Symulacja, wytwarzanie i charakterystyka absorberów metamateriałowych THz

Ogólnym celem tej procedury jest symulacja, wytworzenie i scharakteryzowanie struktury absorbera metamateriału terahercowego. Po pierwsze, należy przeprowadzić symulacje, aby ustalić optymalną konstrukcję absorbera metamateriału. Następnie wyprodukuj ten zoptymalizowany projekt.

Następnie oceń eksperymentalną wydajność absorbera za pomocą spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera. Powstałe w ten sposób jednopasmowe, dwuzakresowe i szerokopasmowe urządzenia absorbujące metamateriał ertz są zdolne do absorpcji większej niż 80% w szczycie rezonansowym. A w połączeniu z odpowiednim czujnikiem mają zastosowanie w obrazowaniu ertz i spektroskopii.

Technologia, nad którą pracujemy, umożliwi nam tworzenie małych, przenośnych systemów obrazowania terahercowego, które będą ręczne dzięki pracy nad technologiami metamateriałowymi, które mamy nadzieję zintegrować z czujnikami, takimi jak barometry, mamy nadzieję, że będziemy w stanie osiągnąć urządzenia o dużej prędkości i wysokiej czułości. Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku szybkiego projektowania, symulacji, wytwarzania i charakteryzowania prototypowych terahercowych urządzeń metamaterialnych. Ta metoda nie tylko pokazuje, jak wytworzyć absorber metamateriałów telemedycznych, który może być również zastosowany do projektowania i wytwarzania innych urządzeń i komponentów metamaterialnych, takich jak filtry, modulatory, doskonałe soczewki i peleryny niewidki.

Postępuj zgodnie z sekcją symulacji w protokole artykułu w czasopiśmie, aby zaprojektować absorber metamateriałowy o pożądanej charakterystyce widma absorpcji. Oczyść krzem w sekwencyjnych roztworach przezroczystego acetonu optycznego i izopropanolu. Najpierw zanurzyć w rozpuszczalniku w temperaturze 50 stopni Celsjusza na 10 minut, a następnie poddać mieszaniu ultradźwiękowemu.

Następnie odparuj metalową dwuwarstwę tytanu i złota na krzem za pomocą parownika wiązki elektronów. Należy pamiętać, że grubość metalu musi być większa niż głębokość skóry przy żądanej częstotliwości roboczej. Po oczyszczeniu w rozpuszczalnikach zgodnie z wcześniejszym opisem, odpipetować VM 651 podkład na próbkę i pozostawić do rozluźnienia na 20 sekund.

Następnie obracaj próbkę z prędkością 4 000 obr./min przez pięć sekund i piecz na kontaktowej płycie grzejnej w temperaturze 120 stopni Celsjusza przez 60 sekund. Odpipetować poliamid na próbkę i pozostawić na 20 sekund do rozluźnienia. Pamiętaj, aby po wyjęciu z zamrażarki poliamid osiągnął temperaturę pokojową.

Ma to na celu utrzymanie właściwości wypełnienia w czasie. Najpierw wiruj próbkę z prędkością 500 obr./min przez pięć sekund z przyspieszeniem 100 obr./min do ujemnej i zwiększaj do 6 000 obr./min z przyspieszeniem 500 obr./min do ujemnej przez 60 sekund. Następnie piecz próbkę na kontaktowej płycie grzejnej w temperaturze 140 stopni Celsjusza przez pięć minut.

Aby uzyskać grubszą folię poliamidową, należy odwirować wiele warstw lub zmniejszyć końcową prędkość wirowania. Utwardź poliamid na kontaktowej płycie grzejnej w temperaturze 220 stopni Celsjusza przez 10 minut. Następnie umieść 15%2010 PMMA na próbce wirującej przy 5 000 obr./min na 60 sekund.

Usunąć nadmiar rezystu, który wkradł się na tylną stronę próbki za pomocą acetonu. Następnie piecz w piecu konwekcyjnym w temperaturze 180 stopni Celsjusza przez 30 minut. Gdy próbka ostygnie do temperatury pokojowej, nałóż 4% 2041 PMMA na próbkę, odwiruj i upiecz, jak pokazano wcześniej.

Teraz zaprojektuj plik zadania w Tanner L. Edytuj podział na wielokąty według układu Beamer. I na koniec prześlij do programu do zapisywania wiązki za pomocą oprogramowania dzwonkowego opartego na Javie. Napisz żądaną pracę, używając dawki 450 mikrocurie centymetrów kwadratowych na jeźdźcu wiązki elektronów VB.

Następnie należy rozpatrywać próbkę w roztworze jeden do jednego MIBK do IPA w temperaturze 23 stopni Celsjusza przez 60 sekund. Spłukać w izopropanolu. Następnie sprawdź wierność wzoru pod mikroskopem optycznym.

Jeśli cechy są słabo rozdzielcze, usuń odporny optyczny aceton i izopropanol i zacznij od nowa. Usuń szumowiny z tlenem za pomocą gali, plazmowego płuczka beczkowego, a następnie odparuj 20 nanometrów tytanu i 150 nanometrów złota za pomocą parownika wiązki elektronów. Włożyć próbkę do zlewki z ciepłym acetonem i podgrzewać do 50 stopni Celsjusza w łaźni wodnej przez cztery godziny za pomocą pipety.

Umyj próbkę obficie ciepłym acetonem. Teraz należy sprawdzić próbkę na oko, czy metal nie oderwał się od obszarów, w których obecny był PMMA. Jeśli start postępuje powoli, umieść zlewkę w ultradźwiękowej łaźni wodnej na dwie minuty.

Na koniec sprawdź próbkę pod mikroskopem optycznym. Włącz dopływ azotu do spektrometru Fouriera, transformuj podczerwień. Naciśnij przycisk FIR z przodu jednostki sterującej spektrometru, aby włączyć lampę łuku rtęciowego.

Włóż wielowarstwowy rozdzielacz wiązki o grubości sześciu mikronów do odpowiedniego gniazda w zespole interferometru. Następnie odpowietrzyć komorę na próbkę spektrometru i włożyć jednostkę odbicia szczupaka 30 stopni. Umieść siedmiomilimetrowy otwór na górze otworu jednostki odbicia, a na nim umieść złote lustro.

Teraz opróżnij komorę próbki do ciśnienia pięciu milibarów. Uruchom oprogramowanie opus i załaduj plik konfiguracyjny do wykonywania pomiarów w zakresie od 30 do 300 centymetrów odwrotnych. I upewnij się, że dioda LED z przodu komory detektora na zielono, wskazując, że skaner działa.

Sprawdź, czy kształt interferogramu jest zgodny z oczekiwaniami. Uruchom 100 skanów w tle, aby uzyskać widmo tła. Przewietrzyć komorę na próbkę, zdjąć lusterko i umieścić próbkę ekranem do dołu na otworze.

Upewnij się, że środek próbki znajduje się pośrodku otworu, a następnie opróżnij komorę próbki. Następnie uruchom 1000 skanów próbek, aby uzyskać widmo próbki. Oprogramowanie automatycznie porównuje widmo próbki z tłem, a na ekranie wyświetlane jest rzeczywiste widmo odbicia próbki.

Rysunki te pokazują widma absorpcyjne dla absorberów metamateriałowych o różnych grubościach przekładek dielektrycznych. Próbka poliamidu o grubości 7,5 mikrona bez struktury rezonatora z pierścieniem elektrycznym ma maksymalną absorpcję 5% w całym zakresie częstotliwości. Dane eksperymentalne wskazują na szczyt rezonansowy przy 2,12 teraherca i 77% wielkości absorpcji.

Wynik ten jest doskonale zgodny z symulowanym maksimum absorpcji wynoszącym 81% przy 2,12 teraherca. W tym przypadku dane są generowane z absorberów MM o tej samej geometrii ERR dla różnych grubości poliamidu w zakresie od jednego do 7,5 mikrona oraz dla absorbera, w którym dielektrykiem są trzy mikrony dwutlenku krzemu. Wraz ze wzrostem grubości poliamidu od jednego mikrona do 3,1 mikrona, absorpcja szczytowa wzrasta.

Jednak przy grubościach poliamidu większych niż 3,1 mikrona następuje nieznaczne zmniejszenie szczytowej wartości absorpcji. Wyraźne przesunięcie ku czerwieni o 0,25 teraherca obserwuje się wraz ze wzrostem grubości poliamidu z jednego mikrona do 7,5 mikrona. Efektywną przenikalność elektryczną i przepuszczalność można uzyskać z symulowanych danych poprzez odwrócenie parametrów S, jak pokazano tutaj dla symulowanego absorbera MM z przekładką poliamidową o grubości 3,1 mikrona.

Rzeczywiste części optycznej Konstancji krzyżują się blisko zera, co jest warunkiem wymaganym dla zerowego odbicia przy częstotliwości maksymalnej absorpcji. Istnieje szczyt wyimaginowanego składnika przepuszczalności, co sugeruje wysoką absorpcję. Erl. FDTD może być również stosowany do ustalenia lokalizacji absorpcji w strukturze MM.

Wykresy te wyraźnie pokazują, że większość energii jest rozpraszana jako straty omiczne w warstwie ERR i jako straty dielektryczne w pierwszych 500 nanometrach poliamidu. Poniżej tej warstwy kilka zastosowań, takich jak spektroskopia terahercowa, wymaga czujników, które wykazują szerokopasmową absorpcję terahercową. Opracowaliśmy dwie strategie, aby zrealizować taką absorpcję szerokopasmowego.

Pierwsza strategia polega na ułożeniu naprzemiennych warstw metalicznych warstw RR i dielektrycznych na ciągłej płaszczyźnie uziemienia w różnych warstwach, krzyżujących się o różnych długościach, obsługujących kilka modów rezonansowych ściśle usytuowanych razem w widmie absorpcyjnym. Dostrajając grubość dielektryka, wielowarstwową strukturę można dopasować impedancyjnie do wolnej przestrzeni przy każdej uzyskanej częstotliwości rezonansowej i absorpcji szerokopasmowej. Następnie stosuje się standardowy proces rejestracji wiązki elektronów, aby w ciągu sekundy wyrównać RS jeden na drugim. Strategia.

Cztery litery R zawarte w czterokolorowym super pikselu są zaprojektowane na jednej warstwie dielektrycznej. Takie urządzenie jest znacznie prostsze do wykonania niż wielowarstwowy absorber. Wykres ten przedstawia widmo absorpcji i symulowane dane dla wielowarstwowego absorbera mm o wskazanych wymiarach.

Struktura jednowarstwowa ma pojedynczy pik rezonansowy o częstotliwości 5,42 teraherca, gdzie pochłania się 78% promieniowania EM. W przeciwieństwie do tego, urządzenie trójwarstwowe ma trzy ściśle rozmieszczone piki rezonansowe o szerokim paśmie częstotliwości od 4,08 teraherca do 5,94 teraherca, gdzie absorpcja jest większa niż 60%Aby zrozumieć pochodzenie charakterystyki spektralnej symulowanych rozkładów absorpcji w płaszczyźnie XZ trzech rezonansów, wykreślono je. Rozkłady te wyraźnie pokazują, że każda ERR przyczynia się do absorpcji szerokopasmowej po opanowaniu.

Tę technikę można wykonać w mniej niż cztery osiem godzin, jeśli zostanie wykonana prawidłowo. Podczas próby wykonania tej procedury należy pamiętać o metodycznym i konsekwentnym wykonywaniu etapów wytwarzania. Po obejrzeniu tego filmu będziesz miał bardzo dobry przegląd technologii mikro nano produkcji, których używamy, a które umożliwiają nam wytwarzanie szeregu urządzeń i komponentów ertz, w tym absorberów metamateriałów.