$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Simulation d'un absorbeur de THz bande unique métamatériaux
Une vue 3D de la simulation set-up est indiqué dans Figure 2.
- Lumerical FDTD est utilisé pour optimiser les caractéristiques de transmission, de réflexion et d'absorption de l'absorbeur THz métamatériaux. Toutes les unités sont données en um.
- Définir le THz polyimide propriétés du matériau par un clic gauche Matériaux, Add (n, k) le matériel 1,68 et entrer dans le n 0,06 et que le k. Double-cliquez à gauche sur «nouveau matériau 1" et renommez le en "polyimide". Notez que si les données théoriques ou expérimentaux indice de réfraction est disponible on peut " Ajouter des données échantillonnées " De définir les propriétés des matériaux.
- Dessiner la géométrie du dispositif, à partir de la 0,2 um d'épaisseur de plan de masse métallique. Dans le Structures Sélectionnez l'onglet Rectangle Et modifier les propriétés en appuyant sur la E Clé. Entrée "plan de masse" dans le, (0,0,0.1) que le centre de structure coordonnées et (31,31,0.2) que la région étendue. Passez à l' Matériel Et sélectionnez l'onglet Conducteur électrique parfait (PEC). Répétez l'opération pour définir les 3 microns d'épaisseur polyimide frappe couche diélectrique "polyimide" dans la fenêtre de nom, (0,0,1.7) comme le centre coordonne et (31,31,3) que la durée. Enfin définir le 0,2 um anneau épais résonateur électrique par deux nuls rectangulaire Conducteur électrique parfait (PEC) Régions appelées "ERR arm1" et "ERR ARM2" avec le même centre de coordonnées (0,0,3.3) mais différentes régions de portée (10,26,0.2) et (26,10,0.2) respectivement.
- Ajouter la région de simulation par un clic gauche sur Simulation Et appuyez sur E Pour modifier les propriétés. Dans le Onglet général 20 ps que le temps de simulation. Dans le Géométrie Onglet choose (0,0,0) comme le centre coordonne et (30,30,200) que dans les régions portée. Dans le Paramètres de maille Onglet sélectionner une précision de maille de 3 et garder les autres paramètres par défaut tels qu'ils sont. Définir les conditions aux limites de la simulation Onglet en choisissant "anti-symétrique" pour x min et x max bc bc, «symétrique» pour y min et y max bc bc et "PML" pour z et z min bc bc max (l '«permettre de symétrie sur les frontières" must être cochée). Inclure une région prioritaire maillage par un clic gauche à nouveau sur Simulation Et d'édition en appuyant sur E. Dans le Général 0,5 um pour le dx et dy override et 0,05 um pour le remplacement dz. Dans le Géométrie Onglet entrer dans le centre de coordonnées (0,0,1.7) et les régions (portée 30,30,3.8). Notez qu'un maillage plus petit des Par exemple, Dx, dy 0,1 um, augmentera la précision de simulation si cela se fera au détriment de la mémoire de la CPU considérablement augmenté et le temps de simulation. Il est préférable de simuler en utilisant un maillage large jusqu'à ce qu'une structure ayant les propriétés souhaitées sont obtenues et puis re-simuler en utilisant un maillage inférieur.
- Définir le type de source par un clic gauche sur la flèche à côté Sources Et en choisissant. Appuyer E Pour modifier les propriétés de la source et dans la Général Onglet changer la direction de l'arrière. Dans l'onglet Géométrie entrer dans le centre de coordonnées (0,0,90) et (35,35,0) pour la région de l'échelle. Notez que vous ne pouvez pas modifier la durée de z. Régler la fréquence minimale et maximale de la simulation dans le Fréquence / longueur d'onde Onglet. Choisissez un minimum de 1 THz et un maximum de 4 THz et d'assurer l'impulsion dans le signal en fonction du temps du graphique dans le coin inférieur droit de la désintégration de fenêtres à zéro bien avant le 20 ps.
- Clic gauche sur la flèche à côté Moniteurs Et sélectionnez Profil du champ dans le domaine fréquentiel. Appuyez sur e pour éditer les propriétés du moniteur et entrez "r95" dans le Moniteur nom. Dans le Entrer dans le centre des coordonnées de (0,0,95) et la région durée (30,30,0). Répétez l'opération et créer une seconde Profil du champ dans le domaine fréquentiel Moniteur appelé "t95" avec le centre de coordonnées (0,0, -95) et travées (30,30,0). Un clic gauche sur la flèche à côté Moniteurs Et sélectionnez Propriétés globales. Dans le Fréquence / puissance le profil Onglet entrez 100 dans la fréquence des points de la fenêtre. Figure 2 Montre la vue en perspective affichée dans Lumerical sur l'achèvement des étapes 1.1 à 1.6. Les besoins en mémoire sont compatibles avec votre ordinateur par un clic gauche sur la flèche à côté de l' Vérifier Icône de la barre d'outils supérieure et sélectionnez Vérifier les besoins en mémoire de simulation. Enregistrez le fichier en lui donnant un nom approprié, tel que "Jove.sim".
- Lancez la simulation par un clic gauche sur l' Exécuter Icône.
- A la fin de la simulation tapez ce qui suit dans le Script rapide. Notez que l'on peut également saisir le texte suivant dans un éditeur de texte et enregistrez le fichier en tant que fichier. Lsf. Le script peut alors être exécuté par un clic gauche sur la flèche à côté Exécuter, La sélection d', Puis localiser le fichier de script enregistré sur votre ordinateur. Notez que le # indique un commentaire.
Load ("Jove_sim"); # Charge le fichier de simulation F = getdata ("r95", "f"); # Récupère les données de réflexion et des données de fréquence du moniteur r95 R = transmission ("r95"); # Définit R comme une matrice contenant les données de réflexion A = 1-R; # Calcule l'absorption Fthz = f/1e12; # Convertit la fréquence de THz Plot (fthz, A, R, "Fréquence (THz)", "Absorption", "Reflection"); # Intrigue données sur un seul graphique Légende ("Absorption", "Reflection");
Filename = "Jove_sim.csv"; # Données d'exportation pour exceller importation (filename); # Supprimer le fichier s'il existe déjà Lambda = c / f; # Convertit la fréquence de longueur d'onde For (i = 1: length (lambda)) {
Write (nom de fichier, num2str (f (i)) + "," + num2str (fthz (i)) + "," + num2str (R (i)) + "," + num2str (A (i)) + " , ");
} # Délivre en sortie un fichier. Csv en format de colonne de la fréquence, de la réflexion et de l'absorption
2. La fabrication d'un absorbeur THz bande unique métamatériaux
Figure 3 Montre les étapes de fabrication les plus importants.
- Nettoyer de 15 mm par 15 mm Pièce de silicium dans des solutions séquentielles d'eau tiède (50 ° C) OptiClear, l'acétone et ispopropanol en utilisant une agitation par ultrasons après avoir d'abord chauffer le bécher contenant le solvant pendant 10 min. Noter que ce protocole peut aussi être utilisé pour fabriquer des dispositifs sur une plaquette de plusieurs diamètre 4 pouces.
- Faire évaporer un métal bi-couche de 20 nm nm/100 Ti / Au sur le 15 mm par 15 mm à l'aide d'un MEB Plassys 450 faisceau d'électrons évaporateur ( Figure 3, étape 1). Noter que l'épaisseur du métal doit être supérieure à l'épaisseur de peau à la fréquence de fonctionnement souhaitée.
- Nettoyer l'échantillon comme décrit précédemment dans la section 2.1
- Déposer VM651 apprêt sur l'échantillon à l'aide d'une pipette et laisser se détendre pendant 20 sec. Centrifuger à 4000 rpm pendant 5 secondes, puis cuire au four sur une plaque de cuisson de contact à 120 ° C pendant 60 secondes.
- Supprimer Dupont PI2545 polyimide du congélateur. Comptez 20 min pour le flacon à température ambiante. Cela est essentiel car l'ouverture de la bouteille directement après la sortie du congélateur se traduira par condensation d'humidité à l'intérieur de la bouteille et dégradant le polyimide propriétés du film. Distribuer PI2545 sur l'échantillon à l'aide d'une pipette et laisser 20 secondes pour qu'il puisse se détendre. Spin échantillon en utilisant une procédure en 2 étapes de spin avec les paramètres suivants: - (i) la vitesse d'essorage final 500 min, Accélération 100 rpm -1, Essorage final de temps de 5 secondes (ii) vitesse d'essorage final 6000 rpm, accélération 500 rpm -1, Essorage final de 60 sec. Échantillon Cuire au four sur une plaque de cuisson de contact à 140 ° C pendant 5 min ( Figure 3, étape 2). Si un film de polyimide épais est requis, soit faire tourner plusieurs couches ou de réduire la vitesse d'essorage final. Pour obtenir une épaisseur de film de polyimide de 3 um avec un minimum de trois couches de bord de bourrelet de PI2545 sont filées selon le protocole ci-dessus.
- Cure de polyimide sur une plaque chauffante de contact à 220 ° C pendant 10 min. Après durcissement de cette procédure le PI2545 sera imperméable à la plupart des solvants et les acides et ne peut être éliminé en utilisant un plasma d'oxygène. PI2545 peuvent être mises en rotation sur une pièce factice de silicium, durci comme ci-dessus et l'épaisseur du film mesurée par grattage et le polyimide à l'aide d'un profilomètre de surface DEKTAK pour mesurer la hauteur du gradin.
- 15% de dépôt 2010 Poly (méthacrylate de méthyle), connu sous le nom de PMMA, sur l'échantillon. Centrifuger à 5000 rpm pendant 60 sec et cuire dans un four à convection à 180 ° C pendant 30 min. Avant cuisson enlever tout excès qui s'est glissée résister à la face arrière de l'échantillon à l'aide d'acétone. Retirer l'échantillon du four et laisser refroidir à température ambiante (~ 5 minutes). Dépôt 4% 2041 PMMA sur l'échantillon, tournent à 5000 tpm pendant 60 sec et cuire dans un four à convection à 180 ° C pendant 60 min ( Figure 3, étape 3). Enlever tout excès qui s'est glissée résister à la face arrière de l'échantillon avec de l'acétone avant la cuisson.
- Ecrire le travail souhaité sur un écrivain Vistec VB6 faisceau d'électrons en utilisant une dose de 450 pC / cm 2. Le fichier de travail est conçu de Tanner L-Edit, fracturé en polygones par Beamer Mise en page et finalement soumis à l'écrivain poutre à l'aide du logiciel Java BELLE.
- Développer l'échantillon dans une solution de 1:1 MIBK: IAP à une température de 23 ° C pendant 60 secondes ( Figure 3, étape 4). Rincer dans un bécher d'isopropanol. Inspectez la fidélité motif sur un microscope optique. Si les fonctions sont mal résolus dépouiller la résistance à OptiClear, l'acétone et l'isopropanol et recommencez à partir de 2.2.
- Descum l'échantillon avec O 2 L'aide d'un Plasmaprep Gala 5 Asher baril pendant 1 min à 0,1 mbar et 50 W de puissance RF. Evaporer 20 nm et 150 nm Ti Au utilisant un Plassys 450 MEB faisceau d'électrons évaporateur ( Figure 3, étape 5).
- Insérer l'échantillon dans un bécher d'acétone chaude et placer le bécher dans un bain d'eau chaude maintenue à 50 ° C. Après 4 heures, retirer l'échantillon du bain-marie et en utilisant une pipette aspirer une partie de l'acétone chaude et pulvériser généreusement sur l'échantillon ( Figure 3, étape 6). Inspecter l'échantillon à l'oeil pour vérifier que le métal est son envol dans les zones où PMMA était présent. Si le décollage progresse lentement placer bécher dans le bain d'eau à ultrasons pendant 2 minutes. Inspecter l'échantillon sous le microscope optique.
- Le protocole décrit la fabrication d'un absorbeur à bande unique THz toutefois plusieurs niveaux bi-bande à large bande et les absorbeurs peuvent être produits par la répétition des étapes 2.3 à 2.11 et empiler plusieurs croix sur le dessus de couches de polyimide.
3. Caractérisation d'un absorbeur de THz bande unique métamatériaux
Figure 4 Montre la disposition instrument de base FTIR.
- Ouvrir l'alimentation en azote à l'IFS 66V / S transformée de Fourier infrarouge (IRTF). La touche "FIR" situé sur la face avant de l'unité de commande spectromètre à allumer la lampe à arc de mercure. Il faut environ 15 min pour la puissance de la lampe se stabilise. Insérez le séparateur de faisceau 6 um multicouche dans l'emplacement approprié dans l'unité d'interféromètre.
- Purger le compartiment échantillon du spectromètre et insérez le PIKE 30 ° unité de réflexion. Placer l'ouverture 4 mm au-dessus de l'ouverture de l'unité de réflexion et en haut de cette mettre un miroir en or. L'ouverture 4 mm détermine la zone de l'échantillon qui sera interrogée pendant que le miroir d'or est nécessaire d'effectuer une mesure de fond.
- Evacuer le compartiment échantillon et attendre que la pression de descendre à 5 mbar. Le spectromètre peut être exécuté dans un environnement purgée à l'azote mais la taille du signal diminue généralement à moins de 20% par rapport au vide.
- Lancez le logiciel OPUS et charger le fichier de configuration (set-up lors de l'installation de l'appareil) pour prendre des mesures dans les 30 cm -1 À 300 cm -1 (1-9THz). Ce fichier définit les paramètres du spectromètre de nombreux tels que la vitesse du scanner, ouverture de source, le type de source, la méthode de collecte de données et le mode d'exécution de Fourier transformée. Assurer le voyant sur le devant de l'espace de détection est vert clignotant, indiquant que le scanner fonctionne. Vérifiez que la forme de l'interférogramme est comme prévu.
- Run 100 scans fond pour obtenir le spectre de fond.
- Compartiment échantillon Vent, retirez le visage rétroviseur échantillon et le lieu vers le bas sur l'ouverture. Assurer le centre de l'échantillon se trouve au milieu de l'ouverture. Evacuer le compartiment échantillon.
- Exécuter 1.000 balayages échantillon pour obtenir le spectre d'échantillon. Le spectre de l'échantillon sera comparé au spectre de référence de fond et le spectre de réflexion finale de l'échantillon obtenu. Notez que si le signal atteint le détecteur est faible, un plus grand nombre d'analyses d'échantillons peuvent être nécessaires pour réduire le bruit ( Par exemple, 10.000 scans). Analyses d'échantillons répétés doivent être faits pour s'assurer que les données de mesure est fiable et cohérente.
- Les données de l'analyse ci peut être enregistrée dans un fichier texte et analysées hors ligne. Le plan de masse de l'échantillon en continu signifie qu'il n'y a pas ergo transmission du spectre d'absorption peut être trouvée en soustrayant la réflexion à partir de 1.