Livraison automatisée de cibles microfabriquées pour des expériences intenses d’irradiation laser

Des expériences intenses de rayonnement laser de cibles à l’échelle du sous-micromètre sont actuellement effectuées à des taux de tir lents. Notre protocole a résolu ce défi en plaçant ces cibles rapidement au centre du laser d’une manière automatisée. Notre système cible permet la collecte de données intégrant un grand nombre de tirs laser avec des paramètres cibles modifiés par petites incréments, ainsi que des applications qui bénéficient d’une forte dose globale de rayonnement.

La démonstration visuelle de ce protocole montrera les subtilités du processus de fabrication des gaufrettes et de l’alignement des cibles. Nirit Porecki Shamay et Nofar Livni, ingénieur en procédés, démontrent le processus de fabrication cible. Pour fabriquer l’arrière, utilisez une plaquette de silicium à stress élevé de 250 micromètres d’épaisseur de 100 millimètres de diamètre dans une formation en cristal d’un zéro zéro enduite des deux côtés avec du nitride de silicium.

Nettoyer la gaufrette avec de l’acétone et avec de l’isopropanol. Puis faire tourner la gaufrette avec HMDS résiste à former une couche adhésive. Faites tourner la gaufrette avec un photorésiste positif AZ 1518.

Cuire la gaufrette à 100 degrés Celsius pendant une minute. Photolithographe 1000 par 1000 ouvertures carrées de micromètre sous vide, exposant la gaufrette dans un cycle de quatre à sept secondes à une lampe UV de 400 nanomètres de sorte que la gaufrette soit exposée à une fluence globale de 40 joules par centimètre carré. Ensuite, utilisez un développeur AZ 726 pour exposer le nitride de silicium et un bain d’eau déshydratée pour arrêter le processus.

Utilisez un ion etcher réactif pour enlever le nitride de silicium à l’emplacement des carrés. Placez la gaufrette dans un bain NMP pendant 20 minutes pour enlever la résistance résiduelle et photorésistante, produisant une réplique du masque sur la couche de nitride de silicium. Lavez-le ensuite sous l’eau douce et laissez-le sécher.

Enfoncez la gaufrette dans une solution hydroxyde de potassium de 30%90 degrés Celsius pour graver le silicium à travers les ouvertures carrées. Pour fabriquer le côté avant, répétez la procédure précédemment décrite avec un masque en forme de trois anneaux concentriques. Utilisez l’écher ier réactif pour enlever le nitride de silicium où se trouvent les anneaux, suivi d’un bain NMP pour enlever les restes résistants et photorésistants.

Roughen les anneaux de silicium en coulant la gaufrette dans l’acide nitrique et dans une solution de nitrate d’argent molaire 0,02 et quatre fluorure d’hydrogène molaire. Sur le côté gravé de la gaufrette, utilisez une machine de dépôt de vapeur physique pour pulvériser une couche de quelques centaines de nanomètres d’or sur le dessus d’un film de 10 nanomètres de titane adhésif, nickel ou chrome. Bloquez le faisceau et ez la première cible en vue sous un microscope à grossissement élevé.

Pointer un capteur de triangulation jusqu’à l’anneau rugueux le plus proche de la cible et enregistrer sa lecture de déplacement. En laissant le microscope en place, déplacez la gaufrette pour dégager le chemin du faisceau. Utilisez les deux miroirs pliants et le miroir parabolique hors axe pour aligner le faisceau à faible puissance dans le champ de vision du microscope.

Ajustez ces trois miroirs pour corriger les astigmatismes dans le faisceau. Le résultat devrait être un spot focal presque diffraction limitée. Bloquez le faisceau laser et ramenez la cible au centre du microscope.

Puis valider sa position à l’aide du microscope et la lecture des capteurs de gamme. Utilisez un logiciel pour implémenter une rétroaction en boucle fermée entre le manipulateur de l’axe focal de la cible et la lecture du capteur de déplacement en utilisant la valeur de déplacement précédemment enregistrée comme point de terminaison. Une fois que le positionnement en boucle fermée a atteint la distance de tolérance souhaitée par rapport au point défini, irradier la cible avec une seule impulsion laser de haute puissance.

Enregistrez les données des diagnostics de particules et répétez le processus avec la cible suivante mise au point par le logiciel. Ce système de livraison cible a été utilisé pour accélérer les ions de l’arrière de 600 nanomètres d’épaisseur feuilles d’or. Une série de temps du déplacement cible le long de l’axe focal est montré ici.

Les valeurs sont relatives au point de position focale. Les points verts indiquent quand le déplacement de la cible était dans une valeur de tolérance d’un micromètre du point défini, c’est-à-dire lorsqu’un tir laser a été pris. Les traces du spectromètre iion Thomson parabola ont été obtenues à partir de 14 irradiations consécutives de cibles de feuilles d’or épaisses de 600 nanomètres.

Des spectres énergétiques ont été dérivés de ces traces. La stabilité de pointe à pointe de l’énergie maximale de proton était dans les 10% Suivant cette procédure, les investigations de l’accélération d’ion et d’électron de la génération de neurones solides de feuilles peuvent être exécutées d’une manière systématique.