Patrones través ópticos saturable Transiciones - Fabricación y Caracterización

El objetivo general del siguiente experimento es fabricar nanoestructuras de sublongitud de onda utilizando una novedosa técnica litográfica óptica de un solo fotón. Esto se logra aplicando primero una capa de una molécula fotocromática sobre un sustrato de silicio. Como segundo paso, la muestra se irradia con luz ultravioleta de longitud de onda corta, que convierte los isómeros de anillo abierto en isómeros de anillo cerrado.

A continuación, la muestra se ilumina con una onda estacionaria para convertir las moléculas de nuevo en la forma de anillo abierto, excepto en las proximidades cercanas a los nodos. Al saturar ópticamente esta transición, las moléculas del isómero de anillo cerrado permanecen en una región que es mucho más pequeña que el límite de difracción de campo lejano. Finalmente, la muestra se coloca en un solvente polar donde el isómero de anillo cerrado se disuelve a un ritmo más rápido que el isómero de anillo abierto, dejando atrás los resultados de la topografía a nanoescala, que muestran que el modelado a través de transiciones ópticas saturables es una técnica alternativa de nano patrón óptico para obtener características de sublongitud de onda.

Las principales ventajas de esta técnica sobre los métodos existentes, como la litografía por haz de electrones de barrido, son que el modelado a través de transiciones ópticas puede ser órdenes de magnitud más rápido, proporcionar un patrón más preciso y ser más simple y barato de implementar. La demostración del procedimiento estará a cargo de Precious Cantú, una estudiante graduada de mi laboratorio. Este protocolo requiere que todos los pasos se realicen en una sala limpia de clase 100 o superior.

Para preparar la muestra para el bloqueo de disolución, comience con una oblea de silicio de dos pulgadas que se haya limpiado con una solución de grabado de óxido tamponada y se haya secado con nitrógeno seco con oblea en mano, continúe con el paso de evaporación térmica. Este laboratorio utiliza un evaporador de baja temperatura personalizado, cargue la oblea en el soporte de muestras del evaporador y luego monte el soporte en el evaporador. Para este protocolo, se ha llenado un bote de óxido de aluminio con 30 miligramos de BTE.

Cargue este bote en la fuente. El pozo del evaporador procede sellando los puertos de la cámara y bombeando la cámara hasta una presión base de 10 a menos seis. A continuación, evapore el BTE a una temperatura de consigna de 100 grados centígrados con un espesor de película de aproximadamente 30 nanómetros.

Inmediatamente después de que se complete el proceso de evaporación y se pueda abrir el sistema, desmonte la muestra. Luego llévelo para cargarlo en una guantera con un ambiente de nitrógeno y una lámpara UV. En este caso, la muestra se ha cargado en la guantera.

En la guantera. La muestra debe colocarse bajo la luz ultravioleta para la iluminación de inundación. Ilumine la muestra con UV durante cinco minutos para transformar BTE en la forma cerrada.

Después de la iluminación UV, tome una porción de la muestra para caracterizar. Para ello, utilice un trazador de diamantes para definir una pequeña región rayando una línea desde el borde de la superficie de silicio. A continuación, agarra la oblea a ambos lados de la línea y dóblala hacia abajo hasta que se rompa a lo largo del plano del cristal.

La porción más pequeña se utilizará para la caracterización después de que se haya retirado de la guantera. Lleve la pequeña pieza de muestra a un perfilómetro para validar el espesor de la película BTE. Para realizar la medición, utilice pinzas de borde fino para hacer un rasguño en la superficie de la oblea en la muestra.

A continuación, mida la altura del escalón desde este rasguño. Después de medir el espesor de la película BTE, regrese a la muestra en la guantera para prepararla para la exposición. Trabajar en la atmósfera inerte de la guantera.

Use un escriba de diamante para cortar la oblea y romper un pedazo para exponerlo. En este caso, la pieza mide aproximadamente un centímetro cuadrado. Guarde la pieza más grande y obtenga un portamuestras de atmósfera inerte.

Cargue la muestra de exposición en el portamuestras. Prepárese para quitar el portamuestras de la guantera. Cuando esté listo, retire el portamuestras de la guantera para llevarlo al interferómetro.

En el montaje del interferómetro, el portamuestras de atmósfera inerte en la etapa de muestreo. Una vez que esté en posición, conecte una línea de nitrógeno al portamuestras. Abra el puerto del portamuestras para purgar la muestra con nitrógeno.

A continuación, cierre el puerto. Mantener la línea de nitrógeno en su lugar. Utilice el interferómetro para exponer la muestra para obtener la exposición deseada.

Tiempo Después de la exposición con el interferómetro, retire la atmósfera inerte, el portamuestras y su muestra. Transpórtalos de vuelta a la guantera y colócalos dentro. Con la muestra en la guantera, obtenga un vaso de precipitados de vidrio limpio que contenga 100 mililitros de etilenglicol.

Retire la muestra expuesta del soporte y colóquela en el vaso de precipitados durante el tiempo de revelado deseado. Cuando haya transcurrido el tiempo de revelado, retire la muestra del beag. Se secará rápidamente en la atmósfera de nitrógeno.

Luego, tan pronto como sea posible, monte la muestra para iluminarla con luz ultravioleta y exponerla durante cinco minutos. Este es un gráfico del grosor de las capas moleculares en comparación con el tiempo de desarrollo de las dos formas de moléculas de BTE. Los datos del formulario abierto están conectados con una línea azul.

Los datos del formulario cerrado están conectados por una línea roja. El gráfico demuestra la mayor solubilidad de la molécula de forma cerrada en disolventes polares. Para recopilar estos datos, la mitad de una muestra se convirtió a forma cerrada y la otra mitad a forma abierta.

La muestra se desarrolló en etilenglicol durante varios tiempos de desarrollo diferentes, y luego se midió el espesor de la capa restante con un perfilómetro. Aquí están las imágenes de microscopía electrónica de barrido de muestras de patrones de exposiciones de revelado único realizadas en el portamuestras de atmósfera inerte. Los tamaños de las características son 196 nanómetros, 160 nanómetros y 85 nanómetros.

La última corresponde a un ancho de línea de aproximadamente lambda. Más de 7.4. Los datos de varias exposiciones se muestran con cruces en un gráfico de ancho de línea en función del tiempo de exposición.

A modo de comparación, la curva azul representa la predicción de un modelo simple, asumiendo una iluminación sinusoidal incidente con un período de 457 nanómetros, y utilizando el umbral de exposición como único parámetro de ajuste. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo implementar patrones de súper resolución a través de transiciones ópticas ibles.