Simulazione, fabbricazione e caratterizzazione di THz Assorbitori metamateriale

L'obiettivo generale di questa procedura è simulare, fabbricare e caratterizzare una struttura assorbente di metamateriali terahertz. Innanzitutto, eseguire simulazioni per stabilire il design ottimale dell'assorbitore di metamateriali. Quindi fabbricare questo design ottimizzato.

Successivamente, valutare le prestazioni sperimentali dell'assorbitore utilizzando la spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier. I dispositivi di assorbimento di metamateriali ertz a banda singola, doppia e a banda larga risultanti sono in grado di assorbire oltre l'80% al picco di risonanza. E se abbinato a un sensore appropriato, ha applicazioni nell'imaging ertz e nella spettroscopia.

La tecnologia su cui stiamo lavorando ci consentirà di realizzare piccoli sistemi di imaging terahertz portatili, che saranno portatili lavorando sulle tecnologie Metamaterial, che speriamo di integrare con sensori come i barometri, speriamo di poter ottenere dispositivi ad alta velocità e alta sensibilità. Le implicazioni di questa tecnica si estendono alla simulazione rapida della progettazione, fabbricazione e caratterizzazione di prototipi di dispositivi metamateriali terahertz. Questo metodo non solo dimostra come fabbricare un assorbitore di metamateriali per la telemedicina possa essere applicato anche alla progettazione e alla fabbricazione di altri dispositivi e componenti di metamateriali come filtri, modulatori, lenti perfette e mantelli dell'invisibilità.

Segui la sezione di simulazione nel protocollo dell'articolo della rivista per progettare un assorbitore di metamateriali con le caratteristiche dello spettro di assorbimento desiderate. Pulire il silicio in soluzioni sequenziali di acetone trasparente ottico e isopropanolo. Immergere prima nel solvente a 50 gradi Celsius per 10 minuti, quindi sottoporlo ad agitazione ultrasonica.

Quindi, fai evaporare un doppio strato metallico di titanio e oro sul silicio utilizzando un evaporatore a fascio di elettroni. Si noti che lo spessore del metallo deve essere maggiore della profondità della pelle alla frequenza operativa desiderata. Dopo la pulizia con solventi come descritto in precedenza, pipettare il primer VM 651 sul campione e lasciarlo riposare per 20 secondi.

Quindi far girare il campione a 4.000 giri/min per cinque secondi e cuocere su una piastra riscaldante a contatto a 120 gradi Celsius per 60 secondi. Pipettare la poliammide sul campione e lasciarla riposare per 20 secondi. Ricordarsi di lasciare che la poliammide raggiunga la temperatura ambiente dopo averla tolta dal congelatore.

Questo al fine di mantenere le proprietà di riempimento nel tempo. Far girare prima il campione a 500 giri/min per cinque secondi con un'accelerazione di 100 giri/min rispetto a quella negativa e rampa a 6.000 giri/min con un'accelerazione di 500 giri/min rispetto a quella negativa per 60 secondi. Quindi cuocere il campione su una piastra riscaldante a contatto a 140 gradi Celsius per cinque minuti.

Per un film di poliammide più spesso, centrifugare più strati o ridurre la velocità di centrifuga finale. Polimerizzare la poliammide su una piastra riscaldante a contatto a 220 gradi Celsius per 10 minuti. Quindi, depositare il 15% 2010 PMMA sulla centrifuga del campione a 5, 000 giri/min per 60 secondi.

Rimuovere l'eccesso di resistenza che si è insinuato sul retro del campione utilizzando l'acetone. Cuocete poi in forno ventilato a 180 gradi per 30 minuti. Una volta che il campione si è raffreddato a temperatura ambiente, depositare il 4% 2041 di PMMA sul campione, centrifugare e cuocere come mostrato in precedenza.

Ora, progetta il file di lavoro in Tanner L.Modifica la frattura in poligoni con il layout Beamer. E infine, invia al beam writer utilizzando il software a campana basato su Java. Scrivi il lavoro desiderato utilizzando una dose di 450 micro curie centimetro quadrato sul cavaliere VB a sei fasci di elettroni.

Successivamente, sviluppare il campione in una soluzione di MIBK uno-a-uno in IPA a 23 gradi Celsius per 60 secondi. Risciacquare con isopropanolo. Quindi ispezionare la fedeltà del modello su un microscopio ottico.

Se le caratteristiche sono scarsamente risolte, rimuovere l'acetone ottico resistente e l'isopropanolo e ricominciare. Descrim il campione con l'ossigeno utilizzando un gala, plasma prep barrel lasher quindi evaporare 20 nanometri di titanio e 150 nanometri di oro utilizzando un evaporatore a fascio di elettroni. Inserire il campione in un becher di acetone caldo e scaldare a 50 gradi Celsius a bagnomaria per quattro ore utilizzando una pipetta.

Lavare abbondantemente il campione con l'acetone caldo. Ora ispezionare il campione a occhio per verificare che il metallo si stacchi dalle aree in cui era presente il PMMA. Se il decollo procede lentamente, posizionare il becher nel bagno d'acqua a ultrasuoni per due minuti.

Infine, ispezionare il campione al microscopio ottico. Attivare l'alimentazione di azoto allo spettrometro a infrarossi a trasformata di Fourier. Premere il pulsante FIR sulla parte anteriore dell'unità di controllo dello spettrometro per accendere la lampada ad arco di mercurio.

Inserire il divisore di fascio multistrato da sei micron nell'apposita fessura dell'unità interferometrica. Quindi, sfiatare il vano campione dello spettrometro e inserire l'unità di riflessione a 30 gradi del luccio. Posiziona l'apertura di sette millimetri sopra l'apertura dell'unità di riflessione e, sopra di essa, metti uno specchio d'oro.

Evacuare ora il vano campioni a una pressione di cinque millibar. Avvia il software opus e carica il file di configurazione per effettuare misurazioni nell'intervallo da 30 a 300 centimetri inversi. E assicurati che il LED sulla parte anteriore del vano del rilevatore lampeggi in verde indicando che lo scanner è in funzione.

Verificare che la forma dell'interferogramma sia quella prevista. Esegui 100 scansioni in background per ottenere lo spettro dello sfondo. Sfiatare il vano campioni, rimuovere lo specchio e posizionare il campione a faccia in giù sull'apertura.

Assicurarsi che il centro del campione sia al centro dell'apertura, quindi evacuare il vano del campione. Successivamente, esegui 1000 scansioni di campioni per ottenere lo spettro dei campioni. Il software confronta automaticamente lo spettro del campione con lo sfondo e lo spettro di riflessione reale del campione viene visualizzato sullo schermo.

Queste figure mostrano gli spettri di assorbimento per assorbitori di metamateriali con diversi spessori di distanziatori dielettrici. Il campione di poliammide di 7,5 micron di spessore senza struttura di risonatore ad anello elettrico ha un assorbimento massimo del 5% in tutta la gamma di frequenza di interesse. I dati sperimentali mostrano un picco di risonanza a 2,12 terahertz di intensità di assorbimento del 77%.

Questo risultato è in ottimo accordo con l'assorbimento massimo simulato dell'81% a 2,12 terahertz. Qui, i dati sono generati da assorbitori MM con la stessa geometria ERR per diversi spessori di poliammide che vanno da uno a 7,5 micron e per un assorbitore in cui il dielettrico è di tre micron di biossido di silicio. All'aumentare dello spessore della poliammide da un micron a 3,1 micron, il picco di assorbimento aumenta.

Ma a spessori di poliammide superiori a 3,1 micron, si verifica una leggera riduzione del valore di assorbimento di picco. Si osserva un distinto spostamento verso il rosso di 0,25 terahertz quando lo spessore della poliammide aumenta da un micron a 7,5 micron. La permittività e la permeabilità effettive possono essere estratte dai dati simulati tramite l'inversione dei parametri S, come mostrato qui per l'assorbitore MM simulato con un distanziatore in poliammide di 3,1 micron di spessore.

Le parti reali dell'ottica Constance si incrociano vicino allo zero, condizione richiesta per la riflessione zero alla frequenza di massimo assorbimento. C'è un picco della componente immaginaria della permeabilità che implica un alto assorbimento. Erl. FDTD può anche essere utilizzato per stabilire la posizione dell'assorbimento all'interno della struttura MM.

Questi grafici dimostrano chiaramente che la maggior parte dell'energia viene dissipata come perdita omica nello strato ERR e come perdita dielettrica nei primi 500 nanometri di poliammide. Al di sotto di questo livello, diverse applicazioni come la spettroscopia terahertz richiedono sensori che mostrino un assorbimento terahertz a banda larga. Abbiamo sviluppato due strategie per realizzare tale assorbimento della banda larga.

La prima strategia impila strati alternati di RR metallici e strati dielettrici sopra un piano di massa continuo in diversi strati, incroci di lunghezze diverse, supportano diversi modi di risonanza posizionati insieme nello spettro di assorbimento. Regolando lo spessore dielettrico, la struttura multistrato può essere adattata all'impedenza dello spazio libero ad ogni frequenza di risonanza e assorbimento a banda larga ottenuto. Quindi viene utilizzato un processo standard di registrazione del fascio di elettroni per allineare le RS l'una sull'altra in un secondo. Strategia.

Quattro R incorporate in un super pixel a quattro colori sono progettate su un singolo strato dielettrico. Un tale dispositivo è molto più semplice da fabbricare rispetto all'assorbitore multistrato. Questo grafico mostra lo spettro di assorbimento e i dati simulati per un assorbitore multistrato in mm delle dimensioni indicate.

La struttura a uno strato ha un singolo picco di risonanza a 5,42 terahertz, dove viene assorbito il 78% della radiazione EM. Al contrario, il dispositivo a tre strati ha tre picchi di risonanza posizionati strettamente con un'ampia banda di frequenza da 4,08 terahertz a 5,94 terahertz, dove l'assorbimento è maggiore del 60%Per comprendere l'origine delle caratteristiche spettrali delle distribuzioni di assorbimento simulate nel piano XZ delle tre risonanze sono tracciate. Queste distribuzioni rivelano chiaramente che ogni ERR contribuisce all'assorbimento della banda larga Una volta padroneggiato.

Questa tecnica può essere eseguita in meno di quattro otto ore se eseguita correttamente. Durante il tentativo di questa procedura è importante ricordare di essere metodici e coerenti durante l'esecuzione delle fasi di fabbricazione. Dopo aver visto questo film, avrete un'ottima panoramica delle tecnologie di micro nanofabbricazione che utilizziamo e che ci permettono di realizzare una gamma di dispositivi e componenti ertz, compresi gli assorbitori di metamateriali.