$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Simulación de una banda única Absorber THz metamateriales
Una vista 3D de la simulación de configuración se muestra en la Figura 2.
- Lumerical FDTD se utiliza para optimizar las características de transmisión, reflexión y absorción del absorbente metamaterial THz. Todas las unidades se dan en micras.
- Definir la THz poliimida propiedades del material por la izquierda haciendo clic Materiales, Add (n, k) material Y la introducción de 1,68 como el N y 0,06 como el k. Haga doble clic a la izquierda en "material nuevo 1" y renombrarlo como "poliamida". Tenga en cuenta que si los datos de refracción teóricos o experimentales índice está disponible se puede " Añadir datos de la muestra " Para definir las propiedades del material.
- Dibujar la geometría del dispositivo, comenzando con el 0,2 m de espesor plano de tierra metálico. En la Estructuras Seleccione la ficha Rectángulo Y editar las propiedades pulsando la E Clave. Entrada "plano de tierra" en el Nombre de, (0,0,0.1) como el centro de la estructura de coordenadas y (31,31,0.2) como la región span. Mover a la Material Y seleccione Perfect conductor eléctrico (PEC). Repita el procedimiento para definir los 3 m de espesor de poliamida escribir capa dieléctrica "poliamida" en la ventana de nombre, (0,0,1.7) como el centro de coordenadas y (31,31,3) como el span. Finalmente definir el 0,2 micras de espesor eléctrico anillo resonador dibujando dos rectangulares Perfect conductor eléctrico (PEC) llamado "ERR ARM1" y "ERR ARM2" con el mismo centro de coordenadas de (0,0,3.3), pero diferentes regiones de calibrado (10,26,0.2) y (26,10,0.2), respectivamente.
- Agregue la región simulación haciendo clic izquierdo en Simulación Y pulse E Para editar las propiedades. En la Ficha General 20 PSEC como el tiempo de simulación. En la Geometría Elegir ficha (0,0,0) como el centro de coordenadas y (30,30,200) como las regiones span. En la Ajustes de malla Ficha seleccionar una precisión de malla de 3 y mantener la configuración predeterminada otros tal como son. Establecer las condiciones de contorno de la simulación en la Condiciones de contorno Ficha seleccionando "anti-simétrica" para x min bc bc x max y "simétrica" para y min y max bc y bc y "PML" para z min bc bc yz max (el "permitir simetría en todas las fronteras" debe estar marcada). Incluya una región anulación de malla por la izquierda haciendo clic de nuevo en Simulación Y edición pulsando E. En la General Tipo de ficha de 0,5 m para el dx dy y anulación y de 0,05 m para la anulación dz. En la Geometría Ficha entrar al centro de coordenadas (0,0,1.7) y las regiones Span (30,30,3.8). Tenga en cuenta que una malla de un tamaño más pequeño de Por ejemplo, Dx, dy 0,1 micras, aumentará precisión de la simulación, aunque esto será a expensas de la memoria de la CPU aumenta significativamente y el tiempo de simulación. Lo mejor es simular utilizando un tamaño de malla grande hasta una estructura con las propiedades deseadas se obtiene y después volver a simular mediante el tamaño de malla más pequeña.
- Definir el tipo de origen por la izquierda haciendo clic en la flecha que aparece junto a Fuentes Y eligiendo Onda plana. Pulsar E Para editar las propiedades de origen y en el General Ficha para cambiar la dirección hacia atrás. En la pestaña de geometría entrar al centro de coordenadas (0,0,90) y (35,35,0) para la región span. Tenga en cuenta que no es posible modificar la duración de z. Ajuste la frecuencia mínima y máxima de la simulación en el Frecuencia / longitud de onda Ficha. Elegir un mínimo de 1 THz y un máximo de 4 THz y garantizar el pulso en la señal en función del tiempo en la esquina inferior derecha de la ventana decae a cero y antes del 20 de PSEC.
- Izquierda haga clic en la flecha junto a Monitores Y seleccione Dominio de la frecuencia campo de perfil. Pulse e para editar las propiedades del monitor y entrar en "r95" en el Monitor nombre Ventana. En la Geometría ficha Entrar en el centro de coordenadas (0,0,95) y la región span (30,30,0). Repetir y crear un segundo Dominio de la frecuencia campo de perfil Monitor llamado "t95" con centro de coordenadas (0,0, -95) y luces (30,30,0). Izquierda haga clic en la flecha que aparece junto a Monitores Y seleccione Propiedades globales. En la Frecuencia / potencia perfil Ficha introduzca 100 en la ventana de frecuencia puntos. Figura 2 Muestra la vista en perspectiva que muestra en Lumerical tras el cierre de los pasos 1.1-1.6. Compruebe los requisitos de memoria son compatibles con el ordenador por la izquierda haciendo clic en la flecha situada junto al Comprobar Icono en la barra de herramientas superior y seleccione Comprobar los requisitos de simulación de memoria. Guarde el archivo dándole un nombre apropiado, como "Jove.sim".
- Ejecute la simulación por la izquierda haciendo clic en el Ejecutar Icono.
- Al finalizar la simulación escriba lo siguiente en el Secuencia de comandos del sistema Ventana. Tenga en cuenta que también se puede introducir el siguiente texto en un editor de texto y guarde el archivo como un archivo. LSF. La secuencia de comandos se pueden ejecutar por la izquierda haciendo clic en la flecha que aparece junto a Ejecutar, Seleccionando Guión Y luego localizar el archivo de comandos guardados en su ordenador. Tenga en cuenta que el # indica un comentario.
Load ("Jove_sim"); # Carga el archivo de simulación F = GetData ("R95", "f"); # Obtiene los datos de reflexión y los datos de frecuencia del monitor r95 R = transmisión ("R95"); # Define R como una matriz que contiene los datos de reflexión A = 1-R; # Calcula la absorción Fthz = f/1e12; # Convierte frecuencia a THz Plot (fthz, A, R, "Frecuencia (THz)", "Absorción", "Reflection"); Datos # parcela en un solo gráfico Leyenda ("Absorción", "Reflection");
Filename = "Jove_sim.csv"; Los datos de exportación para sobresalir # import Rm (nombre de archivo); # Eliminar el archivo si ya existe Lambda = c / f; # Convierte a frecuencia de longitud de onda For (i = 1: longitud (lambda)) {
Write (filename, num2str (f (i)) + "," + num2str (fthz (i)) + "," + num2str (R (i)) + "," + num2str (A (i)) + " , ");
} # Genera un archivo. Csv en formato de columna de la frecuencia, la reflexión y la absorción
2. Fabricación de una única banda Absorber THz Metamaterial
Figura 3 Muestra los pasos de fabricación más importantes.
- Limpiar una pieza de 15 mm por 15 mm de silicio en soluciones secuenciales de tibia (50 ° C) Opticlear, acetona y ispopropanol usando agitación ultrasónica inicialmente después de calentar el vaso de precipitados que contiene el disolvente durante 10 min. Tenga en cuenta que este protocolo también se puede utilizar para fabricar varios dispositivos sobre una oblea de diámetro de 4 pulgadas.
- Evaporar un metal bi-capa de 20 nm/100 nm de Ti / Au sobre el 15 mm por 15 mm utilizando una Plassys 450 MEB evaporador de haz de electrones ( Figura 3, etapa 1). Tenga en cuenta que el espesor del metal debe ser mayor que la profundidad de la piel a la frecuencia operativa deseada.
- Limpiar la muestra como se ha descrito anteriormente en la sección 2.1
- Dispensar VM651 imprimación sobre la muestra utilizando una pipeta y dejar relajarse durante 20 sec. Girar la muestra a 4.000 rpm durante 5 segundos y luego hornear sobre una placa calefactora de contacto a 120 ° C durante 60 sec.
- Eliminar Dupont PI2545 poliimida del congelador. Permitir 20 min para la botella a temperatura ambiente. Esto es esencial ya que la apertura de la botella directamente después de la retirada del congelador dará lugar a condensación de humedad dentro de la botella y la degradación de la poliimida propiedades de la película. Dispensar PI2545 sobre la muestra utilizando una pipeta y permiten 20 segundos para que se relaje. Derivado de la muestra usando un procedimiento de etapa 2 espín con los ajustes siguientes - (i) velocidad de centrifugado final 500 rpm, aceleración de 100 rpms -1, Centrifugado final de tiempo de 5 segundos (ii) la velocidad del centrifugado final 6.000 rpm, aceleración de 500 rpm -1, Última vuelta de 60 seg. Bake muestra sobre una placa calefactora de contacto a 140 ° C durante 5 min ( La figura 3, paso 2). Si una gruesa película de poliamida se requiere entonces o bien girar varias capas o reducir la velocidad del centrifugado final. Para obtener un espesor de película de poliimida de 3 micras con un mínimo de borde de talón tres capas de PI2545 se hacen girar utilizando el protocolo anterior.
- Curar la poliimida sobre una placa calefactora de contacto a 220 ° C durante 10 min. Después de este procedimiento la cura PI2545 será impermeable a la mayoría de los disolventes y ácidos y sólo se puede eliminar mediante plasma de oxígeno. PI2545 se puede girar sobre una pieza de relleno de silicio, se curó como anteriormente, y el grosor de la película medido por el rascado de la poliimida y el uso de una superficie Dektak perfilómetro para medir la altura del escalón.
- 15% de depósito 2010 de poli (metacrilato de metilo), conocido como PMMA, sobre la muestra. Haz girar a 5.000 rpm durante 60 segundos y cocer en un horno de convección a 180 ° C durante 30 min. Antes de hornear eliminar cualquier exceso de resistir que se ha deslizado a la parte posterior de la muestra usando acetona. Retirar la muestra del horno y se deja enfriar a temperatura ambiente (~ 5 min). Depósito 4% PMMA 2041 sobre la muestra, girar a 5.000 rpm durante 60 segundos y hornear en un horno de convección a 180 ° C durante 60 min ( Figura 3, paso 3). Eliminar cualquier exceso de resistir que se ha deslizado a la parte posterior de la muestra usando acetona antes de la cocción.
- Escribe el trabajo deseado en un escritor VB6 Vistec haz de electrones con una dosis de 450 mC / cm 2. El archivo de trabajo está diseñado de Tanner L-Edit, se fracturó en polígonos por Beamer Presentación y finalmente se entrega al escritor viga usando el software basado en Java BELLE.
- Desarrollar la muestra en una solución 1:1 de MIBK: IPA a una temperatura de 23 ° C durante 60 seg ( Figura 3, paso 4). Enjuague en un vaso de precipitados de isopropanol. Inspeccionar la fidelidad patrón en un microscopio óptico. Si las funciones están mal resuelto despojar al resistir en Opticlear, acetona e isopropanol y empezar de nuevo desde el 2,2.
- Descum la muestra con O 2 Con un Plasmaprep Gala 5 Barril asher durante 1 min a 0,1 mbar y 50 W de potencia de RF. Evaporar 20 nm de Ti y Au 150 nm usando un Plassys 450 MEB evaporador de haz de electrones ( La figura 3, paso 5).
- Colocar la muestra en un vaso de precipitados de acetona caliente y colocar el vaso en un baño de agua caliente se mantiene a 50 ° C. Después de 4 hr sacar la muestra del baño de agua y usando una pipeta aspirar algo de la acetona caliente y rociado abundantemente sobre la muestra ( Figura 3, paso 6). Inspeccione muestra a simple vista para comprobar que el metal es el levantamiento de las áreas donde PMMA estaba presente. Si lift-off está progresando lentamente colocar vaso de precipitados en el baño de agua ultrasónico durante 2 min. Inspeccionar la muestra bajo el microscopio óptico.
- El protocolo describe la fabricación de un absorbedor de banda THz sola sin embargo multi-nivel de banda dual y absorbedores de banda ancha puede ser producido mediante la repetición de los pasos 2.3-2.11 y apilar varias cruces en la parte superior de capas de poliimida.
3. Caracterización de una única banda Absorber THz Metamaterial
Figura 4 Muestra el diseño básico FTIR instrumento.
- Abra el suministro de nitrógeno para el IFS 66V / S Transformada de Fourier de infrarrojos (FTIR). Pulse el botón "FIR" botón en la parte frontal de la unidad de control del espectrómetro para encender la lámpara de arco de mercurio. Se tarda alrededor de 15 minutos para la alimentación de la lámpara se estabilice. Insertar el divisor de haz 6 micras de múltiples capas en la ranura correspondiente en la unidad de interferómetro.
- Ventile el compartimiento de muestras del espectrómetro e inserte la unidad PIKE 30 ° reflexión. Coloque la abertura de 4 mm en la parte superior de la abertura de unidad de la reflexión y en la parte superior de esta poner un espejo de oro. La abertura 4 mm determina el área de la muestra que va a ser interrogados, mientras que el espejo dorado es necesario para hacer una medición de fondo.
- Vacíe el compartimiento de la muestra y esperar a que la presión para bajar a 5 mbar. El espectrómetro se puede ejecutar en un entorno de purgado con nitrógeno, sin embargo, el tamaño de la señal normalmente cae a menos de 20% frente al vacío.
- Inicie el software OPUS y cargar el archivo de configuración (set-up en la instalación de la unidad) para realizar mediciones en los 30 cm -1 A 300 cm -1 Gama (1-9THz). Este archivo establece numerosos parámetros del espectrómetro, tales como la velocidad del escáner, la abertura fuente, tipo de fuente, el método de recogida de datos y el modo de ejecución transformada de Fourier. Asegúrese de que el LED de la parte delantera del compartimiento del detector parpadea en verde, lo que indica que el escáner está en funcionamiento. Compruebe que la forma del interferograma es como se esperaba.
- Ejecutar análisis en segundo plano 100 para obtener el espectro de fondo.
- Compartimento de la muestra Vent, quitar la cara del espejo y el lugar de la muestra hacia abajo sobre la abertura. Asegúrese de que el centro de la muestra está en el centro de la abertura. Vacíe el compartimiento de la muestra.
- Ejecutar 1.000 exploraciones de la muestra para obtener el espectro de la muestra. El espectro de la muestra se compara con el espectro de referencia de fondo y el espectro de reflexión final de la muestra obtenida. Tenga en cuenta que si la señal que llega al detector es baja, un mayor número de exploraciones de muestra puede ser necesaria para reducir el ruido ( Por ejemplo, 10.000 exploraciones). Repetir los análisis de muestras debe hacerse para asegurar que los datos medidos es confiable y consistente.
- Datos de la exploración completa se puede convertir en un archivo de texto y se analizaron fuera de línea. El plano de tierra continuo de la muestra significa que no hay ergo de transmisión puede ser el espectro de absorción halla restando la reflexión a partir de 1.