Consegna automatizzata di bersagli microfabbricati per intensi esperimenti di irradiazione laser

Viene presentato un protocollo per l'irradiazione automatizzata di fogli d'oro sottili con impulsi laser ad alta intensità. Il protocollo include una descrizione dettagliata del processo di fabbricazione del bersaglio di microlavorazione e una guida dettagliata su come gli obiettivi vengono portati al fuoco del laser a una velocità di 0,2 Hz.

Intensi esperimenti di radiazione laser di bersagli su scala submicrometrica vengono attualmente eseguiti a velocità di tiro lente. Il nostro protocollo ha risolto questa sfida ponendo rapidamente questi obiettivi al centro del laser in modo automatizzato. Il nostro sistema target consente la raccolta di dati che incorporano un gran numero di colpi laser con parametri bersaglio modificati in piccoli incrementi, nonché applicazioni che beneficiano di un'elevata dose complessiva di radiazioni.

La dimostrazione visiva di questo protocollo mostrerà le sottigliezze del processo di fabbricazione dei wafer e dell'allineamento della destinazione. A dimostrare il processo di fabbricazione del bersaglio sono l'ingegnere di processo Nirit Porecki Shamay e Nofar Livni. Per fabbricare il retro, utilizzare un wafer di silicio ad alta sollecitazione dello spessore di 250 micrometri di 100 millimetri di diametro in una formazione di cristallo uno zero zero rivestita su entrambi i lati con nitruro di silicio.

Pulire il wafer con acetone e con isopropanolo. Quindi girare il wafer con HMDS resiste a formare uno strato adesivo. Gira il wafer con un fotoresist positivo AZ 1518.

Cuocere il wafer a 100 gradi Celsius per un minuto. Fotolitografo 1.000 per 1.000 micrometri aperture quadrate sotto vuoto, esponendo il wafer in un ciclo da quattro a sette secondi a una lampada UV da 400 nanometri in modo che il wafer sia esposto a una fluenza complessiva di 40 joule per centimetro al quadrato. Quindi utilizzare uno sviluppatore AZ 726 per esporre il nitruro di silicio e un bagno di acqua disidratata per fermare il processo.

Utilizzare uno ione reattivo etcher per rimuovere il nitruro di silicio nella posizione dei quadrati. Posizionare il wafer in un bagno NMP per 20 minuti per rimuovere la resistenza residua e il fotoresist, producendo una replica della maschera sullo strato di nitruro di silicio. Quindi lavarlo sotto l'acqua dolce e lasciarlo asciugare.

Affondare il wafer in una soluzione di idrossido di potassio di 30%90 gradi Celsius per incidere il silicio attraverso le aperture quadrate. Per fabbricare il lato anteriore, ripetere la procedura descritta in precedenza con una maschera a forma di tre anelli concentrici. Utilizzare lo ione reattivo etcher per rimuovere il nitruro di silicio in cui si trovano gli anelli, seguito da un bagno NMP per rimuovere gli avanzi di resistenza e fotoresist.

Irrostire gli anelli di silicio affondando il wafer in acido nitrico e in una soluzione di 0,02 nitrato d'argento molare e quattro fluoruro di idrogeno molare. Sul lato inciso del wafer, utilizzare una macchina fisica per la deposizione di vapore per sputter uno strato di poche centinaia di nanometri d'oro sopra un film di 10 nanometri di titanio adesivo, nichel o cromo. Blocca il fascio e porta il primo bersaglio in vista sotto un microscopio ad alto ingrandimento.

Puntare un sensore di triangolazione che va all'anello sgrossato più vicino al bersaglio e registrarne la lettura di spostamento. Lasciando il microscopio in posizione, allontanare il wafer per liberare il percorso del fascio. Utilizzare i due specchi pieghevoli e lo specchio parabolico fuori asse per allineare il fascio a bassa potenza nel campo visivo del microscopio.

Regola questi tre specchi per correggere gli astigmatismo nella trave. Il risultato dovrebbe essere un punto focale limitato quasi diffrazione. Blocca il raggio laser e riporta il bersaglio al centro del microscopio.

Quindi convalidare la sua posizione utilizzando il microscopio e la lettura dei sensori di gamma. Utilizzare il software per implementare un feedback a ciclo chiuso tra il manipolatore dell'asse focale della destinazione e la lettura del sensore di spostamento utilizzando il valore di spostamento registrato in precedenza come setpoint. Una volta che il posizionamento a circuito chiuso ha raggiunto la distanza di tolleranza desiderata dal setpoint, irradiare il bersaglio con un singolo impulso laser ad alta potenza.

Registra i dati dalla diagnostica delle particelle e ripeti il processo con l'obiettivo successivo messo a fuoco dal software. Questo sistema di consegna target è stato utilizzato per accelerare gli ioni dal retro di fogli d'oro spessi 600 nanometri. Qui viene mostrata una serie temporale dello spostamento bersaglio lungo l'asse focale.

I valori sono relativi al setpoint della posizione focale. I punti verdi indicano quando lo spostamento del bersaglio era all'interno di un valore di tolleranza di un micrometro dal setpoint, che è quando è stato scattato un colpo laser. Tracce dello spettrometro ionica Thomson parabola sono state ottenute da 14 irradiazioni consecutive di bersagli di fogli d'oro spessi 600 nanometri.

Gli spettro energetici sono stati derivati da queste tracce. La stabilità da picco a picco dell'energia massima protonica è stata entro il 10%A seguito di questa procedura, le indagini sull'accelerazione ioniche ed elettrone dalla generazione di neuroni di fogli solidi possono essere eseguite in modo sistematico.