Hyperlens 통합 현미경 및 슈퍼 해상도 영상

이 실험 절차의 전반적인 목표는 2차원 초렌즈 장치의 제작 과정과 subdiffraction imaging을 시연하는 것입니다. 이 새로운 초고해상도 이미징 기술은 실시간 이미징의 장점과 기존 광학 장치에 대한 간단한 구현의 장점을 가지고 있습니다. 이 방법은 살아있는 세포와 동적 나노 입자를 분획 한계 이하로 이미징하는 것과 같은 초해상도 이미징 분야의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다.

하이퍼렌즈는 평면 쌍곡선 분산을 갖는 다층 구조의 특수 구면 렌즈로, 고주파 정보의 확대와 원거리에서 유사한 광학 장치의 해상도를 실시간으로 지원합니다. 구형 하이퍼렌즈의 가장 큰 장점은 가시 주파수에서 2차원 정보를 확대할 수 있다는 것입니다. 또한 구형 하이퍼렌즈는 복잡한 시스템 없이 기존 현미경 검사에 쉽게 통합될 수 있습니다.

시연을 맡은 사람은 제 연구실의 대학원생인 이다솔 씨와 김잉크입니다. 시작하려면 2, 000rpm에서 포지티브 포토레지스트로 석영 웨이퍼를 스핀 코팅하고 섭씨 90도에서 60초 동안 굽습니다. 그런 다음 다이싱 기계를 사용하여 포토레지스트가 있는 웨이퍼를 20 x 20제곱밀리미터 크기의 작은 조각으로 자릅니다.

압축 질소 건을 사용하여 조각을 불어 절단 단계에서 발생하는 미립자를 제거합니다. 다음으로, 절단된 웨이퍼를 섭씨 45도에서 5분 동안 탈이온수 초음파 수조에 넣습니다. 섭씨 45도에서 5분 동안 아세톤의 초음파 수조를 사용하여 포토레지스트 층을 제거합니다.

그런 다음 기판을 이소프로필 알코올 초음파 수조에 넣고 섭씨 45도에서 5분 동안 세척합니다. 압축 질소 건으로 기판을 건조시킵니다. 마스크 패턴을 에칭하려면 먼저 깨끗한 석영 기판을 고진공 전자빔 증착 시스템에 로드합니다.

초당 2옹스트롬의 증착 속도로 크롬 층을 증착합니다. 환기 버튼을 눌러 챔버를 환기시킵니다. s를 장착합니다.amp전도성 구리 테이프를 사용하여 Focused Ion Beam 또는 FIB 홀더에 le.

그런 다음 FIB 홀더를 FIB 챔버에 로드합니다. 챔버 도어를 닫고 펌프 버튼을 눌러 챔버를 대피시킵니다. 빔 제어 탭에서 Beam On을 선택하고 FIB 모드에 대한 이온 빔 전류 및 가속 전압을 설정합니다.

이온 빔 시스템을 켭니다. beam control 탭에서 Beam On을 선택하여 전자빔을 켜고 소프트웨어를 사용하여 저배율로 이미지의 초점을 맞춥니다. 그런 다음 주사 전자 현미경 모드의 탐색 탭에서 작동 거리를 4mm로 설정합니다.

홀더의 기울기 각도를 52도로 설정하고 구멍 어레이 마스크 패턴 제작 전에 다양한 배율로 SEM 이미지를 촬영합니다. 패터닝 탭에서 패터닝 영역을 선택하고 크롬 층에 50나노미터 구멍 어레이를 만듭니다. 완료 후 전자빔 및 이온 빔 시스템을 끄고 냉각시킵니다.

질소 가스로 챔버를 환기시키기 위해 환기 버튼을 누릅니다. 그런 다음 홀더를 챔버에서 꺼냅니다. 다음으로, 패터닝된 기판을 1 - 10 완충된 산화물 에칭액에 5분 동안 넣습니다.

패턴화된 기판을 탈이온수에 넣어 완충된 산화물 에칭제를 청소합니다. 그런 다음 압축 질소 가스로 샘플을 건조시킵니다. 패턴화된 기판을 크롬 에칭액에 넣어 크롬 마스크 층을 제거합니다.

마지막으로 패턴이 있는 기판을 탈이온수에 5분 동안 넣어 청소합니다. 전자빔 증착 시스템의 환기 버튼을 누르고 환기가 끝날 때까지 기다립니다. 그런 다음 패턴화된 기판을 벤트 후 고진공 전자빔 증발 시스템에 로드합니다.

챔버 도어를 닫고 펌프 버튼을 눌러 챔버를 비우십시오. 초당 1옹스트롬의 성장 속도로 은층을 증착하고 15나노미터 두께의 은층을 증착합니다. 은층이 증착된 후 기판을 5분 동안 식힙니다.

다른 도가니를 선택하여 전자빔 증착 시스템의 포켓을 변경하고 초당 1옹스트롬의 성장 속도로 산화티타늄 층을 증착합니다. 그런 다음 15나노미터 두께의 산화티타늄 층을 증착합니다. 산화 티타늄 층이 증착 된 후 기판을 5 분 동안 식히십시오.

증착 단계를 수십 사이클 동안 반복하여 은과 산화티타늄의 다층을 증착합니다. 전자빔 증착 시스템의 포켓을 변경하고 50 나노 미터 두께의 크롬 층을 증착합니다. 크롬 층이 증착 된 후 전자빔 증발 시스템을 끕니다.

환기 버튼을 누르고 질소 가스를 주입하여 챔버를 환기시킵니다. 통풍구가 끝나면 챔버 도어를 열고 마운트 홀더를 챔버에서 꺼냅니다. 제작된 하이퍼렌즈 장치를 벗겨냅니다.

그런 다음 챔버 도어를 닫고 펌프 버튼을 눌러 챔버를 비웁니다. 크롬이 증착된 하이퍼렌즈를 FIB 밀링 시스템에 장착하고 제조업체의 지침에 따라 나노 크기의 구조를 패턴화합니다. 다음으로, 광학 테이블 위에 기존의 투과형 광학 현미경을 놓습니다.

어댑터를 사용하여 백색 광원을 현미경 조명 경로에 연결합니다. 410나노미터 중앙에 광학 대역통과 필터를 배치합니다. 고배율 오일 이멀젼 대물 렌즈를 선택하고 고품질 CCD 카메라를 사용하여 이미지를 얻습니다.

대물 렌즈에 이멀젼 오일 한 방울을 떨어뜨립니다. 마지막으로, 샘플 스테이지에 하이퍼렌즈를 놓고 이미지를 캡처합니다. 여기에 보이는 것은 은과 산화티타늄 다층이 교대로 증착된 초렌즈입니다.

단면 이미지는 은과 산화티타늄 박막의 다층이 반구형 석영 기판에 균일한 두께로 증착되어 있음을 보여줍니다. 은과 산화티타늄으로 구성된 초렌즈는 410나노미터의 파장에서 뛰어난 성능을 발휘하는데, 이는 적층된 다층의 분산 관계가 다음과 같이 쌍곡선 분산 곡선을 갖기 때문입니다. 높은 공간 파동 벡터 구성 요소는 하이퍼렌즈의 방사 방향을 따라 전파될 수 있습니다.

기존 광학 장치로는 포착할 수 없는 고주파 구성 요소를 가진 작은 특징은 유한 요소 시뮬레이션으로 계산된 대로 하이퍼렌즈를 통해 원거리로 전파될 수 있습니다. 제작 후, 하이퍼렌즈는 하이퍼렌즈 이미징 시스템의 이 간단한 회로도에서 볼 수 있듯이 기존 현미경 시스템에 통합될 수 있습니다. 하이퍼렌즈는 대물렌즈에 배치됩니다.

하이퍼렌즈를 시연하기 위해 하이퍼렌즈의 내부 표면에 인공 패턴이 새겨져 있습니다. 결과는 하이퍼렌즈를 통해 캡처한 이미지를 보여줍니다. 갭 크기는 각 경우에 160나노미터에서 180나노미터입니다.

subdiffraction limited features가 해결되고 hyperlens의 초해상도 능력이 확인될 수 있습니다. 하이퍼렌즈의 개발은 나노 크기의 생체 분자 기계와 무기 나노 입자를 탐구하기 위한 초고해상도 이미징 기술의 길을 열었습니다. 이 비디오를 시청하고 나면 고품질 하이퍼렌즈를 제작하고 초고해상도 이미징 시스템을 설정하는 방법을 잘 이해할 수 있을 것입니다.

우리는 하이퍼렌즈 기술이 확장 가능하고 재현 가능한 제조 방법을 채택함으로써 실용성이 향상될 것으로 기대합니다. 하이퍼렌즈를 통해 과학자들은 나노 규모로 발생하는 생물물리학적 역학을 실시간으로 관찰하고 생물학, 의학, 재료 과학 및 나노 기술과 같은 다양한 응용 분야에서 차세대 초고해상도 이미징으로 작업할