סימולציה, ייצור ואפיון של בולמי metamaterial THz

המטרה הכוללת של הליך זה היא לדמות, לייצר ולאפיין מבנה בולם מטא-חומר של טרה-הרץ. ראשית, בצע סימולציות כדי לקבוע את העיצוב האופטימלי של בולם המטא-חומרים. לאחר מכן בנה את העיצוב האופטימלי הזה.

לאחר מכן, הערך את ביצועי הניסוי של הבולם באמצעות ספקטרוסקופיה אינפרא אדום טרנספורמציה פורייה. התקני בולמי המטא-חומר של פס יחיד, פס כפול ופס רחב מסוגלים לספוג יותר מ-80% בשיא התהודה. וכאשר הם משולבים עם חיישן מתאים, יש יישומים בהדמיית ארץ וספקטרוסקופיה.

הטכנולוגיה שאנו עובדים עליה תאפשר לנו לייצר מערכות הדמיה קטנות וניידות של טרה-הרץ, אשר יוחזקו ביד על ידי עבודה על טכנולוגיות מטא-חומריות, שאנו מקווים לשלב עם חיישנים כגון ברומטרים, אנו מקווים שיוכלו להשיג מכשירים במהירות גבוהה וברגישות גבוהה. ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על סימולציה מהירה של תכנון, ייצור ואפיון של אב טיפוס של התקני מטא-חומר טרה-הרץ. לא רק ששיטה זו מדגימה כיצד לייצר בולם מטא-חומר מרחוק ניתן ליישם גם על תכנון וייצור של מכשירים ורכיבים מטא-חומריים אחרים כגון מסננים, מודולטורים, עדשות מושלמות וגלימות היעלמות.

עקוב אחר סעיף הסימולציה בפרוטוקול המאמר בכתב העת כדי לתכנן בולם מטא-חומר עם מאפייני ספקטרום הספיגה הרצויים. נקה את הסיליקון בתמיסות עוקבות של אצטון צלול אופטי ואיזופרופנול. ראשית טבלו בממס בטמפרטורה של 50 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות, ולאחר מכן נתנו לתסיסה קולית.

לאחר מכן, אידוי שכבת מתכת דו-שכבתית של טיטניום וזהב על הסיליקון באמצעות מאייד קרן אלקטרונים. שימו לב שעובי המתכת חייב להיות גדול מעומק העור בתדירות ההפעלה הרצויה. לאחר ניקוי בממיסים כמתואר קודם לכן, פריימר פיפטה VM 651 על הדגימה והשאיר אותה להירגע למשך 20 שניות.

לאחר מכן סובבו את הדגימה ב-4,000 סל"ד למשך חמש שניות ואפו על פלטה חמה במגע ב-120 מעלות צלזיוס למשך 60 שניות. הניחו את הפוליאמיד על הדגימה והשאירו אותה להירגע למשך 20 שניות. זכור לאפשר לפוליאמיד להגיע לטמפרטורת החדר לאחר הוצאתו מהמקפיא.

זאת על מנת לשמור על תכונות המילוי לאורך זמן. סובב את הדגימה תחילה ב-500 סל"ד למשך חמש שניות עם תאוצה של 100 סל"ד לשלילי ורמפה ל-6,000 סל"ד עם תאוצה של 500 סל"ד לשלילי למשך 60 שניות. לאחר מכן אופים את הדגימה על פלטה חמה למגע בחום של 140 מעלות צלזיוס למשך חמש דקות.

לקבלת סרט פוליאמיד עבה יותר, סובב מספר שכבות או הפחת את מהירות הסחיטה הסופית. מרפאים את הפוליאמיד על פלטה חמה למגע בחום של 220 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות. לאחר מכן, הפקיד, 15%2010 PMMA על סיבוב הדגימה ב-5,000 סל"ד למשך 60 שניות.

הסר כל התנגדות עודפת שזוחלת על הצד האחורי של הדגימה באמצעות אצטון. לאחר מכן אופים בתנור הסעה בחום של 180 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. לאחר שהדגימה התקררה לטמפרטורת החדר הפקידו 4%2041 PMMA על הדגימה, סובבו ואפו כפי שהוצג קודם לכן.

כעת, עצב את קובץ העבודה ב-Tanner L.Edit שבר למצולעים על ידי פריסה Beamer. ולבסוף, הגש לכותב האלומות באמצעות תוכנת הפעמון מבוססת Java. כתוב את העבודה הרצויה באמצעות מינון של 450 מיקרו קירי סנטימטר בריבוע על רוכב קרן האלקטרונים VB.

לאחר מכן, פתח את הדגימה בתמיסה של MIBK אחד לאחד ל-IPA ב-23 מעלות צלזיוס למשך 60 שניות. שוטפים באיזופרופנול. לאחר מכן בדוק את נאמנות הדפוס במיקרוסקופ אופטי.

אם התכונות נפתרות בצורה גרועה, הפשיט את האצטון האופטי והאיזופרופנול העמידים והתחל מחדש. דס חלאה את הדגימה עם חמצן באמצעות גאלה, חבית הכנת פלזמה ואז מאדה 20 ננומטר טיטניום ו-150 ננומטר זהב באמצעות מאייד קרן אלקטרונים. הכניסו את הדגימה לכוס של אצטון חם וחממו ל-50 מעלות צלזיוס באמבט מים למשך ארבע שעות בעזרת פיפטה.

שוטפים את הדגימה בנדיבות עם האצטון החם. כעת בדוק את הדגימה בעין לאיתור מתכת המתרוממת מהאזורים שבהם היה ה-PMMA. אם ההמראה מתקדמת לאט, הנח את הכוס באמבט המים האולטראסוני למשך שתי דקות.

לבסוף, בדוק את הדגימה תחת המיקרוסקופ האופטי. הפעל את אספקת החנקן לפורייה, הפוך ספקטרומטר אינפרא אדום. לחץ על כפתור FIR בחזית יחידת הבקרה של הספקטרומטר כדי להפעיל את קשת הכספית lamp.

הכנס את מפצל הקרן הרב-שכבתי של שישה מיקרון לחריץ המתאים ביחידת האינטרפרומטר. לאחר מכן, אוורור את תא הדגימה של הספקטרומטר והכנס את יחידת ההשתקפות של 30 מעלות. הנח את הצמצם של שבעה מילימטר על גבי צמצם יחידת ההשתקפות, ומעליו הנח מראה מוזהבת.

כעת פנה את תא הדגימה ללחץ של חמישה מיליבר. הפעל את תוכנת האופוס וטען את קובץ התצורה לביצוע מדידות בטווח של 30 עד 300 סנטימטרים הפוכים. וודא שהנורית בחזית תא הגלאי מהבהבת בירוק המציינת שהסורק פועל.

בדוק שצורת האינטרפרוגרמה היא כצפוי. הפעל 100 סריקות רקע כדי להשיג את ספקטרום הרקע. אוורור את תא הדגימה, הסר את המראה והנח את הדגימה עם הפנים כלפי מטה על הצמצם.

ודא שמרכז הדגימה נמצא באמצע הצמצם, ולאחר מכן פנה את תא הדגימה. לאחר מכן, הפעל 1000 סריקות דגימה כדי להשיג את ספקטרום הדגימה. התוכנה משווה אוטומטית את ספקטרום הדגימה עם הרקע וספקטרום ההשתקפות האמיתי של הדגימה מוצג על המסך.

נתונים אלה מראים ספקטרום ספיגה עבור בולמי מטא-חומרים עם עובי מרווח דיאלקטרי שונה. לדגימת הפוליאמיד בעובי 7.5 מיקרון ללא מבנה מהוד טבעת חשמלית יש ספיגה מקסימלית של 5% על פני טווח התדרים המעניין. נתוני הניסוי מראים שיא תהודה ב-2.12 טרה-הרץ בעוצמת ספיגה של 77%.

תוצאה זו תואמת מצוין את מקסימום הספיגה המדומה של 81% ב-2.12 טרה-הרץ. כאן, נתונים נוצרים מבולמי MM עם אותה גיאומטריית ERR עבור עובי פוליאמיד שונה הנע בין 1 ל-7.5 מיקרון, ועבור בולם שבו הדיאלקטרי הוא שלושה מיקרון של צורן דו-חמצני. ככל שעובי הפוליאמיד גדל ממיקרון אחד ל-3.1 מיקרון, שיא הספיגה עולה.

אך בעובי פוליאמיד גדול מ-3.1 מיקרון, יש ירידה קלה בערך הספיגה השיא. הסטה אדומה מובהקת של 0.25 טרה-הרץ נצפית כאשר עובי הפוליאמיד עולה ממיקרון אחד ל-7.5 מיקרון. ניתן לחלץ את ההיתירות והחדירות האפקטיביות מהנתונים המדומים באמצעות היפוך של פרמטרי ה-S כפי שמוצג כאן עבור בולם MM מדומה עם מרווח פוליאמיד בעובי 3.1 מיקרון.

החלקים האמיתיים של הקונסטנס האופטי חוצים קרוב לאפס, תנאי הנדרש להחזרת אפס בתדר הספיגה המקסימלי. יש שיא של המרכיב הדמיוני של החדירות המרמז על ספיגה גבוהה. ארל. ניתן להשתמש ב-FDTD גם כדי לקבוע את מיקום הספיגה בתוך מבנה ה-MM.

תרשימים אלה מדגימים בבירור שרוב האנרגיה מתפזרת כאובדן אומי בשכבת ה-ERR וכאובדן דיאלקטרי ב-500 הננומטר הראשונים של פוליאמיד. מתחת לשכבה זו, מספר יישומים כגון ספקטרוסקופיה של טרה-הרץ דורשים חיישנים המציגים ספיגת טרה-הרץ בפס רחב. פיתחנו שתי אסטרטגיות למימוש קליטת פס רחב כזו.

האסטרטגיה הראשונה עורמת שכבות מתחלפות של RR מתכתי ושכבות דיאלקטריות על גבי מישור קרקע רציף בשכבות שונות, צלבים באורכים שונים, תומכים במספר מצבי תהודה הממוקמים קרוב זה לזה בספקטרום הספיגה. על ידי כוונון העובי הדיאלקטרי, ניתן להתאים את המבנה הרב-שכבתי לשטח הפנוי בכל תדר תהודה וספיגת פס רחב המתקבלת. לאחר מכן נעשה שימוש בתהליך רישום אלומת אלקטרונים סטנדרטי כדי ליישר את ה-RS זה על גבי זה בשנייה. אסטרטגיה.

ארבעה Rs המשולבים בסופר פיקסל ארבעה צבעים מעוצבים על שכבה דיאלקטרית אחת. מכשיר כזה הוא הרבה יותר פשוט לייצור מאשר הבולם הרב-שכבתי. תרשים זה מציג ספקטרום ספיגה ונתונים מדומים עבור בולם מ"מ רב שכבתי במידות מצוינות.

למבנה השכבה האחת יש שיא תהודה יחיד ב-5.42 טרה-הרץ, שם נספגת 78% מקרינת ה-EM. לעומת זאת, למכשיר התלת-שכבתי יש שלוש פסגות תהודה הממוקמות היטב עם פס תדרים רחב מ-4.08 טרה-הרץ עד 5.94 טרה-הרץ, כאשר הספיגה גדולה מ-60%כדי להבין את מקור המאפיינים הספקטרליים של התפלגות הספיגה המדומות במישור ה-XZ של שלושת התהודה. התפלגויות אלה מגלות בבירור שכל ERR תורם לספיגת הפס הרחב לאחר שליטה.

טכניקה זו יכולה להיעשות תוך פחות מארבע ושמונה שעות אם היא מבוצעת כראוי. בעת ניסיון הליך זה חשוב לזכור להיות שיטתי ועקבי בעת ביצוע שלבי הייצור. לאחר צפייה בסרט זה, תהיה לך סקירה טובה מאוד של טכנולוגיות ייצור המיקרו ננו שבהן אנו משתמשים המאפשרות לנו לייצר מגוון של התקני ertz ורכיבים כולל בולמי מטא-חומרים.