המצאה של מהודי טבעת פיצול Nanopillar מבוסס על התזוזה נוכחית מתווכת רזוננסים ב Metamaterials Terahertz

פרוטוקול זה משתמש בשיטות ציפוי זהב ושקיעת שכבה אטומית כדי ליצור חומרי מטא מהוד טבעת מפוצלת חדשים מבוססי ננו-עמודים עם פערים בקנה מידה ננומטרי. כל מהוד טבעת מפוצלת מפוברק מורכב מאלפי ננו-עמודי זהב ומונע על ידי זרם תזוזה על פני הננו-מרווחים ביניהם המעורר תהודה של טרה-הרץ. גודל זרם התזוזה פרופורציונלי לגודל הננו-פערים.

ניתן לכוונן את גודל הננו-פערים על ידי שינוי המחזורים של תהליך שקיעת השכבה האטומית, מה שמביא לשינויים בתדרי התהודה ובמשרעת. ניתן להשיג מקדם איכות משופר של כ-450, שהוא פי 40 יותר מגורם האיכות של 11 שניתן להשיג על ידי מהודי טבעת מפוצלים בסרט דק. ניתן להבחין גם בשינוי תדר גדול פי 17 מזה של מהודים מבוססי סרט דק.

ספקטרום שידור מדומה ונמדד מדגים כי חומרי המטא מבוססי הננו-עמודים הם מועמדים אידיאליים עבור חיישנים רגישים ביותר והתקני טרה-הרץ זריזים בתדר. תוצאות אנליטיות מסריקת מיקרו-קופי אלקטרונים מראות את מהוד הטבעת המפוצלת המבוסס על ננו-עמודים, שני ננו-עמודי זהב סמוכים, כמו גם את פערי תחמוצת האלומיניום של 10 ננומטר ביניהם. מהודים מפוצלים מבוססי ננו-עמודים מכילים ננו-עמודי זהב ופער תחמוצת אלומיניום של 10 ננומטר.

מבנה זה מעורר תהודה אינדוקטיבית וקיבולית באמצעות זרם תזוזה. הם מספקים לו יותר אנרגיות, משפרים את האנרגיות לקראת אלה לגורם איכות גבוה, ושינוי תדרים גדול. בגלל ערך ה-Q הגבוה ושינוי התדרים הגדול, המהוד המפוצל מבוסס הננו-עמודים מתאים ליישומים שונים, כולל חיישנים ביו-רפואיים וכימיים, והתקני כוונון תדרים.

היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות כמו ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים והרכבה עצמית הוא ששיטה זו משלבת תהליך ציפוי חשמלי רציף ותצהיר שכבה אטומית למימוש מבנים בקנה מידה ננומטרי על פני שטח גדול, עם תהליך מיקרו-ייצור קונבנציונאלי בלבד. תהליך הייצור מהיר ופשוט בהרבה בהשוואה לליתוגרפיה של קרן אלקטרונים והרכבה עצמית. ניתן ליצור בקלות מבני ננו עם יחס גובה-רוחב גבוה עם גדלי תכונות מבוקרים במדויק.

ראשית, שכבת מקדם הפקדה והדבקה ושכבת זרעים על מצע שטוח. לאחר מכן, דפוס הננו-עמודים באמצעות פוטוליתוגרפיה וציפוי אלקטרוני. ציפוי אחיד של שכבה דיאלקטרית בקנה מידה ננומטרי על כל המבנה, באמצעות שקיעת שכבה אטומית.

לאחר מכן מופקדים שכבת מקדם הידבקות שנייה ושכבת זרעים, ואחריה תצהיר ציפוי אלקטרוני. לבסוף, צור מהוד טבעת מפוצלת בצורת C על ידי תחריט חלקי של הננו-עמודים והננו-פערים הדיאלקטריים, באמצעות פוטוליתוגרפיה וכרסום יונים. לאחר מכן, הסר את התנגדות הצילום באמצעות אצטון באמבט אולטרסאונד.

התחל את הכנת המצע עם פרוסת סיליקון בעלת התנגדות גבוהה בגודל ארבעה אינץ '. נקו את פרוסת הסיליקון עם אצטון, אלכוהול איזופרופיל ומים נטולי יונים. לאחר מכן, יש לייבש עם גז חנקן.

השתמש במאייד קרן אלקטרונים כדי להפקיד שכבת מקדם הידבקות כרום של חמישה ננומטר ושכבת זרעי נחושת של 10 ננומטר. חותכים את הוופל לחתיכות של שני סנטימטר על 2.5 סנטימטר. לאחר מכן, סובב שכבה של שני מיקרומטר של S1813 Photoresist, ב-2,000 סל"ד, למשך 60 שניות.

אופים את המצע בחום של 115 מעלות צלזיוס למשך 60 שניות. כעת, חשוף את ה-Photoresist למסכת הננו-עמוד באמצעות יישור מסכה, עם כ-15 מילי-וואט לסנטימטר רבוע של אור אולטרה סגול, למשך 22 שניות. מסכת הננו-עמודים כוללת מערכי ננו-עמודים של חמישה מילימטר על חמישה מילימטרים.

פתח את ה-Photoresist במפתח MF-319 עם תסיסה, למשך 90 שניות. שוטפים את הדגימה במים נטולי יונים ולאחר מכן מייבשים אותה בגז חנקן. הסר את החלק העליון של ה-Photoresist על המצע באמצעות אצטון כדי לחשוף את שכבת זרעי הנחושת לחיבור אלקטרודה.

לאחר מכן, טבלו את הדגימה בתמיסת ציפוי זהב וצבחו שכבת זהב של 800 ננומטר למשך כשמונה דקות. הסר את ה- Photoresist באמצעות אצטון. שוטפים במים נטולי יונים, ומייבשים בגז חנקן.

הסר את שכבת הכרום והנחושת על פני הדגימה על ידי טבילת הדגימה בתחריט כרום למשך 10 שניות, ולאחר מכן תחריט נחושת למשך 10 שניות. כעת, צפו את הדגימה באופן אחיד בשכבת תחמוצת אלומיניום של 10 ננומטר באמצעות תצהיר שכבה אטומית. השתמש במאייד קרן אלקטרונים כדי להפקיד שכבת מקדם הידבקות כרום שנייה של חמישה ננומטר, כמו גם שכבת זרעי נחושת שנייה של 10 ננומטר, על גבי שכבת תחמוצת האלומיניום של 10 ננומטר.

טובלים את הדגימה בתמיסת ציפוי זהב למשך 16 דקות, כדי לצבוע סרט זהב של 400 ננומטר על המצע. ציפוי ספין שכבה של שני מיקרומטר של S1813 Photoresist ב-2,000 סל"ד למשך 60 שניות. אופים את המצע בחום של 115 מעלות צלזיוס למשך 60 שניות.

חשוף את ה-Photoresist למסכת התהודה המפוצלת בצורת C באמצעות קשת יישור מסכה עם כ-15 מילי-וואט לסנטימטר רבוע של אור UV, למשך 22 שניות. פתח במפתח MF-319 למשך 90 שניות. חרטו את המבנים מחוץ לתבנית הפוטו-רזיסט באמצעות מערכת טחנת יונים למשך כ-30 דקות.

הסר את ה-Photoresist באמצעות אצטון באמבט אולטרסאונד, ולאחר מכן שטוף את הדגימה באצטון, אלכוהול איזופרופיל ומים נטולי יונים, ולאחר מכן יבש בגז חנקן. לחלופין, אם מעדיפים ננו-מרווחי אוויר, טבלו את הדגימה בתמיסת מימן פלואוריד של 5% למשך חמש דקות, כדי להסיר את תחמוצת האלומיניום. בדוק את מהודי הטבעת המפוצלת מבוססי הננו-עמודים תחת מיקרוסקופ אופטי.

הדמיה אופטית מציגה שני מערכי תהודה טבעתיים מפוצלים מבוססי ננו-עמודים של חמישה מילימטר על חמישה מילימטר על מצע סיליקון. תמונת המיקרוסקופ האופטי המוגדלת מציגה את מערכי התהודה הטבעתיים המפוצלים המבוססים על ננו-עמודים בצורת C. ניתן לראות ננו-עמודי זהב וננו-פערים של תחמוצת אלומיניום בתמונה מוגדלת של מהוד טבעת מפוצלת יחידה.

תוצאות אנליטיות ממיקרוסקופ אלקטרונים סורק הראו גם את מהוד הטבעת המפוצלת המבוסס על ננו-עמודים, שני ננו-עמודי זהב סמוכים, כמו גם פערי תחמוצת אלומיניום ביניהם. ניתן לייצר בקלות גם פערי תחמוצת אלומיניום של חמישה ננומטר וגם פערי תחמוצת אלומיניום של 10 ננומטר על ידי שליטה במחזורי תהליך שקיעת השכבה האטומית של תחמוצת האלומיניום. תוצאות אלו מראות שתהליך ייצור זה יכול לייצר אלפי מהודי טבעת מפוצלים מבוססי ננו-עמודים על מצע בקנה מידה גדול.

התהליך מאפשר שליטה מדויקת על גודל הננו-פערים, ויכול לייצר בקלות ננו-מבנים עם יחס גובה-רוחב גבוה, בהשוואה לליתוגרפיה של אלומת אלקטרונים והרכבה עצמית. מהודי הטבעת המפוצלת מבוססי הננו-עמודים מכילים אלפי ננו-עמודי זהב ופערים בקנה מידה ננומטרי. ניתן לכוונן בקלות את תדרי התהודה והמשרעות של מהודי הטבעת המפוצלת מבוססי הננו-עמודים על ידי שינוי גודל הננו-פערים, מה שהופך אותם למתאימים ליישומים שונים, כולל חיישנים ביו-רפואיים והתקנים זריזים בתדרים.

לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד ליצור מהודי טבעת מפוצלים מבוססי ננו-עמודי זהב באמצעות תהליך דו-שלבי של ציפוי זהב ושקיעת שכבה אנטומית ליצירת פערים ננומטריים של תחמוצת אלומיניום בין ננו-עמודי זהב. חשוב להבין את עקרון העבודה של התהליך ולבחור את החומרים והעוביים הנכונים לכל חומר המשמש בתהליך.