$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Simulação de um único absorvente Banda THz Metamaterial
Uma visão 3D da simulação de set-up é mostrado na Figura 2.
- Lumerical FDTD é utilizada para optimizar as características de reflexão, transmissão e absorção do absorvente metamaterial THz. Todas as unidades são dadas em um.
- Definir o THz poliimida propriedades do material pela esquerda clicando Materiais, adicione (n, k) material E introduzindo 1,68 como o n e 0,06 como o k. Botão esquerdo duas vezes em "um novo material" e renomeá-lo como "poliimida". Note que se teóricos ou experimentais dados de índice de refração está disponível um pode " Adicionar dados amostrados " Para definir as propriedades do material.
- Desenhar a geometria do dispositivo, a partir do plano de terra 0,2 um de espessura de metal. No Estruturas Guia de seleção Retângulo E editar as propriedades pressionando o E Chave. "Groundplane" de entrada no Janela, (0,0,0.1) como a estrutura de centro de coordenadas e (31,31,0.2) como a região de calibração. Mover para o Material E selecione Perfeito condutor elétrico (PEC). Repetir para definir os 3 mm de espessura de poli-imida de digitação camada dieléctrica "poliimida" na janela de nome, (0,0,1.7) como o centro de coordenadas e (31,31,3), como do vão. Por fim, defina a 0,2 um anel grosso elétrica ressonador desenhando dois retangular Perfeito condutor elétrico (PEC) chamado "ERR arm1" e "ERR ARM2" com o mesmo centro coordenadas de (0,0,3.3), mas abrangem regiões diferentes (10,26,0.2) e (26,10,0.2), respectivamente.
- Adicionar a região de simulação pela esquerda clicando em Simulação E pressione E Para editar as propriedades. No Guia Geral Entrada 20 psec como o tempo de simulação. No Geometria Guia escolhe (0,0,0) como o centro de coordenadas e (30,30,200), como nas regiões da extensão. No Configurações de malha selecione uma precisão malha de 3 e manter as configurações padrão de outros como eles são. Definir as condições de contorno na simulação Condições de contorno Guia escolhendo "Anti-simétrica" para x min bc e max x BC, "simétrica", para y min e max y bc bc e "PML" para z min bc e max z bc (a "simetria permitir que em todas as fronteiras" deve ser assinalada). Incluir uma região substituição malha esquerda clicando novamente em Simulação E de edição, pressionando E. No Geral Tipo de guia 0,5 mm para o dx e dy substituição e 0,05 mm para a substituição dz. No Geometria Guia entrar no centro de coordenadas (0,0,1.7) e regiões span (30,30,3.8). Note-se que um menor tamanho de malha de Por exemplo Dx, dy ^ M 0,1, irá aumentar a precisão da simulação embora isso à custa de memória CPU significativamente aumentada e o tempo de simulação. É melhor simular usando um tamanho de malha grande até que uma estrutura com as propriedades desejadas é obtido e, em seguida, re-simular usando o menor tamanho de malha.
- Definir o tipo de fonte pela esquerda clicando na seta ao lado Fontes E escolher Onda plana. Imprensa E Para editar as propriedades de origem e no Geral Guia mudar a direção para trás. No separador geometria entrar no centro de coordenadas (0,0,90) e (35,35,0) para a região de calibração. Note que você não pode modificar o tempo de z. Definir a frequência mínima e máxima da simulação no Frequência / comprimento de onda Guia. Escolha um mínimo de 1 THz e um máximo de 4 THz e garantir o pulso no sinal versus gráfico de tempo no canto inferior direito da janela decai a zero bem antes de 20 de psec.
- Esquerda clique sobre a seta ao lado Monitores E selecione Perfil do campo no domínio da freqüência. Pressione e para editar as propriedades do monitor e digite "R95" no O nome do monitor. No Guia geometria Entrar no centro de coordenadas de (0,0,95) e span região (30,30,0). Repetir e criar uma segunda Perfil do campo no domínio da freqüência Monitor chamada "T95", com centro de coordenadas (0,0, -95) e spans (30,30,0). À esquerda, clique na seta ao lado Monitores E selecione Propriedades globais. No Perfil de freqüência / potência Guia digite 100 na janela de pontos de freqüência. Figura 2 Mostra a vista em perspectiva mostrada na Lumerical após a conclusão das etapas 1,1-1,6. Verifique os requisitos de memória são compatíveis com o computador pela esquerda clicando na seta ao lado do Verificar Ícone na barra de ferramentas superior e selecionando Verificar os requisitos de memória de simulação. Salve o arquivo dando-lhe um nome apropriado, como "Jove.sim".
- Executar a simulação pela esquerda clicando no Executar Ícone.
- Após a conclusão da simulação digite o seguinte na Prompt de script. Note que você também pode informar o seguinte texto em um editor de texto e salvar o arquivo como um arquivo lsf.. O script pode então ser executado pela esquerda clicando na seta ao lado de Executar, Selecionando Roteiro E depois localizar o arquivo script salvo em seu computador. Note-se que o # indica um comentário.
Load ("Jove_sim"); # Carrega o arquivo de simulação F = getdata ("R95", "f"); # Recebe os dados de reflexão e dados de frequência do monitor R95 R = transmissão ("R95"); # Define R como uma matriz que contém os dados de reflexão A = 1-R; # Calcula a absorção = Fthz f/1e12; # Converte freqüência para THz Plot (fthz, A, R, "Frequency (THz)", "absorção", "Reflexão"); Dados # enredo em um único gráfico Legenda ("absorção", "Reflexão");
Filename = "Jove_sim.csv"; Dados # exportação para Excel de importação Rm (filename); # Excluir o arquivo se ele já existir Lambda = c / f; # Converte o comprimento de onda de frequência For (i = 1: length (lambda)) {
Escrever (filename, num2str (f (i)) + "," + num2str (fthz (i)) + "," + num2str (R (i)) + "," + num2str (A (i)) + " , ");
} # Gera um arquivo. Csv no formato de coluna da freqüência, reflexão e absorção
2. Fabricação de um único absorvente Banda THz Metamaterial
A Figura 3 Mostra os passos de fabrico mais importantes.
- Clean uma de 15 mm por 15 mm de peça de silício em soluções sequenciais de água morna (50 ° C) opticlear, acetona e ispopropanol utilizando agitação ultra-sónica, após inicialmente aquecendo o copo que contém o solvente, durante 10 min. Note-se que este protocolo pode também ser utilizada para fabricar vários dispositivos em uma pastilha de diâmetro de 4 polegadas.
- Evaporar um metal bi-camada de 20 nm nm/100 Ti / Au para a 15 mm por 15 mm por meio de um Plassys 450 MEB feixe de elétrons evaporador ( Figura 3, passo 1). Note-se que a espessura do metal tem que ser maior do que a profundidade da pele com a frequência de operação desejada.
- Clean da amostra, como descrito anteriormente na secção 2.1
- Dispense VM651 iniciador sobre a amostra, utilizando uma pipeta e deixar a relaxar durante 20 segundos. Centrifugue a amostra a 4000 rpm durante 5 segundos e, em seguida, cozer numa placa de aquecimento de contacto, a 120 ° C durante 60 segundos.
- Remover Dupont PI2545 poliimida do congelador. 20 min para permitir que a garrafa atingisse a temperatura ambiente. Isto é essencial uma vez que a abertura do frasco imediatamente após a remoção do congelador irá resultar na condensação de humidade no interior da garrafa e degradando o poliimida propriedades do filme. Dispensar PI2545 sobre a amostra, utilizando uma pipeta e permitir que 20 seg para a relaxar. Centrifugue a amostra usando um processo de spin 2 palco com as seguintes configurações - (i) velocidade de centrifugação final 500 rpm, aceleração de 100 rpms -1 Final, rotação de tempo de 5 segundos (ii) velocidade de centrifugação final 6.000 rpm, aceleração de 500 rpms -1, O tempo de centrifugação final de 60 seg. Asse amostra numa placa de aquecimento de contacto a 140 ° C durante 5 min ( Figura 3, passo 2). Se uma espessa filme poliimida é necessária, então quer girar várias camadas ou reduzir a velocidade de centrifugação final. Para se obter uma espessura de película de poli-imida de 3 mm com o mínimo de borda do grânulo três camadas de PI2545 são fiadas usando o protocolo acima.
- Cura a poliimida numa placa de aquecimento de contacto a 220 ° C durante 10 min. Após este procedimento, a cura PI2545 serão impermeáveis à maior parte dos solventes e ácidos e só pode ser removido utilizando plasma de oxigénio. PI2545 pode ser girado sobre um pedaço manequim de silicone, curada tal como acima e a espessura do filme medida por raspagem da poliimida e usando uma superfície Dektak perfilómetro para medir a altura do salto.
- 15% 2010 Depósito de poli (metacrilato de metilo), conhecido como PMMA, sobre a amostra. Rodar a 5000 rpm durante 60 segundos e cozer num forno de convecção a 180 ° C durante 30 min. Antes de remover o excesso de cozimento resistir que se infiltrou na para a parte traseira da amostra com acetona. Remover a amostra do forno e deixar arrefecer até à temperatura ambiente (~ 5 minutos). Depósito 4% 2041 PMMA sobre a amostra, rotação a 5000 rpm durante 60 segundos e cozer num forno de convecção a 180 ° C durante 60 min ( Figura 3, o passo 3). Remova qualquer excesso de resistir que tem se arrastado para a parte de trás da amostra usando acetona antes de assar.
- Escrever o trabalho desejado sobre um escritor feixe de elétrons Vistec VB6 usando uma dose de 450 uC / cm 2. O arquivo de trabalho é projetado em Tanner L-Edit, fraturado em polígonos por Beamer Layout e finalmente submetido ao escritor feixe usando o software Java BELLE baseado.
- Desenvolver a amostra em uma solução de 1:1 de MIBK: IPA a uma temperatura de 23 ° C durante 60 segundos ( Figura 3, passo 4). Enxaguar num copo de isopropanol. Inspeccionar fidelidade padrão em um microscópio óptico. Se os recursos são mal resolvido tirar a resistir em opticlear, acetona e isopropanol e começar de novo a partir de 2,2.
- Descum a amostra com O 2 Usando um Plasmaprep Gala 5 Barril asher durante 1 min a 0,1 mbar e 50 W de energia RF. Evapora-se 20 nm e 150 nm Ti Au usando um Plassys 450 MEB evaporador de feixe de electrões ( Figura 3, passo 5).
- Introduza a amostra para um copo de acetona quente e colocar o copo num banho de água quente mantida a 50 ° C. Após 4 horas remover a amostra do banho de água e com uma pipeta de aspirar parte da acetona quente e pulverização liberalmente sobre a amostra ( Figura 3, etapa 6). Inspecione amostra por olho para verificar que o metal está levantando fora das áreas onde PMMA estava presente. Se lift-off está a progredir lentamente colocar béquer no banho de água de ultra-sons durante 2 minutos. Inspeccionar amostra sob o microscópio óptico.
- O protocolo descreve a fabricação de um absorvedor de banda única THz entanto multi-nível de banda dupla e absorvedores de banda larga podem ser produzidos por repetição dos passos 2,3-2,11 e empilhar várias cruzes no topo de poliimida camadas.
3. Caracterização de um único absorvente Banda THz Metamaterial
Figura 4 Mostra o layout instrumento básico FTIR.
- Ligue o fornecimento de nitrogênio ao 66V / S Fourier Transform Infra Red IFS espectrómetro (FTIR). Pressione o botão "FIR" na parte da frente da unidade de controlo de espectrómetro para ligar a lâmpada de arco de Hg. Demora cerca de 15 min para a potência da lâmpada de estabilizar. Inserir o divisor de feixe 6 um multicamadas na ranhura apropriada da unidade de interferómetro.
- Faça a ventilação do compartimento de amostra do espectrômetro e inserir o PIKE 30 ° Unidade de reflexão. Coloque a abertura de 4 mm na parte superior da abertura da unidade de reflexão e no topo desta colocar um espelho de ouro. A abertura de 4 mm determina a área da amostra, que será interrogada enquanto o espelho de ouro é necessário para fazer uma medição de fundo.
- Evacue o compartimento de amostra e espere a pressão para chegar até 5 mbar. O espectrómetro pode ser executado num ambiente de azoto purgada no entanto o tamanho do sinal tipicamente cai para menos de 20% em relação ao vácuo.
- Inicie o software OPUS e carregar o arquivo de configuração (set-up sobre a instalação da unidade) para a tomada de medidas nos 30 centímetros -1 A 300 centímetros -1 Gama (1-9THz). Este arquivo define os parâmetros do espectrômetro de numerosas tais como a velocidade do scanner, a abertura fonte, tipo de fonte, método de recolha de dados e modo de execução com transformada de Fourier. Certifique-se de que o LED na parte da frente do compartimento do detector está a piscar verde, indicando que o scanner está operando. Verificar que a forma do interferograma é o esperado.
- Executar 100 leituras de fundo para obter o espectro de fundo.
- Compartimento de amostra Vent, remover espelho e lugar rosto de amostra para baixo na abertura. Assegurar que o centro da amostra se encontra no meio da abertura. Evacuar o compartimento de amostra.
- 1000 Executar scans de amostra para se obter o espectro da amostra. O espectro da amostra serão comparados com o espectro de referência do fundo e o espectro de reflexão final da amostra obtida. Note-se que, se o sinal que chega ao detector é baixa, um maior número de varrimentos da amostra pode ser necessário para reduzir o nível de ruído ( Por exemplo 10.000 exames). Varreduras repetir amostra deve ser feito para garantir que os dados medidos é confiável e consistente.
- Os dados do exame completo pode ser convertido para um ficheiro de texto e analisados off-line. A placa de massa da amostra contínua significa que não há transmissão de ergo o espectro de absorção pode ser encontrado subtraindo a reflexão a partir de 1.