Fabrication d'anneaux résonateurs fendus nanopilier-Based pour courant de déplacement Mediated Résonances en térahertz métamatériaux

Ce protocole utilise des méthodes de galvanoplastie de l’or et de dépôt de couche atomique pour créer de nouveaux méta-matériaux de résonateur à anneau fendu à base de nanopiliers avec des trous à l’échelle nanométrique. Chaque résonateur à anneau fendu fabriqué se compose de milliers de nanopiliers d’or et est entraîné par un courant de déplacement à travers les nanoespaces entre eux, ce qui excite les résonances térahertz. L’amplitude du courant de déplacement est proportionnelle à la taille des nanogaps.

La taille des nanogaps peut être ajustée en modifiant les cycles du processus de dépôt de la couche atomique, ce qui entraîne des changements dans les fréquences de résonance et l’amplitude. Un facteur de qualité amélioré d’environ 450 peut être atteint, ce qui est 40 fois plus que le facteur de qualité de 11 qui peut être obtenu par les résonateurs à anneau fendu à couche mince. Un décalage de fréquence 17 fois plus important que celui des résonateurs à couche mince peut également être observé.

Les spectres de transmission simulés et mesurés démontrent que les méta-matériaux à base de nanopiliers sont des candidats idéaux pour les capteurs à haute sensibilité et les dispositifs térahertz agiles en fréquence. Les résultats d’analyse de la microcopie électronique à balayage montrent le résonateur à anneau fendu fabriqué à base de nanopiliers, deux nanopiliers d’or adjacents, ainsi que les espaces d’oxyde d’aluminium de 10 nanomètres entre eux. Les résonateurs divisés à base de nanopiliers contiennent des nanopiliers d’or et un espace d’oxyde d’aluminium de 10 nanomètres.

Cette structure excite la résonance inductive et capacitive via le courant de déplacement. Ils lui fournissent plus d’énergies, augmentent les énergies vers ceux-ci à un facteur de qualité élevé, et un grand décalage de fréquence. En raison de la valeur Q élevée et du grand décalage de fréquence, les résonateurs divisés à base de nanopiliers conviennent à diverses applications, y compris les capteurs biomédicaux et chimiques et les dispositifs de réglage de fréquence.

Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes telles que la lithographie par faisceau d’électrons et l’auto-assemblage est qu’elle combine un processus d’électrification séquentiel et un dépôt de couche atomique pour réaliser des structures à l’échelle nanométrique sur une grande surface, avec uniquement un processus de microfabrication conventionnel. Le processus de fabrication est beaucoup plus rapide et plus simple que la lithographie par faisceau d’électrons et l’auto-assemblage. Des nanostructures à rapport d’aspect élevé peuvent être facilement créées avec des tailles de caractéristiques contrôlées avec précision.

Tout d’abord, déposer une couche promotrice d’adhérence et une couche de semence sur un substrat plat. Ensuite, modélisez les nanopiliers à l’aide de la photolithographie et de la galvanoplastie. Enduisez uniformément une couche diélectrique à l’échelle nanométrique sur l’ensemble de la structure, en utilisant le dépôt de couche atomique.

Une deuxième couche promotrice d’adhérence et une couche de semence sont ensuite déposées, suivies d’un dépôt par galvanoplastie. Enfin, créez un résonateur à anneau fendu en forme de C en gravant partiellement les nanopiliers et les nanogaps diélectriques, à l’aide de la photolithographie et du broyage ionique. Ensuite, retirez la résine photosensible à l’aide d’acétone dans un bain d’ultrasons.

Commencez la préparation du substrat avec une plaquette de silicone à haute résistivité de quatre pouces. Nettoyez la plaquette de silicone avec de l’acétone, de l’alcool isopropylique et de l’eau déminéralisée. Ensuite, séchez au sèche-cheveux avec de l’azote gazeux.

Utilisez un évaporateur à faisceau d’électrons pour déposer une couche promotrice d’adhérence du chrome de cinq nanomètres et une couche de graines de cuivre de 10 nanomètres. Coupez la gaufrette en morceaux de deux centimètres sur 2,5 centimètres. Ensuite, appliquez une couche de deux micromètres de résine photosensible S1813, à 2 000 tr/min, pendant 60 secondes.

Faites cuire le substrat à 115 degrés Celsius pendant 60 secondes. Maintenant, exposez la photorésine au masque nanopilier à l’aide d’un aligneur de masque, avec environ 15 milliwatts par centimètre carré de lumière ultraviolette, pendant 22 secondes. Le masque de nanopiliers comporte des réseaux de nanopiliers de cinq millimètres sur cinq millimètres.

Développez la résine photosensible dans le révélateur MF-319 avec agitation, pendant 90 secondes. Rincez l’échantillon à l’eau déminéralisée, puis séchez-le au sèche-cheveux avec de l’azote gazeux. Retirez la partie supérieure de la résine photosensible sur le substrat à l’aide d’acétone pour exposer la couche de cuivre pour la connexion de l’électrode.

Ensuite, trempez l’échantillon dans une solution de galvanoplastie d’or et galvanisez une couche d’or de 800 nanomètres pendant environ huit minutes. Retirez la résine photosensible à l’aide d’acétone. Rincer à l’eau déminéralisée et sécher au sèche-cheveux à l’azote gazeux.

Retirez la couche de chrome et de cuivre à la surface de l’échantillon en trempant l’échantillon dans un agent de gravure au chrome pendant 10 secondes, suivi d’un agent de gravure au cuivre pendant 10 secondes. Maintenant, enduire uniformément l’échantillon d’une couche d’oxyde d’aluminium de 10 nanomètres en utilisant le dépôt de couche atomique. Utilisez un évaporateur à faisceau d’électrons pour déposer une deuxième couche promotrice d’adhésion au chrome de cinq nanomètres, ainsi qu’une deuxième couche de graines de cuivre de 10 nanomètres, au-dessus de la couche d’oxyde d’aluminium de 10 nanomètres.

Trempez l’échantillon dans une solution de galvanoplastie à l’or pendant 16 minutes, pour galvaniser un film d’or de 400 nanomètres sur le substrat. Appliquez une couche de deux micromètres de résine photosensible S1813 à 2 000 tr/min pendant 60 secondes. Faites cuire le substrat à 115 degrés Celsius pendant 60 secondes.

Exposez la résine photosensible au masque résonateur à anneau fendu en forme de C à l’aide d’un aligneur de masque avec environ 15 milliwatts par centimètre carré de lumière UV, pendant 22 secondes. Développez dans le révélateur MF-319 pendant 90 secondes. Gravez les structures à l’extérieur du motif Photoresist à l’aide d’un système de broyeur ionique pendant environ 30 minutes.

Retirez la résine photosensible à l’aide d’acétone dans un bain d’ultrasons, puis rincez l’échantillon avec de l’acétone, de l’alcool isopropylique et de l’eau déminéralisée, puis séchez-le avec de l’azote gazeux. Alternativement, si vous préférez des nanogaps d’air, trempez l’échantillon dans une solution de fluorure d’hydrogène à 5 % pendant cinq minutes, pour éliminer l’oxyde d’aluminium. Inspectez les résonateurs à anneau fendu à base de nanopiliers au microscope optique.

L’imagerie optique montre deux réseaux de résonateurs à anneau fendu basés sur des nanopiliers de cinq millimètres sur cinq millimètres sur un substrat de silicone. L’image zoomée du microscope optique montre les réseaux de résonateurs à anneau fendu en forme de nanopilier en forme de C. Des nanopiliers d’or et des nanogaps d’oxyde d’aluminium peuvent être observés dans l’image agrandie d’un seul résonateur à anneau fendu.

Les résultats d’analyse de la microscopie électronique à balayage ont également montré le résonateur à anneau fendu fabriqué à base de nanopiliers, deux nanopiliers d’or adjacents, ainsi que des espaces d’oxyde d’aluminium entre eux. Les espaces d’oxyde d’aluminium de cinq nanomètres et les espaces d’oxyde d’aluminium de 10 nanomètres peuvent être facilement fabriqués en contrôlant les cycles du processus de dépôt de couche atomique d’oxyde d’aluminium. Ces résultats montrent que ce processus de fabrication peut produire des milliers de résonateurs à anneau fendu à base de nanopiliers sur un substrat à grande échelle.

Le processus permet un contrôle précis de la taille des nanogaps et peut facilement produire des nanostructures à rapport d’aspect élevé, par rapport à la lithographie par faisceau d’électrons et à l’auto-assemblage. Les résonateurs à anneau fendu à base de nanopiliers contiennent des milliers de nanopiliers d’or et de trous à l’échelle nanométrique. Les fréquences de résonance et les amplitudes des résonateurs à anneau fendu à base de nanopiliers peuvent être facilement réglées en modifiant la taille des nanogaps, ce qui les rend adaptés à diverses applications, notamment les capteurs biomédicaux et les dispositifs agiles en fréquence.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la fabrication de résonateurs à anneau fendu à base de nanopiliers d’or à l’aide d’un processus de galvanoplastie d’or en deux étapes et de dépôt de couche anatomique pour créer des espaces à l’échelle nanométrique d’oxyde d’aluminium entre les nanopiliers d’or. Il est important de comprendre le principe de fonctionnement du processus et de choisir les bons matériaux et épaisseurs pour chaque matériau utilisé dans le processus.