Simulation, fabrication et caractérisation de THz Absorbeurs métamatériaux

L’objectif global de cette procédure est de simuler, fabriquer et caractériser une structure d’absorption de métamatériau térahertz. Tout d’abord, effectuez des simulations pour établir la conception optimale de l’absorbeur de métamatériaux. Fabriquez ensuite cette conception optimisée.

Ensuite, évaluez les performances expérimentales de l’absorbeur à l’aide de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier. Les dispositifs d’absorption de métamatériaux ertz monobande, bibande et large bande qui en résultent sont capables d’absorber plus de 80 % au pic de résonance. Et lorsqu’ils sont couplés à un capteur approprié, ils ont des applications en imagerie et en spectroscopie.

La technologie sur laquelle nous travaillons nous permettra de fabriquer de petits systèmes d’imagerie térahertz portables, qui seront tenus à la main en travaillant sur des technologies de métamatériaux, que nous espérons intégrer avec des capteurs tels que des baromètres, nous espérons pouvoir réaliser des dispositifs à grande vitesse et à haute sensibilité. Les implications de cette technique s’étendent à la conception, à la simulation, à la fabrication et à la caractérisation rapides de prototypes de dispositifs de métamatériaux térahertz. Non seulement cette méthode démontre comment fabriquer un absorbeur de métamatériaux de télésanté, mais elle peut également être appliquée à la conception et à la fabrication d’autres dispositifs et composants de métamatériaux tels que des filtres, des modulateurs, des lentilles parfaites et des capes d’invisibilité.

Suivez la section simulation dans le protocole de l’article de revue pour concevoir un absorbeur de métamatériaux avec les caractéristiques de spectre d’absorption souhaitées. Nettoyez le silicium dans des solutions séquentielles d’acétone transparente optique et d’isopropanol. Immergez-le d’abord dans le solvant à 50 degrés Celsius pendant 10 minutes, puis soumettez-le à une agitation ultrasonique.

Ensuite, faites évaporer une bicouche métallique de titane et d’or sur le silicium à l’aide d’un évaporateur à faisceau d’électrons. Notez que l’épaisseur du métal doit être supérieure à la profondeur de la peau à la fréquence de fonctionnement souhaitée. Après le nettoyage dans des solvants comme décrit précédemment, pipetez l’amorce VM 651 sur l’échantillon et laissez-le se détendre pendant 20 secondes.

Ensuite, faites tourner l’échantillon à 4 000 tr/min pendant cinq secondes et faites-le cuire sur une plaque chauffante de contact à 120 degrés Celsius pendant 60 secondes. Pipetez le polyamide sur l’échantillon et laissez-le se détendre pendant 20 secondes. N’oubliez pas de laisser le polyamide atteindre la température ambiante après l’avoir sorti du congélateur.

Ceci afin de maintenir les propriétés de remplissage dans le temps. Faites tourner l’échantillon d’abord à 500 tr/min pendant cinq secondes avec une accélération de 100 tr/min vers le moins et augmentez jusqu’à 6 000 tr/min avec une accélération de 500 tr/min vers le moins pendant 60 secondes. Faites ensuite cuire l’échantillon sur une plaque chauffante de contact à 140 degrés Celsius pendant cinq minutes.

Pour un film polyamide plus épais, essorez plusieurs couches ou réduisez la vitesse d’essorage finale. Faites durcir le polyamide sur une plaque chauffante de contact à 220 degrés Celsius pendant 10 minutes. Ensuite, déposez 15 % de PMMA 2010 sur l’échantillon à 5 000 tr/min pendant 60 secondes.

Retirez tout excès de résine qui s’est glissé sur la face arrière de l’échantillon à l’aide d’acétone. Cuire ensuite dans un four à convection à 180 degrés Celsius pendant 30 minutes. Une fois que l’échantillon a refroidi à température ambiante, déposez 4 % de PMMA 2041 sur l’échantillon, essorez et faites cuire comme indiqué précédemment.

Maintenant, concevez le fichier de travail dans Tanner L.Edit fracture en polygones par layout Beamer. Et enfin, soumettez-le à l’enregistreur de faisceau à l’aide du logiciel de cloche basé sur Java. Écrivez le travail souhaité en utilisant une dose de 450 micro-curies centimètre carré sur le cavalier à six faisceaux d’électrons VB.

Ensuite, développez l’échantillon dans une solution de MIBK à IPA à 23 degrés Celsius pendant 60 secondes. Rincer à l’isopropanol. Ensuite, inspectez la fidélité du motif sur un microscope optique.

Si les caractéristiques sont mal résolues, enlevez l’acétone optique résistante et l’isopropanol et recommencez. Des écumer l’échantillon avec de l’oxygène à l’aide d’un gala, une préparation au plasma puis évaporer 20 nanomètres de titane et 150 nanomètres d’or à l’aide d’un évaporateur à faisceau d’électrons. Insérez l’échantillon dans un bécher d’acétone chaude et chauffez-le à 50 degrés Celsius dans un bain-marie pendant quatre heures à l’aide d’une pipette.

Lavez généreusement l’échantillon avec de l’acétone chaude. Inspectez maintenant l’échantillon à l’œil nu pour détecter si le métal s’est détaché des zones où le PMMA était présent. Si le décollage progresse lentement, placez le bécher dans le bain-marie à ultrasons pendant deux minutes.

Enfin, inspectez l’échantillon au microscope optique. Allumez l’alimentation en azote du spectromètre infrarouge de Fourier, transformez-le. Appuyez sur le bouton FIR situé à l’avant de l’unité de commande du spectromètre pour allumer la lampe à arc au mercure.

Insérez le séparateur de faisceau multicouche de six microns dans la fente appropriée de l’unité d’interféromètre. Ensuite, ventilez le compartiment d’échantillonnage du spectromètre et insérez l’unité de réflexion à 30 degrés. Placez l’ouverture de sept millimètres sur l’ouverture de l’unité de réflexion, et par-dessus cela, placez un miroir doré.

Évacuez maintenant le compartiment à échantillon à une pression de cinq millibars. Démarrez le logiciel opus et chargez le fichier de configuration pour prendre des mesures dans la plage de 30 à 300 centimètres inverses. Et bien sûr, la LED à l’avant du compartiment du détecteur clignote en vert, indiquant que le scanner fonctionne.

Vérifiez que la forme de l’interférogramme est conforme aux attentes. Exécutez 100 balayages en arrière-plan pour obtenir le spectre d’arrière-plan. Aérez le compartiment à échantillons, retirez le miroir et placez l’échantillon face vers le bas sur l’ouverture.

Assurez-vous que le centre de l’échantillon se trouve au milieu de l’ouverture, puis évacuez le compartiment de l’échantillon. Ensuite, exécutez 1000 balayages d’échantillons pour obtenir le spectre d’échantillons. Le logiciel compare automatiquement le spectre de l’échantillon avec l’arrière-plan et le spectre de réflexion réelle de l’échantillon s’affiche à l’écran.

Ces figures montrent les spectres d’absorption pour les absorbeurs de métamatériaux avec différentes épaisseurs d’espacement diélectrique. L’échantillon de polyamide de 7,5 microns d’épaisseur, sans structure de résonateur en anneau électrique, a une absorption maximale de 5 % sur toute la gamme de fréquences d’intérêt. Les données expérimentales montrent un pic de résonance à 2,12 térahertz de magnitude d’absorption de 77 %.

Ce résultat est en excellent accord avec le maximum d’absorption simulé de 81 % à 2,12 térahertz. Ici, les données sont générées à partir d’absorbeurs MM ayant la même géométrie ERR pour différentes épaisseurs de polyamide allant de un à 7,5 microns, et pour un absorbeur dont le diélectrique est de trois microns de dioxyde de silicium. Lorsque l’épaisseur du polyamide passe d’un micron à 3,1 microns, l’absorption maximale augmente.

Mais à des épaisseurs de polyamide supérieures à 3,1 microns, il y a une légère réduction de la valeur d’absorption maximale. Un décalage vers le rouge distinct de 0,25 térahertz est observé lorsque l’épaisseur du polyamide passe d’un micron à 7,5 microns. La permittivité et la perméabilité effectives peuvent être extraites des données simulées par inversion des paramètres S, comme illustré ici pour l’absorbeur MM simulé avec une entretoise en polyamide de 3,1 microns d’épaisseur.

Les parties réelles de la Constance optique se croisent près de zéro, condition requise pour une réflexion nulle à la fréquence d’absorption maximale. Il y a un pic de la composante imaginaire de la perméabilité impliquant une absorption élevée. Erl. La FDTD peut également être utilisée pour établir l’emplacement de l’absorption dans la structure du MM.

Ces graphiques démontrent clairement que la majorité de l’énergie est dissipée sous forme de perte omique dans la couche ERR et de perte diélectrique dans les premiers 500 nanomètres de polyamide. Sous cette couche, plusieurs applications telles que la spectroscopie térahertz nécessitent des capteurs qui présentent une absorption térahertz à large bande. Nous avons développé deux stratégies pour réaliser une telle absorption du haut débit.

La première stratégie empile des couches alternées de RR métallique et de couches diélectriques au-dessus d’un plan de masse continu en différentes couches, des croix de différentes longueurs, supportant plusieurs modes de résonance étroitement positionnés ensemble dans le spectre d’absorption. En ajustant l’épaisseur diélectrique, l’impédance de la structure multicouche peut être adaptée à l’espace libre à chaque fréquence de résonance et à l’absorption à large bande obtenue. Ensuite, un processus standard d’enregistrement des faisceaux d’électrons est utilisé pour aligner les RS les uns sur les autres en une seconde. Stratégie.

Quatre R incorporés dans un super pixel à quatre couleurs sont conçus sur une seule couche diélectrique. Un tel dispositif est beaucoup plus simple à fabriquer que l’absorbeur multicouche. Ce graphique montre le spectre d’absorption et les données simulées pour un absorbeur millimétrique multicouche de dimensions indiquées.

La structure à une couche a un pic de résonance unique à 5,42 térahertz, où 78 % du rayonnement EM est absorbé. En revanche, le dispositif à trois couches a trois pics de résonance étroitement positionnés avec une large bande de fréquences de 4,08 térahertz à 5,94 térahertz, où l’absorption est supérieure à 60 %Pour comprendre l’origine des caractéristiques spectrales des distributions d’absorption simulées dans le plan XZ des trois résonances sont tracées. Ces distributions révèlent clairement que chaque ERR contribue à l’absorption du haut débit Une fois maîtrisé.

Cette technique peut être réalisée en moins de quatre huit heures si elle est effectuée correctement. Bien qu’il soit important d’essayer cette procédure, n’oubliez pas d’être méthodique et cohérent lors de l’exécution des étapes de fabrication. Après avoir regardé ce film, vous aurez un très bon aperçu des technologies de micro nano fabrication que nous utilisons et qui nous permettent de fabriquer une gamme de dispositifs et de composants ertz, y compris des absorbeurs de métamatériaux.