THz Metamaterial Absorbers 시뮬레이션, 제조 및 특성

이 절차의 전반적인 목표는 테라헤르츠 메타물질 흡수체 구조를 시뮬레이션, 제작 및 특성화하는 것입니다. 먼저, 최적의 메타물질 흡수체 설계를 확립하기 위해 시뮬레이션을 수행합니다. 그런 다음 이 최적화된 설계를 제작합니다.

다음으로, 푸리에 변환 적외선 분광법을 사용하여 흡수체의 실험 성능을 평가합니다. 그 결과 단일 대역, 이중 대역 및 광대역 ertz 메타물질 흡수 장치는 공진 피크에서 80% 이상의 흡수가 가능합니다. 또한 적절한 센서와 결합하면 ertz 이미징 및 분광학에 적용할 수 있습니다.

우리가 연구하고 있는 기술을 통해 소형 휴대용 테라헤르츠 이미징 시스템을 만들 수 있으며, 이는 기압계와 같은 센서와 통합되기를 희망하는 메타물질 기술을 연구하여 휴대용이 될 것이며, 이를 통해 고속, 고감도 장치를 달성할 수 있기를 희망합니다. 이 기술의 의미는 프로토타입 테라헤르츠 메타물질 장치의 신속한 설계 시뮬레이션, 제작 및 특성화로 확장됩니다. 이 방법은 원격 의료 메타물질 흡수제를 제작하는 방법을 보여줄 뿐만 아니라 필터, 변조기, 완벽한 렌즈 및 투명 망토와 같은 다른 메타물질 장치 및 구성 요소의 설계 및 제작에도 적용할 수 있습니다.

저널 논문 프로토콜의 시뮬레이션 섹션을 따라 원하는 흡수 스펙트럼 특성을 가진 메타물질 흡수체를 설계합니다. 광학 투명 아세톤과 이소프로판올의 순차적 용액으로 실리콘을 청소합니다. 먼저 섭씨 50도의 용매에 10분 동안 담근 다음 초음파 교반을 가합니다.

다음으로, 전자빔 증발기를 사용하여 티타늄과 금의 금속 이중층을 실리콘 위에 증발시킵니다. 금속 두께는 원하는 작동 주파수에서 스킨 깊이보다 커야 합니다. 앞서 설명한 대로 용매로 세척한 후 VM 651 프라이머를 샘플에 피펫팅하고 20초 동안 이완시킵니다.

그런 다음 5초 동안 4, 000RPM으로 샘플을 회전시키고 섭씨 120도에서 60초 동안 접촉 핫 플레이트에 굽습니다. 폴리아미드를 샘플에 피펫으로 바르고 20초 동안 이완시킵니다. 폴리아미드를 냉동실에서 꺼낸 후 실온에 도달하도록 하는 것을 잊지 마십시오.

이는 시간이 지남에 따라 충전 특성을 유지하기 위한 것입니다. 먼저 500RPM에서 100RPM의 가속으로 5초 동안 샘플을 음의 샘플로 회전시키고 60초 동안 500RPM의 가속으로 6, 000RPM으로 램프하여 음의 샘플로 회전시킵니다. 그런 다음 샘플을 섭씨 140도의 접촉식 핫 플레이트에서 5분 동안 굽습니다.

더 두꺼운 폴리아미드 필름의 경우 여러 층을 회전시키거나 최종 회전 속도를 줄이십시오. 접촉식 핫 플레이트의 폴리아미드를 섭씨 220도에서 10분 동안 경화시킵니다. 다음으로, 예금, 5, 60 초 동안 000 분당 회전수에 표본 회전급강하위에 15%2010 PMMA.

아세톤을 사용하여 샘플의 뒷면에 끼워진 과도한 레지스트를 제거합니다. 그런 다음 섭씨 180도의 컨벡션 오븐에서 30분 동안 굽습니다. 샘플이 실온으로 냉각되면 샘플에 4%2041 PMMA를 침전하고 앞서 그림과 같이 회전시키고 굽습니다.

이제 Tanner L.Edit에서 Beamer 레이아웃으로 다각형으로 파괴된 작업 파일을 설계합니다. 마지막으로 Java 기반 벨 소프트웨어를 사용하여 빔 라이터에게 제출합니다. VB six electron beam rider에서 450 마이크로 큐리 센티미터 제곱의 복용량을 사용하여 원하는 작업을 작성합니다.

다음으로, 섭씨 23도에서 60초 동안 IPA에 대한 일대일 MIBK 용액에서 샘플을 현상합니다. 이소프로판올로 헹굽니다. 그런 다음 광학 현미경에서 패턴 충실도를 검사합니다.

형상이 제대로 해석되지 않으면 저항성 광학 아세톤과 이소프로판올을 벗겨내고 다시 시작하십시오. 갈라, 플라즈마 프렙 배럴 래셔를 사용하여 샘플에 산소를 주입한 다음 전자빔 증발기를 사용하여 20나노미터의 티타늄과 150나노미터의 금을 증발시킵니다. 샘플을 따뜻한 아세톤이 담긴 비커에 넣고 피펫을 사용하여 수조에서 섭씨 50도까지 4시간 동안 가열합니다.

샘플을 따뜻한 아세톤으로 넉넉히 씻으십시오. 이제 PMMA가 존재하는 영역에서 금속이 들어 올려져 있는지 눈으로 샘플을 검사합니다. 이륙이 천천히 진행되면 비커를 초음파 수조에 2분 동안 놓습니다.

마지막으로 광학 현미경으로 샘플을 검사합니다. 푸리에에 질소 공급을 켜고 적외선 분광계를 변환합니다. 분광계 제어 장치 전면에 있는 FIR 버튼을 눌러 수은 아크 램프를 켭니다.

6미크론 다층 빔 스플리터를 간섭계 장치의 해당 슬롯에 삽입합니다. 다음으로, 분광계의 샘플 구획을 환기시키고 파이크 30도 반사 장치를 삽입합니다. 반사 장치 조리개 위에 7mm 조리개를 놓고 그 위에 금색 거울을 놓습니다.

이제 시료 격실을 5mbar의 압력으로 배출합니다. opus 소프트웨어를 시작하고 30-300 역 센티미터 범위에서 측정을 수행하기 위한 구성 파일을 로드합니다. 그리고 감지기 구획 전면의 LED가 녹색으로 깜박이면 스캐너가 작동 중임을 나타냅니다.

인터페로그램의 모양이 예상한 것과 같은지 확인합니다. 100개의 백그라운드 스캔을 실행하여 백그라운드 스펙트럼을 얻습니다. 시료 격실을 환기시키고 거울을 제거한 다음 시료를 앞면이 아래로 향하게 하여 조리개에 놓습니다.

샘플의 중심이 조리개 중앙에 있는지 확인한 다음 샘플 격실을 비웁니다. 다음으로, 1,000개의 샘플 스캔을 실행하여 샘플 스펙트럼을 얻습니다. 이 소프트웨어는 샘플 스펙트럼을 배경과 자동으로 비교하고 샘플의 실제 반사 스펙트럼이 화면에 표시됩니다.

이 그림은 유전 스페이서 두께가 다른 메타물질 흡수체에 대한 흡수 스펙트럼을 보여줍니다. 전기 링 공진기 구조가 없는 7.5미크론 두께의 폴리아미드 샘플은 관심 주파수 범위에서 최대 5%의 흡수율을 갖습니다. 실험 데이터는 2.12테라헤르츠에서 77% 흡수 크기의 공명 피크를 보여줍니다.

이 결과는 2.12테라헤르츠에서 시뮬레이션된 흡수 최대치인 81%와 매우 일치합니다. 여기서, 데이터는 1미크론에서 7.5미크론에 이르는 다양한 폴리아미드 두께에 대해 동일한 ERR 형상을 가진 MM 흡수체와 유전체가 3미크론의 이산화규소인 흡수체에 대해 생성됩니다. 폴리아미드 두께가 1미크론에서 3.1미크론으로 증가함에 따라 피크 흡수가 증가합니다.

그러나 폴리아미드 두께가 3.1미크론보다 크면 피크 흡수 값이 약간 감소합니다. 폴리아미드 두께가 1미크론에서 7.5미크론으로 증가함에 따라 0.25테라헤르츠의 뚜렷한 적색 이동이 관찰됩니다. 유효 유전율 및 투과성은 3.1 미크론 두께의 폴리아미드 스페이서가 있는 시뮬레이션된 MM 흡수기에 대해 여기에 표시된 것처럼 S 매개변수의 반전을 통해 시뮬레이션된 데이터에서 추출할 수 있습니다.

광학 Constance의 실제 부분은 0에 가깝게 교차하며, 최대 흡수 주파수에서 제로 반사에 필요한 조건입니다. 높은 흡수를 암시하는 투과성의 허수 성분의 피크가 있습니다. 얼. FDTD는 MM 구조 내에서 흡수의 위치를 설정하는 데에도 사용할 수 있습니다.

이러한 플롯은 대부분의 에너지가 ERR 층의 오믹 손실과 폴리아미드의 처음 500나노미터에서 유전 손실로 소산된다는 것을 명확하게 보여줍니다. 이 계층 아래에서는 테라헤르츠 분광법과 같은 여러 응용 분야에는 광대역 테라헤르츠 흡수를 나타내는 센서가 필요합니다. 우리는 이러한 광대역 흡수를 실현하기 위해 두 가지 전략을 개발했습니다.

첫 번째 전략은 서로 다른 층의 연속적인 접지면 위에 금속 RR과 유전체 층의 교대 층, 서로 다른 길이의 교차를 적층하고 흡수 스펙트럼에 밀접하게 배치된 여러 공진 모드를 지원합니다. 유전체 두께를 조정함으로써 다층 구조는 얻어진 각 공진 주파수 및 광대역 흡수에서 여유 공간과 임피던스 일치할 수 있습니다. 그런 다음 표준 전자빔 등록 프로세스를 사용하여 RS를 1초 안에 서로 위에 정렬합니다. 전략.

4색 슈퍼 픽셀에 통합된 4개의 R은 단일 유전체 층에 설계되었습니다. 이러한 장치는 다층 흡수체보다 제작이 훨씬 간단합니다. 이 플롯은 표시된 치수의 다층 mm 흡수체에 대한 흡수 스펙트럼과 시뮬레이션된 데이터를 보여줍니다.

단층 구조는 5.42테라헤르츠에서 단일 공진 피크를 가지며 EM 방사선의 78%가 흡수됩니다. 대조적으로, 3 층 장치는 4.08 테라 헤르츠에서 5.94 테라 헤르츠까지의 넓은 주파수 대역을 가진 3 개의 밀접하게 배치 된 공진 피크를 가지며, 여기서 흡수가 60 % 이상인 경우 3 개의 공진의 XZ 평면에서 시뮬레이션 된 흡수 분포의 스펙트럼 특성의 원점을 이해하기 위해 3 개의 공진의 XZ 평면에서 플롯됩니다. 이러한 분포는 각 ERR이 일단 마스터되면 광대역 흡수에 기여한다는 것을 분명히 보여줍니다.

이 기술은 적절하게 수행되면 4 시간 8 시간 이내에 완료 할 수 있습니다. 이 절차를 시도하는 것이 중요하지만 제작 단계를 수행할 때 체계적이고 일관성 있게 수행해야 한다는 점을 기억해야 합니다. 이 영화를 보고 나면 메타물질 흡수체를 포함한 다양한 ertz 장치 및 구성 요소를 만들 수 있도록 하는 데 사용하는 마이크로 나노 제조 기술에 대한 매우 좋은 개요를 갖게 될 것입니다.