss von 40 J/cm2ausgesetzt. Verwenden Sie einen AZ726K-Entwickler, um das Siliziumnitrid und ein Bad mit dehydriertem Wasser freizulegen, um den Prozess zu stoppen.</li>
		<li>Verwenden Sie Reactive Ion Etcher (RIE), um das Siliziumnitrid an der Position der Quadrate zu entfernen.</li>
		<li>Verwenden Sie ein N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) Bad für 20 min, um den Restwiderstand und Photoresist zu entfernen, wodurch eine Replik der Maske auf der Siliziumnitridschicht entsteht. Waschen Sie den Wafer unter frischem Wasser und trocknen Sie ihn mit Stickstoff.</li>
		<li>Den Wafer in einer 30%, 90 °C, Kaliumhydroxidlösung absenken, um das Silizium durch die quadratischen Öffnungen zu ätzen. Senken Sie den Wafer für 40 min für jede 50 'm Silizium, die geätzt werden muss. Da die Ätzrate in der <100>-Ebene viel höher ist als in anderen, erreicht das Kaliumhydroxid die untere Siliziumnitridschicht durch die Siliziummasse, bevor es eine signifikante Tiefe in der Siliziumnitridmaske ätzt.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Vorderseite<ol>
<li>Wiederholen Sie für die Vorderseite die Schritte 1.1.1–1.1.6 mit einer Maske, die als drei konzentrische Ringe geformt ist.</li>
		<li>Verwenden Sie RIE, um das Siliziumnitrid zu entfernen, in dem sich die Ringe befinden, gefolgt von einem NMP-Bad, um Widerstands- und Photoresist-Reste zu entfernen.</li>
		<li>Schließlich, um die Siliziumringe zu authemmen, senken Sie den Wafer in Salpetersäure und in einer Lösung von 0,02 M Silbernitrat und 4 M Fluorwasserstoff.</li>
		<li>Verwenden Sie auf der geätzten Seite des Wafers eine physikalische Dampfabscheidungsmaschine (PVD)18, um eine Schicht von ein paar hundert Nanometern Gold auf einem 10 nm dünnen Film aus Klebstoff Titan, Nickel oder Chrom zu spulen. Die gesputterte Goldschicht wird zum freistehenden Membranziel.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Ausrichtung
ANMERKUNG: Abbildung 4 zeigt die Einrichtung der Zielbestrahlung.
<ol><li>Bringen Sie ein erstes willkürlich ausgewähltes Ziel unter einem 100-fachen Vergrößerungsmikroskop ins Blickfeld.</li>
	<li>Zeigen Sie einen Triangulations-Ranging-Sensor (z. B. MTI/MicroTrak 3 LTS 120-20)19 auf den aufgerauten Ring, der dem Ziel am nächsten liegt, und notieren Sie seine Verschiebungsmessung. HINWEIS: Das verwendete Sensormodell ist nicht für Hochvakuumanwendungen vorgesehen. Verschiedene Modelle, wie der MTI-2100 vom gleichen Hersteller, sind mit Low-Outgasing-Anwendungen kompatibel.</li>
	<li>Wenn Sie das Mikroskop an Ort und Stelle lassen, bewegen Sie den Wafer einen bekannten Abstand, um den Strahlweg zu räumen.</li>
	<li>Mit zwei Klappspiegeln und dem Off-Achsen-Parabolspiegel (OAP) richten Sie den Strahl mit geringer Leistung in das Sichtfeld des Mikroskops aus.</li>
	<li>Passen Sie diese drei Spiegel an, um Astigmatismen im Strahl zu korrigieren. Das Ergebnis sollte ein nahezu beugungsbegrenzter Brennpunkt sein.</li>
	<li>Blockieren Sie den Laserstrahl und bringen Sie das Ziel wieder in den Fokus des Mikroskops. Überprüfen Sie seine Position mit dem Mikroskop und dem Messwert des Sensors.</li>
	<li>Bewegen Sie das Mikroskop in eine Position, in der es vor Laserlicht und Schmutz geschützt wird.</li>
</ol>3. Bestrahlungssequenz und automatisierte Zielpositionierung
<ol><li>Implementieren Sie eine Closed-Loop-Rückmeldung zwischen dem Fokusachsenmanipulator des Ziels und dem Verdrängungssensor-Messwert mittels Software. Verwenden Sie den aufgezeichneten Wert aus Protokollschritt 2.2 als Sollwert. Die Hauptsteuerungssequenz PID20, die mit LabView erstellt wurde, ist in Abbildung 5dargestellt.</li>
	<li>Sobald die Closed-Loop-Positionierung einen gewünschten Toleranzabstand vom Sollwert erreicht hat, bestrahlen Sie das Ziel mit einem einzigen Hochleistungslaserpuls.</li>
	<li>Übersetzen Sie die IP mit dem mechanischen Durchlauf in eine neue Position.</li>
	<li>Wiederholen Sie die Bestrahlungssequenz mit dem nächsten Ziel, das von der Software in den Fokus gerückt wird.</li>
</ol>

<ol><li>Snavely, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intense+High-Energy+Proton+Beams+from+Petawatt-Laser+Irradiation+of+Solids%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Intense High-Energy Proton Beams from Petawatt-Laser Irradiation of Solids.</a> Physical Review Letters. 85, 4945(2000).</li>
<li>Tosaki, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+laser-driven+ion+energies+for+fusion+fast-ignition+research%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+of+Theoretical+and+Experimental+Physics%22%5BJournal%5D)">Evaluation of laser-driven ion energies for fusion fast-ignition research.</a> Progress of Theoretical and Experimental Physics. 2017 (10), 103(2017).</li>
<li>Borghesi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proton+imaging%3A+a+diagnostic+for+inertial+confinement+fusion%2Ffast+ignitor+studies+Related+content+Inertial+confinement+fusion+and+fast+ignitor+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Physics+and+Controlled+Fusion%22%5BJournal%5D)">Proton imaging: a diagnostic for inertial confinement fusion/fast ignitor studies Related content Inertial confinement fusion and fast ignitor studies.</a> Plasma Physics and Controlled Fusion. 43, 12(2001).</li>
<li>Malka, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Practicability+of+proton+therapy+using+compact+laser+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Physics%22%5BJournal%5D)">Practicability of proton therapy using compact laser systems.</a> Medical Physics. 31 (6), 1587-1592 (2004).</li>
<li>Roth, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laser-Driven+Neutron+Source+Based+on+the+Relativistic+Transparency+of+Solids%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Laser-Driven Neutron Source Based on the Relativistic Transparency of Solids.</a> Physical Review Letters. 110, 044802(2013).</li>
<li>Noaman-Ul-Haq, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Statistical+analysis+of+laser+driven+protons+using+a+high-repetition-rate+tape+drive+target+system%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Accelerators+and+Beams%22%5BJournal%5D)">Statistical analysis of laser driven protons using a high-repetition-rate tape drive target system.</a> Physical Review Accelerators and Beams. 20 (4), 41301(2017).</li>
<li>Li, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protons+and+electrons+generated+from+a+5-%CE%BCm+thick+copper+tape+target+irradiated+by+s-%2C+circularly-%2C+and+p-polarized+55-fs+laser+pulses%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+Letters%2C+Section+A%3A+General%2C+Atomic+and+Solid+State+Physics%22%5BJournal%5D)">Protons and electrons generated from a 5-μm thick copper tape target irradiated by s-, circularly-, and p-polarized 55-fs laser pulses.</a> Physics Letters, Section A: General, Atomic and Solid State Physics. 369 (5-6), 483-487 (2007).</li>
<li>Shaw, B. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-peak-power+surface+high-harmonic+generation+at+extreme+ultra-violet+wavelengths+from+a+tape%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">High-peak-power surface high-harmonic generation at extreme ultra-violet wavelengths from a tape.</a> Journal of Applied Physics. 114 (4), 43106(2013).</li>
<li>Fill, E., Bayerl, J., Tommasini, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+tape+target+for+use+with+repetitively+pulsed+lasers%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">A novel tape target for use with repetitively pulsed lasers.</a> Review of Scientific Instruments. 73 (5), 2190-2192 (2002).</li>
<li>Morrison, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MeV+proton+acceleration+at+kHz+repetition+rate+from+ultra-intense+laser+liquid+interaction%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">MeV proton acceleration at kHz repetition rate from ultra-intense laser liquid interaction.</a> New Journal of Physics. 20 (2), 22001(2018).</li>
<li>Margarone, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proton+Acceleration+Driven+by+a+Nanosecond+Laser+from+a+Cryogenic+Thin+Solid-Hydrogen+Ribbon%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+X%22%5BJournal%5D)">Proton Acceleration Driven by a Nanosecond Laser from a Cryogenic Thin Solid-Hydrogen Ribbon.</a> Physical Review X. 6, 041030(2016).</li>
<li>Prencipe, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targets+for+high+repetition+rate+laser+facilities%3A+needs%2C+challenges+and+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22High+Power+Laser+Science+and+Engineering%22%5BJournal%5D)">Targets for high repetition rate laser facilities: needs, challenges and perspectives.</a> High Power Laser Science and Engineering. 5, 17(2017).</li>
<li>Porat, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+direct-laser-production+of+relativistic+surface+harmonics%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+Volume+11036%2C+Relativistic+Plasma+Waves+and+Particle+Beams+as+Coherent+and+Incoherent+Radiation+Sources+III%22%5BJournal%5D)">Towards direct-laser-production of relativistic surface harmonics.</a> Proceedings Volume 11036, Relativistic Plasma Waves and Particle Beams as Coherent and Incoherent Radiation Sources III. , 110360(2019).</li>
<li>Gershuni, Y., et al. A gatling-gun target delivery system for high-intensity laser irradiation experiments. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGershuni%2C+Y+%22Nuclear+Instruments+and+Methods+in+Physics+Research%2C+Section+A%3A+Accelerators%2C+Spectrometers%2C+Detectors+and+Associated+Equipment%22">Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment</a>. 934, 58-62 (2019).</li>
<li>Jung, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+high+resolution+and+high+dispersion+Thomson+parabola%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Development of a high resolution and high dispersion Thomson parabola.</a> Review of Scientific Instruments. 82 (1), 13306(2011).</li>
<li>Cobble, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+Thomson+parabola+for+ion+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">High-resolution Thomson parabola for ion analysis.</a> Review of Scientific Instruments. 82 (11), 113504(2011).</li>
<li>Mančić, A., Fuchs, J., Antici, P., Gaillard, S. A., Audebert, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Absolute+calibration+of+photostimulable+image+plate+detectors+used+as+high-energy+proton+detectors%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Absolute calibration of photostimulable image plate detectors used as high-energy proton detectors.</a> Review of Scientific Instruments. 79, 73301(2008).</li>
<li>Mattox, D. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMattox%2C+DM+%22Processing.+Handbook+of+Physical+Vapor+Deposition+%28PVD%29+Processing%22">Processing. Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing</a>. , Elsevier Inc. (2007).</li>
<li>MTI Instruments. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.mtiinstruments.com/products/lasertriangulation.aspx">http://www.mtiinstruments.com/products/lasertriangulation.aspx</a> (2020).</li>
<li>Astrom, K. J., Murray, R. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAstrom%2C+KJ+%22Feedback+Systems%3A+An+Introduction+for+Scientists+and+Engineers%22">Feedback Systems: An Introduction for Scientists and Engineers</a>. , Princeton University Press. Ch. 10 (2006).</li>
<li>Passoni, M., Bertagna, L., Zani, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Target+normal+sheath+acceleration%3A+Theory%2C+comparison+with+experiments+and+future+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">Target normal sheath acceleration: Theory, comparison with experiments and future perspectives.</a> New Journal of Physics. 12, 045012(2010).</li>
<li>Roth, M., Schollmeier, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ion+Acceleration%3A+TNSA%5BTitle%5D)+AND+%22Laser-Plasma+Interactions+and+Applications%22%5BJournal%5D)">Ion Acceleration: TNSA.</a> Laser-Plasma Interactions and Applications. , 303-350 (2013).</li>
<li>Zaffino, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+proton+acceleration+from+a+3+TW+table-top+laser+interacting+with+submicrometric+mass-produced+solid+targets%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics+Communications%22%5BJournal%5D)">Efficient proton acceleration from a 3 TW table-top laser interacting with submicrometric mass-produced solid targets.</a> Journal of Physics Communications. 2 (4), 41001(2018).</li>
<li>Harres, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+and+calibration+of+a+Thomson+parabola+with+microchannel+plate+for+the+detection+of+laser-accelerated+MeV+ions%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Development and calibration of a Thomson parabola with microchannel plate for the detection of laser-accelerated MeV ions.</a> Review of Scientific Instruments. 79 (9), 93306(2008).</li>
<li>Robinson, A. P. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectral+modification+of+laser-accelerated+proton+beams+by+self-generated+magnetic+fields+Related+content+New+Journal+of+Physics+Spectral+modification+of+laser-accelerated+proton+beams+by+self-generated+magnetic+fields%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">Spectral modification of laser-accelerated proton beams by self-generated magnetic fields Related content New Journal of Physics Spectral modification of laser-accelerated proton beams by self-generated magnetic fields.</a> New Journal of Physics. 11 (15), 83018(2009).</li>
<li>Treffert, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+implementation+of+a+Thomson+parabola+for+fluence+dependent+energy-loss+measurements+at+the+Neutralized+Drift+Compression+experiment%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Design and implementation of a Thomson parabola for fluence dependent energy-loss measurements at the Neutralized Drift Compression experiment.</a> Review of Scientific Instruments. 89 (10), 103302(2018).</li>
<li>Pappalardo, A., Cosentino, L., Finocchiaro, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+imaging+technique+for+detection+and+absolute+calibration+of+scintillation+light%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">An imaging technique for detection and absolute calibration of scintillation light.</a> Review of Scientific Instruments. 81 (3), 33308(2010).</li>
</ol>

Die Autoren haben keine konkurrierenden finanziellen Interessen.

Bei einigen Variationen ist der in diesem Protokoll beschriebene Zielfertigungsprozess üblich (z. B. Zaffino et al.23). Ein einzigartiger Schritt für den Betrieb der automatischen Positionierung ist hier die Zugabe von Nanometer-Schruppen in ringförmigen Bereichen auf der Rückseite des Wafers (Schritt 1.2.3). Der Zweck dieses Schritts ist es, die diffuse Streuung des Lichteinfalls auf dem Wafer in diesen Bereichen zu erhöhen. Der Bereichsensor strahlt einen Low-Power-Laserstrahl auf den Wafer, sam...

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61056">Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments</a>. The author list was updated.
The author list was updated from:
Yonatan Gershuni1,2, Michal Elkind1,2, Itamar Cohen1,2, Aviad Tsabary1,2, Deep Sarkar1,2, Ishay Pomerantz1,2 
1The School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University, 
2Tel Aviv University Center for Light-Matter Interaction
to:
Yonatan Gershuni1,2, Michal Elkind1,2, Dolev Roitman1,2, Itamar Cohen1,2, Aviad Tsabary1,2, Deep Sarkar1,2, Ishay Pomerantz1,2 
1The School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University, 
2Tel Aviv University Center for Light-Matter Interaction

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61056">Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments</a>. The author list was updated.

Erratum: Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments

Die hochintensive Laserbestrahlung von festen Targets erzeugt mehrere Strahlungsformen. Eine davon ist die Emission energetischer Ionen mit Energien auf der Mega-Elektronen-Volt-Stufe1. Eine kompakte Quelle von MeV-Ionen hat Potenzial für viele Anwendungen, wie Protonen-Schnellzündung2, Protonen-Radiographie3, Ionen-Strahlentherapie4und Neutronen-Generation5.
Eine große Herausforderung bei der praktischen Laser-Ionenbeschleunigung ist die Fähigkeit, Mikrometer-Ziele mit hoher Geschwindigkeit präzise innerhalb des Fokus des Lasers zu positionieren. Es wurden nur wenige Zielbereitstellungstechnologien entwickelt, um diese Herausforderung zu bewältigen. Am häufigsten sind Zielsysteme, die auf dicken Bändern im Mikrometermaßstab basieren. Diese Ziele sind einfach aufzufüllen und können leicht im Fokus des Lasers positioniert werden. Bandziel wurde mit VHS6, Kupfer7, Mylar und Kapton8 Bänder gemacht. Das Bandlaufwerk besteht in der Regel aus zwei motorisierten Spulen zum Aufwickeln und Abwickeln und zwei vertikalen Stiften, die zwischen ihnen platziert werden, um das Band in Position9zu halten. Die Genauigkeit bei der Positionierung der Bandoberfläche ist in der Regel geringer als der Rayleigh-Bereich des Fokussiebestrahls. Eine andere Art von nachfüllbarem Laserziel sind flüssige Bleche10. Diese Ziele werden schnell in den Interaktionsbereich geliefert und führen zu einer sehr geringen Menge an Schutt. Dieses System besteht aus einer Hochdruckspritzenpumpe, die kontinuierlich mit Flüssigkeit aus einem Reservoir versorgt wird. Kürzlich wurden neuartige kryogene Wasserstoffdüsen11 als Mittel zur Lieferung ultradünner, schmutzarmer, nachfüllbarer Ziele etabliert.
Der Hauptnachteil all dieser nachfüllbaren Zielsysteme ist die begrenzte Auswahl an Zielmaterialien und Geometrien, die durch mechanische Anforderungen wie Festigkeit, Viskosität und Schmelztemperatur diktiert werden.
Hier wird ein System beschrieben, das mikromaschinengebundene Targets mit einer Geschwindigkeit von 0,2 Hz in den Fokus eines Hochintensitätslasers bringen kann. Die Mikrobearbeitung bietet eine große Auswahl an Zielmaterialien in vielseitigen Geometrien12. Die Zielpositionierung erfolgt durch eine geschlossene Rückkopplung zwischen einem kommerziellen Verdrängungssensor und einem motorisierten Manipulator.
Das Zielabgabesystem wurde mit einem kontrastreichen 20 TW-Lasersystem getestet, das 25 fs-lange Laserpulse mit 500 mJ am Ziel liefert. Eine Übersicht über die Architektur des Lasersystems ist in Porat et al.13gegeben, und eine technische Beschreibung des Zielsystems ist in Gershuni et al.14gegeben. Dieses Papier stellt eine detaillierte Methode zur Herstellung und Verwendung dieser Art von System vor und zeigt repräsentative Ergebnisse der Laser-Ionen-Beschleunigung von ultradünnen Goldfolienzielen.
Das Thomson Parabola Ionenspektrometer (TPIS)15,16 in Abbildung 1 wurde verwendet, um die Energiespektren der emittierten Ionen aufzuzeichnen. In einem TPIS durchlaufen beschleunigte Ionen parallele elektrische und magnetische Felder, die sie auf parabolische Bahnen in der Brennebene setzen. Die parabolische Krümmung hängt vom Ladungs-Massen-Verhältnis des Ions ab, und die Position entlang der Flugbahn wird durch die Energie des Ions festgelegt.
Eine BAS-TR-Bildplatte (IP)17, die an der Brennebene des TPIS positioniert ist, zeichnet die einschneidenden Ionen auf. Die IP wird an einen mechanischen Durchlauf angehängt, um die Übersetzung in einen neuen Bereich vor jedem Schuss zu ermöglichen.

<table><tbody><tr><td>76,2 x 127 mm EFL 90° Geschütztes Gold 100&Aring; Off-Axis-Parabolspiegel</td><td>Edmund optics</td><td>35-535</td><td></td></tr><tr><td>MicroTrak 3 LTS 120-20</td><td>MTI Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ultraschnelle dielektrische Hochleistungsspiegel für 800 nm</td><td>Thorlabs</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

automatisierte lieferung von mikrofabrizierten targets für intensive laserbestrahlungsexperimente

Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments

Beschrieben ist ein experimentelles Verfahren, das eine Hochleistungslaserbestrahlung von mikrofabrizierten Targets ermöglicht. Die Ziele werden durch eine geschlossene Rückkopplungsschleife, die zwischen dem Zielmanipulator und einem Sensor arbeitet, in den Laserfokus gebracht. Der Zielfertigungsprozess wird ausführlich erläutert. Repräsentative Ergebnisse von Protonenstrahlen auf MeV-Ebene, die durch Bestrahlung von 600 nm dicken Goldfolien mit einer Rate von 0,2 Hz erzeugt werden. Die Methode wird mit anderen nachfüllbaren Zielsystemen verglichen und die Aussichten, die Schussraten auf über 10 Hz zu erhöhen, werden diskutiert.

Dieses Zielliefersystem wurde eingesetzt, um Ionen von der Rückseite von 600 nm dicken Goldfolien zu beschleunigen. Bei Bestrahlung mit einer normalisierten Laserintensität von0 = 5,6 wurden diese Ionen durch den Ziel-Normalmantelbeschleunigungsmechanismus (TNSA)21beschleunigt. In TNSA ionisierte das Licht mit geringerer Intensität, das dem Hauptlaserpuls vorausging, die Vorderseite der Zielfolie. Die vom Hauptlaserpuls ausgeübte Gedankenkraft trieb heiße Elektronen durch die Schüttgut....

Für die automatisierte Bestrahlung dünner Goldfolien mit hochintensiven Laserpulsen wird ein Protokoll vorgelegt. Das Protokoll enthält eine Schritt-für-Schritt-Beschreibung des Mikrobearbeitungszielfertigungsprozesses und eine detaillierte Anleitung, wie Ziele mit einer Geschwindigkeit von 0,2 Hz in den Fokus des Lasers gebracht werden.

Automatisierte Lieferung von mikrofabrizierten Targets für intensive Laserbestrahlungsexperimente

Described is an experimental procedure that enables high-power laser irradiation of microfabricated targets. Targets are brought to the laser focus by a ...

Intensive Laserstrahlungsexperimente von Submikrometer-Skalazielen werden derzeit mit langsamen Schussraten durchgeführt. Unser Protokoll löste diese Herausforderung, indem es diese Ziele schnell automatisiert in den Fokus des Lasers stellte. Unser Zielsystem ermöglicht die Erfassung von Daten mit einer großen Anzahl von Laseraufnahmen mit in kleinen Schritten geänderten Zielparametern sowie Anwendungen, die von einer hohen Gesamtstrahlungsdosis profitieren.Die visuelle Demonstration dieses Protokolls zeigt die Feinheiten des Waferherstellungsprozesses und die Zielausrichtung. Die Prozessführer Nirit Porecki Shamay und Nofar Livni demonstrieren den Zielfertigungsprozess. Verwenden Sie zur Herstellung der Rückseite einen 250 Mikrometer dicken 100 Millimeter großen Siliziumwafer mit hoher Spannung in einer beidseitig mit Siliziumnitrid beschichteten Kristallformation mit einer Null-Null-Kristallbildung.Den Wafer mit Aceton und Isopropanol reinigen. Dann spinbeschichten Sie den Wafer mit HMDS widersteht, um eine Klebeschicht zu bilden. Spin beschichten Sie den Wafer mit einem AZ 1518 positiven Photoresist.Backen Sie den Wafer bei 100 Grad Celsius für eine Minute. Photolithograph 1 000 mal 1.000 Mikrometer quadratische Öffnungen unter Vakuum, die den Wafer in einem Vier- bis Sieben-Sekunden-Zyklus einer 400 Nanometer UV-Lampe aussetzen, so dass der Wafer einem Gesamteinfluss von 40 Joule pro Zentimeter im Quadrat ausgesetzt ist. Verwenden Sie dann einen AZ 726 Entwickler, um das Siliziumnitrid und ein Bad mit dehydriertem Wasser freizulegen, um den Prozess zu stoppen.Verwenden Sie eine reaktive Ionenusw., um das Siliziumnitrid an der Position der Quadrate zu entfernen. Legen Sie den Wafer für 20 Minuten in ein NMP-Bad, um den Restwiderstand und den Photowiderstand zu entfernen, wodurch eine Replik der Maske auf der Siliziumnitridschicht entsteht. Dann unter frischem Wasser waschen und trocknen lassen.Den Wafer in einer Kaliumhydroxidlösung von 30%90 Grad Celsius versenken, um das Silizium durch die quadratischen Öffnungen zu ätzen. Um die Vorderseite herzustellen, wiederholen Sie das zuvor beschriebene Verfahren mit einer Maske, die als drei konzentrische Ringe geformt ist. Verwenden Sie die reaktive Ionenusw., um das Siliziumnitrid zu entfernen, wo sich die Ringe befinden, gefolgt von einem NMP-Bad, um Widerstands- und Photoresist-Reste zu entfernen.Rauen Sie die Siliziumringe, indem Sie den Wafer in Salpetersäure und in einer Lösung von 0,02 Molsilbernitrat und vier Molfluorwasserstoff versenken. Verwenden Sie auf der geätzten Seite des Wafers eine physikalische Dampfabscheidungsmaschine, um eine Schicht von ein paar hundert Nanometern Gold auf einem 10-Nanometer-Film aus Klebstoff Titan, Nickel oder Chrom zu spucken. Blockieren Sie den Strahl und bringen Sie das erste Ziel unter einem Mikroskop mit hoher Vergrößerung ins Blickfeld.Zeigen Sie einen Triangulations-Bereich-Sensor auf den aufgerauten Ring, der dem Ziel am nächsten liegt, und zeichnen Sie dessen Verschiebungsmessung auf. Lassen Sie das Mikroskop an Ort und Stelle, bewegen Sie den Wafer weg, um den Strahlweg zu räumen. Verwenden Sie die beiden Klappspiegel und den Parabolspiegel außerhalb der Achse, um den Strahl mit geringer Leistung in das Sichtfeld des Mikroskops auszurichten.Passen Sie diese drei Spiegel an, um Astigmatismen im Strahl zu korrigieren. Das Ergebnis sollte ein nahezu beugungsbegrenzter Brennpunkt sein. Blockieren Sie den Laserstrahl und bringen Sie das Ziel wieder in den Fokus des Mikroskops.Überprüfen Sie dann seine Position mit dem Mikroskop und den Messsensoren. Verwenden Sie Software, um eine closed Loop-Rückmeldung zwischen dem Fokusachsenmanipulator des Ziels und dem Lesewert des Verschiebungssensors unter Verwendung des zuvor aufgezeichneten Verschiebungswerts als Sollwert zu implementieren. Sobald die Geschlossene Schleifenpositionierung einen gewünschten Toleranzabstand vom Sollwert erreicht hat, bestrahlen Sie das Ziel mit einem einzigen Hochleistungslaserpuls.Zeichnen Sie Daten aus der Partikeldiagnose auf und wiederholen Sie den Vorgang mit dem nächsten Ziel, das von der Software in den Fokus gerückt wird. Dieses Zielabgabesystem wurde eingesetzt, um Ionen von der Rückseite von 600 Nanometer dicken Goldfolien zu beschleunigen. Hier wird eine Zeitreihe der Zielverschiebung entlang der Brennachse angezeigt.Die Werte sind relativ zum Sollwert der Brennpunktposition. Die grünen Punkte zeigen an, wann sich die Zielverschiebung innerhalb eines Toleranzwerts von einem Mikrometer vom Sollwert entfernt befand, d. h., wenn ein Laserschuss aufgenommen wurde. Thomson Parabola-Ionen-Spektrometerspuren wurden aus 14 aufeinanderfolgenden Bestrahlungen von 600 Nanometer dicken Goldfolienzielen gewonnen.Aus diesen Spuren wurden Energiespektren abgeleitet. Die Peak-to-Peak-Stabilität der maximalen Protonenenergie lag innerhalb von 10%Nach diesem Verfahren können Untersuchungen der Ionen- und Elektronenbeschleunigung aus der Neuronenerzeugung systematisch durchgeführt werden.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Wir beschreiben die experimentelle Methode nanostrukturierte Oxid Dünnschichten durch Nanosekunde Pulsed Laser Deposition (PLD) abzuscheiden in Gegenwart von einem Hintergrund Gas. Mit dieser Methode Al-dotiertem ZnO (AZO) Filmen, von kompakt bis hierarchisch nano-Baum Wälder strukturiert werden können hinterlegt.

Herstellung von transparenten leitenden Oxide durch Pulsed Laser Deposition Nano-engineered

Wir zeigen die Verwendung des Laser-induzierten Weiterleiten Transfer (LIFT) -Technik für die Flip-Chip-Montage von optoelektronischen Bauelementen. Diese Vorgehensweise stellt eine einfache, kostengünstige, Tieftemperatur, schnelle und flexible Lösung zur Feinabstands Stoßen und Verbinden auf Chipmaßstab zur Erzielung hochdichten Schaltungen für optoelektronische Anwendungen.

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Wir demonstrieren die Verwendung der laserinduzierten Vorwärtstransfertechnik (LIFT) für den Druck von hochviskoser Ag-Paste. Diese Technik bietet ein einfaches, robustes Verfahren für den nicht-lithographischen Druck von mikroskaligen 2D- und 3D-Strukturen.

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Dieses Protokoll beschreibt eine Bioprinting-Methodik, die ein automatisiertes robotergestütztes Abscheidesystem verwendet, das geätzte topographische Leitfäden mit der präzisen Abscheidung einer Zelle mit Hydrogel-Biotinte verbindet. Die gedruckten Zellen werden direkt auf die geätzten Merkmale aufgebracht und sind in der Lage, diese zu erfassen und sich daran zu orientieren.

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