7 czerwca 2019
Przedstawiono protokół wytwarzania i optycznej charakterystyki metapowierzchni dielektrycznych. Metoda ta może być stosowana nie tylko do wytwarzania rozdzielaczy wiązki, ale także ogólnych metapowierzchni dielektrycznych, takich jak soczewki, hologramy i peleryny optyczne.
Protokół ten zapewnia szczegółową metodę wytwarzania w celu uzyskania metapowierzchni o wysokiej wydajności, co jest jednym z najważniejszych zagadnień w obszarze badań nad metapowierzchniami. W porównaniu z innymi metodami badania osadzania warstw atomowych, technika ta jest tanią i szybką metodą wytwarzania w celu uzyskania wysokowydajnych metapowierzchni pracujących w zakresie widzialnym. Protokół ten można zastosować do wytwarzania ogólnych metapowierzchni, takich jak soczewki, hologramy i zegary optyczne, po prostu zmieniając konfigurację wzoru.
Technika ta może zapewnić wgląd w dziedzinę badań nad fotoniką krzemową, która wykorzystuje mikro i nanostruktury krzemu. Substratem dla metapowierzchni jest stopiona krzemionka. Przygotuj czystą, dwustronnie polerowaną, kwadratową stopioną krzemionkę po dwa centymetry z boku.
Pobrać podłoże i załadować je do systemu PECVD. Tam, w komorze blokady ładunku, umieść podłoże na przyrządzie. Zamknij komorę i przygotuj się do obsługi systemu.
W oprogramowaniu sterującym skonfiguruj proces osadzania, ustawiając temperaturę, moc RF, natężenie przepływu gazu i ciśnienie procesowe. Po osadzaniu, które trwa około 300 sekund, odzyskaj próbkę. Pobrać próbkę z osadzonym uwodornionym krzemem amorficznym do powlekarki wirowej.
Załadować próbkę do uchwytu próbki wirówki. Następnie zaopatrz się w pięciomililitrową strzykawkę z filtrem zawierającą PMMA z 2% anusolem. Pokryj próbkę PMMA przed rozpoczęciem obracania z prędkością 2 000 obr./min przez jedną minutę.
Po zakończeniu przenieś próbkę na płytę grzejną. Piecz próbkę w temperaturze 180 stopni Celsjusza przez pięć minut. Następnie usuń próbkę, aby schłodzić ją przez minutę przed kontynuacją.
Następnie należy zwrócić próbkę do powlekarki wirowej. Użyj pipety o pojemności jednego mililitra, aby uwolnić przewodzący roztwór polimeru na jego powierzchni. Pokryć próbkę z prędkością 2 000 obr./min na jedną minutę.
Gdy powłoka jest gotowa, pobrać próbkę do litografii wiązką elektronów. Zamocuj próbkę na przyrządzie do maszyny. Następnie umieść przyrząd w komorze maszyny i zakończ proces ładowania.
Przejdź do pracy z konsolą i przygotuj system litografii wiązką elektronów do zabiegu. Po przygotowaniu systemu należy przystąpić do pracy przy komputerze podłączonym do konsoli. W tym systemie użyj wiersza poleceń, aby przekonwertować plik GDS na plik CEL.
Po przekonwertowaniu pliku wprowadź zadanie, aby uruchomić oprogramowanie EBL. Użyj wiersza polecenia, aby sprawdzić, czy żądany wzorzec znajduje się w pliku w formacie CEL w bieżącym katalogu. Wprowadź zadanie, aby uruchomić oprogramowanie.
W oprogramowaniu kliknij menu modyfikacji rozmiaru żetonu. Wybierz 600 mikrometrów na 600 mikrometrów. Następnie wybierz 240 000 punktów.
Zapisz zmiany. Następnie wyjdź z tego ekranu. Teraz kliknij menu tworzenia danych wzorca.
W oknie poleceń wprowadź PS, aby załadować plik CEL wzorca. Wpisz I w oknie poleceń. Następnie kliknij wzór, aby powiększyć obraz.
Teraz wprowadź ST0 w oknie poleceń, aby ustawić czas dawki na trzy mikrosekundy. Wprowadź SP11, aby ustawić naświetlanie dźwięku na normalny stan. Utwórz plik CCC, wpisując PC i nazwę pliku.
Po zakończeniu kliknij środek wzoru. Aby zastosować warunki naświetlania, wprowadź CP w oknie poleceń i kliknij wzór. Wprowadź SV i nazwę pliku, aby utworzyć plik CON.
Wyjdź z tego menu tworzenia danych wzorca, wpisując Q.Przejdź dalej, aby kliknąć menu ekspozycji. Wprowadź I i wybraną nazwę pliku CON. Ustawić wartość dawki na 2.4.
Naciśnij przycisk escape, aby zakończyć harmonogram. Następnie wprowadź E i kliknij przycisk ekspozycji, aby rozpocząć proces ekspozycji. Po zakończeniu procesu naświetlania wróć do konsoli EBL.
Ustaw przycisk izolacji w pozycji wyłączonej. Naciśnij przycisk EX, aby przesunąć scenę. Następnie należy wyładować próbkę z komory.
Następnie przygotuj się do usunięcia przewodzącego polimeru. W tym celu zanurz próbkę w 50 mililitrach wody dejonizowanej na jedną minutę. Następnie przenieś próbkę do 10-mililitrowego roztworu ketonu metylowo-izobutylowego i alkoholu izopropylowego otoczonego lodem.
Po 12 minutach wyjąć próbkę i przepłukać ją alkoholem izopropylowym. Wysuszyć go wdmuchiwanym azotem. Kolejnym krokiem jest parownik wykorzystujący wiązkę elektronów.
Zamocować próbkę na uchwycie parownika i zamontować uchwyt wewnątrz komory parowania. Teraz zdobądź chrom do użycia w parowniku. Przygotować chrom w kawałkach w tyglu grafitowym do odparowania na powierzchnię próbki.
Załadować tygiel do komory. Następnie pracuj z oprogramowaniem dla parownika wiązki elektronów. Kliknij przycisk pompowania w komorze, aby wytworzyć podciśnienie w komorze.
W sekcji materiału wybierz chrom. Następnie kliknij przycisk materiału, aby zastosować wybór. Kliknij przycisk migawki wiązki E, aby otworzyć migawkę źródłową.
Następnie kliknij wysokie napięcie. Postępuj zgodnie z tym, klikając źródło. Użyj strzałki w górę, aby powoli zwiększać moc wiązki.
Zatrzymaj się na docelowej szybkości stapiania. Aby zresetować grubościomierz, kliknij przycisk zerowy. Kliknij przycisk migawki głównej, aby otworzyć tę migawkę.
Monitoruj miernik grubości. Gdy miernik osiągnie 30 nanometrów, kliknij główny przycisk migawki, aby zamknąć migawkę. Kliknij opcję E beam shutter (Migawka wiązki elektronicznej), aby zamknąć migawkę źródła.
Użyj strzałki w dół, aby powoli zmniejszyć moc wiązki do zera. Gdy osiągnie zero, kliknij źródło, a następnie wysokie napięcie. Pozostaw komorę do ostygnięcia przez 15 minut, a następnie kliknij odpowietrznik.
Wyjąć próbkę z komory i uchwytu. Następnie weź go na proces startu. Najpierw zanurz go w 50 mililitrach acetonu na trzy minuty.
Następnie wykonaj sonikację przez jedną minutę w częstotliwości 40 kiloherców. Przepłukać próbkę alkoholem izopropylowym i osuszyć ją gazowym azotem. W tym momencie próbka jest gotowa do wytrawiania.
Weź klej termiczny i rozprowadź go na odwrocie próbki przed przymocowaniem próbki do przyrządu systemu trawienia. Załaduj przyrząd do systemu wytrawiania. W komputerze ustaw natężenie przepływu chloru gazowego i bromowodoru, moc źródła i odchylenie przed wytrawianiem przez 100 sekund.
Po wytrawieniu rozładuj próbkę. Za pomocą bezpyłowej chusteczki usuń klej termiczny. Zanurz próbkę w 20 mililitrach wytrawiacza chromowego na dwie minuty.
Następnie przenieś go do 50 mililitrów wody dejonizowanej na jedną minutę. Przepłukać próbkę wodą dejonizowaną i wysuszyć ją gazowym azotem. Jest to obraz ze skaningowej mikroskopii elektronowej górnej części metapowierzchni.
Każda z komórek ma podstawę o wymiarach 150 nanometrów na 80 nanometrów. Wysokość komórki wynosi 300 nanometrów. Dodatkowe szczegóły komórek są widoczne w tym widoku perspektywicznym.
Eksperyment, który mierzy moc wiązki, gdy wiązka laserowa o długości 532 nanometrów pada na metapowierzchnię, demonstruje niezależność od polaryzacji funkcjonalności urządzenia. Dla wiązek spolaryzowanych kołowo prawo, wiązek spolaryzowanych liniowo i lewych wiązek spolaryzowanych kołowo moc w rzędach dyfrakcji plus i minus jeden jest równa. Eksperymenty z wiązką laserową o długości 635 nanometrów dają podobne wyniki.
Metoda wywoływania jest najważniejszym krokiem, ponieważ możemy precyzyjnie kontrolować proces rozwoju ze względu na niską prędkość reakcji. Większość awarii występuje podczas etapów suszenia. Należy pamiętać, że silne jest lepsze niż ogólnie słabe.
Procedura ta może być stosowana nie tylko do ogólnych metapowierzchni dielektrycznych, ale także do fotoniki krzemowej i układów mikroelektronowych. Ogólnie rzecz biorąc, za pomocą tej techniki możemy tworzyć delikatne nanostruktury, dzięki czemu toruje to drogę do zajęcia się tym, jak światło oddziałuje z niektórymi strukturami długości fal. Zarówno PMMA, jak i opary roztworu rozwojowego są niebezpieczne, dlatego procesy z ich udziałem muszą być wykonywane w dygestoriach.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Ten protokół przedstawia szczegółową metodę wytwarzania wysoce wydajnych metasurfaces dielektrycznych, które są kluczowe w badaniach metasurfaces. Technika ta umożliwia tworzenie różnych urządzeń optycznych, w tym soczewek, hologramów i płaszczy optycznych, poprzez modyfikację konfiguracji wzoru.
Dielectric metasurfaces enable precise control of light at subwavelength scales, offering potential for advanced optical components in biophotonics and diagnostic instrumentation. The demonstrated fabrication method provides a pathway to produce polarization-independent beam splitters with equal-intensity output, supporting reproducible optical measurements in laboratory settings. This capability may improve assay standardization and signal consistency in fluorescence-based detection systems.
The method positions metasurface fabrication within early-stage assay development, supporting the generation of reliable optical readouts for downstream screening and validation workflows.