Entrega automatizada de objetivos microfabricados para experimentos de irradiación láser intensa

Actualmente, los intensos experimentos de radiación láser de objetivos de escala submicrómetro se realizan a velocidades de disparo lentas. Nuestro protocolo resolvió este desafío colocando estos objetivos rápidamente en el foco del láser de una manera automatizada. Nuestro sistema objetivo permite la recopilación de datos que incorporan un gran número de tomas láser con parámetros objetivo cambiados en pequeños incrementos, así como aplicaciones que se benefician de una alta dosis global de radiación.

La demostración visual de este protocolo mostrará las sutilezas del proceso de fabricación de obleas y la alineación de destino. Demostrando el proceso de fabricación de objetivos están el ingeniero de procesos Nirit Porecki Shamay y Nofar Livni. Para fabricar la parte posterior, utilice una oblea de silicio de tensión de 250 micrómetros de 100 milímetros de espesor en una formación de cristal cero-cero recubierta en ambos lados con nitruro de silicio.

Limpie la oblea con acetona y con isopropanol. A continuación, hilar la capa de la oblea con HMDS se resiste a formar una capa adhesiva. Gire la capa de la oblea con un fotorresista positivo AZ 1518.

Hornee la oblea a 100 grados centígrados durante un minuto. Fotolitografía 1.000 por 1.000 micrómetros de aperturas cuadradas al vacío, exponiendo la oblea en un ciclo de cuatro a siete segundos a una lámpara UV de 400 nanómetros para que la oblea se exponga a un flujo general de 40 julios por centímetro cuadrado. A continuación, utilice un desarrollador AZ 726 para exponer el nitruro de silicio y un baño de agua deshidratada para detener el proceso.

Utilice un ion reactivo etcher para eliminar el nitruro de silicio en la ubicación de los cuadrados. Coloque la oblea en un baño NMP durante 20 minutos para eliminar la resistencia residual y fotorresistente, produciendo una réplica de la máscara en la capa de nitruro de silicio. Luego lávelo bajo agua dulce y déjelo secar.

Sumerja la oblea en una solución de hidróxido de potasio de 30%90 grados Celsius para grabar el silicio a través de las aberturas cuadradas. Para fabricar el lado frontal, repita el procedimiento descrito anteriormente con una máscara en forma de tres anillos concéntricos. Utilice el ion reactivo etcher para eliminar el nitruro de silicio donde se encuentran los anillos, seguido de un baño NMP para eliminar las sobras de resistencia y fotorresiste.

Desbaste los anillos de silicio hundiendo la oblea en ácido nítrico y en una solución de 0,02 nitrato de plata molar y cuatro fluoruro de hidrógeno molar. En el lado grabado de la oblea, utilice una máquina de deposición de vapor física para escupir una capa de unos pocos cientos de nanómetros de oro encima de una película de 10 nanómetros de titanio adhesivo, níquel o cromo. Bloquee el haz y saque el primer objetivo a la vista bajo un microscopio de gran aumento.

Apunte un sensor de triangulación al anillo rugoso más cercano al objetivo y registre su lectura de desplazamiento. Dejando el microscopio en su lugar, mueva la oblea para despejar el camino del haz. Utilice los dos espejos plegables y el espejo parabólico fuera del eje para alinear el haz en baja potencia con el campo de visión del microscopio.

Ajuste estos tres espejos para corregir astigmatismos en la viga. El resultado debe ser un punto focal casi difracción limitado. Bloquee el rayo láser y vuelva a poner el objetivo en el foco del microscopio.

A continuación, valide su posición utilizando el microscopio y la lectura de los sensores de rango. Utilice software para implementar una retroalimentación de bucle cerrado entre el manipulador del eje focal del objetivo y la lectura del sensor de desplazamiento utilizando el valor de desplazamiento registrado previamente como punto de consigna. Una vez que el posicionamiento de bucle cerrado haya alcanzado la distancia de tolerancia deseada desde el punto de consigna, irradiar el objetivo con un solo pulso láser de alta potencia.

Registre los datos de los diagnósticos de partículas y repita el proceso con el siguiente objetivo puesto en el foco por el software. Este sistema de entrega objetivo se empleó para acelerar los iones desde la parte posterior de las láminas de oro de 600 nanómetros de espesor. Aquí se muestra una serie temporal del desplazamiento de destino a lo largo del eje focal.

Los valores son relativos al punto de consigna de la posición focal. Los puntos verdes indican cuándo el desplazamiento objetivo estaba dentro de un valor de tolerancia de un micrómetro desde el punto de consigna, que es cuando se tomó una toma láser. Las trazas del espectrómetro de iones de parábola thomson se obtuvieron a partir de 14 irradiaciones consecutivas de objetivos de lámina de oro de 600 nanómetros de espesor.

Los espectros de energía se derivaron de estas trazas. La estabilidad pico a pico de la energía máxima de protones estaba dentro del 10%Después de este procedimiento, las investigaciones de iones y electrones de aceleración de láminas sólidas de generación de neuronas se pueden realizar de manera sistemática.