Fabricação de ressonadores anel de divisão Nanopillar-base para o deslocamento atuais mediada Ressonâncias em Terahertz Metamaterials

Este protocolo usa métodos de galvanoplastia de ouro e deposição de camada atômica para criar novos metamateriais de ressonador de anel dividido baseados em nanopilares com lacunas em nanoescala. Cada ressonador de anel dividido fabricado consiste em milhares de nanopilares de ouro e é acionado pela corrente de deslocamento através das nanolacunas entre eles, o que excita as ressonâncias terahertz. A magnitude da corrente de deslocamento é proporcional ao tamanho dos nanogaps.

O tamanho dos nanogaps pode ser ajustado alterando os ciclos do processo de deposição da camada atômica, o que resulta em mudanças nas frequências e amplitude ressonantes. Um fator de qualidade aprimorado de aproximadamente 450 pode ser alcançado, que é 40 vezes mais do que o fator de qualidade de 11 que pode ser alcançado por ressonadores de anel dividido de filme fino. Uma mudança de frequência 17 vezes maior do que a dos ressonadores baseados em filme fino também pode ser observada.

Os espectros de transmissão simulados e medidos demonstram que os metamateriais baseados em nanopilares são candidatos ideais para sensores de alta sensibilidade e dispositivos terahertz ágeis em frequência. Os resultados analíticos da microcópia eletrônica de varredura mostram o ressonador de anel dividido baseado em nanopilares fabricado, dois nanopilares de ouro adjacentes, bem como as lacunas de óxido de alumínio de 10 nanômetros entre eles. Os ressonadores divididos baseados em nanopilares contêm nanopilares de ouro e uma lacuna de óxido de alumínio de 10 nanômetros.

Esta estrutura excita a ressonância indutiva e capacitiva através da corrente de deslocamento. Eles fornecem mais energias para ele, aumentam as energias para estes para um fator de alta qualidade e grande mudança de frequência. Devido ao alto valor Q e à grande mudança de frequência, o ressonador dividido baseado em nanopilares é adequado para várias aplicações, incluindo sensores biomédicos e químicos e dispositivos de ajuste de frequência.

A principal vantagem desta técnica sobre os métodos existentes, como litografia por feixe de elétrons e auto-montagem, é que este método combina um processo de eletrificação sequencial e deposição de camada atômica para realizar estruturas em nanoescala em uma grande área, com apenas o processo de microfabricação convencional. O processo de fabricação é muito mais rápido e simples em comparação com a litografia por feixe de elétrons e a automontagem. Estruturas nano de alta proporção podem ser facilmente criadas com tamanhos de recursos controlados com precisão.

Primeiro, deposite e coloque a camada promotora de adesão e uma camada de sementes em um substrato plano. Em seguida, padronize os nanopilares usando fotolitografia e galvanoplastia. Cubra uniformemente uma camada dielétrica em nanoescala em toda a estrutura, usando a deposição de camada atômica.

Uma segunda camada promotora de adesão e uma camada de sementes são então depositadas, seguidas por uma deposição de galvanoplastia. Finalmente, crie um ressonador de anel dividido em forma de C gravando parcialmente os nanopilares e nanogaps dielétricos, usando fotolitografia e moagem de íons. Em seguida, remova a fotorresistência usando acetona em um banho de ultrassom.

Comece a preparação do substrato com um wafer de silicone de alta resistividade de quatro polegadas. Limpe o wafer de silicone com acetona, álcool isopropílico e água deionizada. Em seguida, seque com gás nitrogênio.

Use um evaporador de feixe de elétrons para depositar uma camada promotora de adesão de cromo de cinco nanômetros e uma camada de semente de cobre de 10 nanômetros. Corte o wafer em pedaços de dois centímetros por 2,5 centímetros. Em seguida, gire uma camada de dois micrômetros de S1813 Photoresist, a 2.000 RPM, por 60 segundos.

Asse o substrato a 115 graus Celsius por 60 segundos. Agora, exponha o fotorresistente à máscara de nanopilares usando um alinhador de máscara, com aproximadamente 15 miliwatts por centímetro quadrado de luz ultravioleta, por 22 segundos. A máscara de nanopilares apresenta matrizes de nanopilares de cinco milímetros por cinco milímetros.

Desenvolva o fotorresistente no revelador MF-319 com agitação, por 90 segundos. Enxágue a amostra com água deionizada e seque-a com gás nitrogênio. Remova a seção superior do fotorresistente no substrato usando acetona para expor a camada de semente de cobre para conexão do eletrodo.

Em seguida, mergulhe a amostra em solução de galvanoplastia de ouro e galvanize uma camada de ouro de 800 nanômetros por aproximadamente oito minutos. Remova o fotorresistente usando acetona. Enxágüe com água deionizada e seque com gás nitrogênio.

Remova a camada de cromo e cobre na superfície da amostra mergulhando a amostra em ácido de cromo por 10 segundos, seguido de ácido de cobre por 10 segundos. Agora, cubra uniformemente a amostra com uma camada de óxido de alumínio de 10 nanômetros usando deposição de camada atômica. Use um evaporador de feixe de elétrons para depositar uma segunda camada promotora de adesão de cromo de cinco nanômetros, bem como uma segunda camada de semente de cobre de 10 nanômetros, no topo da camada de óxido de alumínio de 10 nanômetros.

Mergulhe a amostra em solução de galvanoplastia de ouro por 16 minutos, para galvanizar um filme de ouro de 400 nanômetros no substrato. Gire uma camada de dois micrômetros de S1813 Photoresist a 2.000 RPM por 60 segundos. Asse o substrato a 115 graus Celsius por 60 segundos.

Exponha o fotorresistente à máscara ressonadora de anel dividido em forma de C usando um alinhador de máscara com aproximadamente 15 miliwatts por centímetro quadrado de luz UV, por 22 segundos. Desenvolva no desenvolvedor MF-319 por 90 segundos. Grave as estruturas fora do padrão fotorresistente usando um sistema de moinho de íons por aproximadamente 30 minutos.

Remova o fotorresistente usando acetona em um banho de ultrassom, depois enxágue a amostra com acetona, álcool isopropílico e água deionizada e seque com gás nitrogênio. Alternativamente, se os nanogaps de ar forem preferidos, mergulhe a amostra em solução de fluoreto de hidrogênio a 5% por cinco minutos, para remover o óxido de alumínio. Inspecione os ressonadores de anel dividido baseados em nanopilares sob um microscópio óptico.

A imagem óptica mostra duas matrizes de ressonadores de anel dividido baseadas em nanopilares de cinco milímetros por cinco milímetros em um substrato de silicone. A imagem ampliada do microscópio óptico mostra as matrizes de ressonadores de anel dividido baseadas em nanopilares em forma de C. nanolacunas de nanopilares de ouro e óxido de alumínio podem ser observadas na imagem ampliada de um único ressonador de anel dividido.

Os resultados analíticos da microscopia eletrônica de varredura também mostraram o ressonador de anel dividido baseado em nanopilares fabricado, dois nanopilares de ouro adjacentes, bem como lacunas de óxido de alumínio entre eles. Lacunas de óxido de alumínio de cinco nanômetros e lacunas de óxido de alumínio de 10 nanômetros podem ser facilmente fabricadas controlando os ciclos do processo de deposição de camada atômica de óxido de alumínio. Esses resultados mostram que esse processo de fabricação pode produzir milhares de ressonadores de anel dividido baseados em nanopilares em um substrato de grande escala.

O processo permite um controle preciso sobre o tamanho dos nanogaps e pode facilmente produzir nanoestruturas de alta proporção, em comparação com a litografia por feixe de elétrons e a automontagem. Os ressonadores de anel dividido baseados em nanopilares contêm milhares de nanopilares de ouro e lacunas em nanoescala. As frequências e amplitudes ressonantes dos ressonadores de anel dividido baseados em nanopilares podem ser facilmente ajustadas alterando o tamanho dos nanogaps, o que os torna adequados para várias aplicações, incluindo sensores biomédicos e dispositivos ágeis de frequência.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como fazer ressonadores de anel dividido baseados em nanopilares de ouro usando um processo de galvanoplastia de ouro em duas etapas e deposição de camada anatômica para criar lacunas em nanoescala de óxido de alumínio entre os nanopilares de ouro. É importante entender o princípio de funcionamento do processo e escolher os materiais e espessuras certos para cada material usado no processo.