Изготовление Nanopillar-Based Split Ring резонаторы для тока смещения опосредованной резонансы в Терагерцовое метаматериалов

В этом протоколе используются методы гальванического покрытия золота и атомно-слоевого осаждения для создания новых метаматериалов с разделенным кольцевым резонатором на основе наностолбов с наноразмерными зазорами. Каждый изготовленный раздельный кольцевой резонатор состоит из тысяч золотых наностолбов и приводится в движение током смещения через нанопромежутки между ними, который возбуждает терагерцовые резонансы. Величина тока смещения пропорциональна размеру нанозазоров.

Размер нанопромежутков может быть настроен путем изменения циклов процесса осаждения атомного слоя, что приводит к изменению резонансных частот и амплитуды. Может быть достигнут повышенный коэффициент качества примерно 450, что в 40 раз больше, чем коэффициент качества 11, который может быть достигнут тонкопленочными раздельными кольцевыми резонаторами. Также может наблюдаться сдвиг частоты в 17 раз больше, чем у тонкопленочных резонаторов.

Как моделируемые, так и измеренные спектры пропускания демонстрируют, что метаматериалы на основе наностолбов являются идеальными кандидатами для высокочувствительных датчиков и терагерцовых устройств с быстрой перестройкой частоты. Аналитические результаты сканирующей электронной микрокопии показывают изготовленный резонатор на основе наностолбов с разделенным кольцом, два смежных золотых наностолба, а также 10-нанометровые зазоры между оксидом алюминия между ними. Расщепленные резонаторы на основе наностолбов содержат золотые наностолбы и 10-нанометровый зазор из оксида алюминия.

Эта структура возбуждает индуктивный и емкостный резонанс за счет тока смещения. Они обеспечивают больше энергий, увеличивают энергию в этом направлении до высокого качества и большого сдвига частоты. Благодаря высокому значению добротности и большому сдвигу частоты расщепленные резонаторы на основе наностолбов подходят для различных применений, включая биомедицинские и химические датчики, а также устройства настройки частоты.

Основное преимущество этого метода перед существующими методами, такими как электронно-лучевая литография и самосборка, заключается в том, что этот метод сочетает в себе последовательный процесс электроизоляции и атомно-слоевого осаждения для реализации наноразмерных структур на большой площади только с обычным процессом микропроизводства. Процесс изготовления намного быстрее и проще по сравнению с электронно-лучевой литографией и самостоятельной сборкой. Наноструктуры с высоким соотношением сторон могут быть легко созданы с точно контролируемыми размерами элементов.

Сначала слой отложения и усилителя адгезии и слой семян на плоском субстрате. Затем смоделируйте наностолбы с помощью фотолитографии и гальванического покрытия. Равномерно покройте наноразмерный диэлектрический слой по всей структуре с помощью атомно-слоевого осаждения.

Затем наносится второй слой усилителя адгезии и затравочный слой, за которым следует гальваническое осаждение. Наконец, создайте С-образный резонатор с разделенным кольцом путем частичного травления наностолбиков и диэлектрических нанозазоров с использованием фотолитографии и ионного фрезерования. Затем удалите фоторезист с помощью ацетона в ультразвуковой ванне.

Начните подготовку подложки с четырехдюймовой силиконовой пластины с высоким удельным сопротивлением. Очистите силиконовую пластину ацетоном, изопропиловым спиртом и деионизированной водой. Затем высушите феном с помощью газообразного азота.

Используйте электронно-лучевой испаритель для нанесения слоя усилителя адгезии хрома длиной пять нанометров и слоя затравки меди длиной 10 нанометров. Разрежьте на кусочки два сантиметра на 2,5 сантиметра. Затем нанесите слой фоторезиста S1813 толщиной в два микрометра при скорости 2 000 об/мин в течение 60 секунд.

Выпекайте основание при температуре 115 градусов Цельсия в течение 60 секунд. Теперь подвергните фоторезист воздействию наностолбовой маски с помощью выравнивателя маски с ультрафиолетовым светом примерно 15 милливатт на квадратный сантиметр в течение 22 секунд. Наностолбовая маска представляет собой массивы наностолбов размером пять на пять миллиметров.

Проявите фоторезист в проявителе MF-319 с перемешиванием, в течение 90 секунд. Промойте образец деионизированной водой, а затем высушите его газообразным азотом. Снимите верхнюю часть фоторезиста на подложке с помощью ацетона, чтобы обнажить слой медных затравок для подключения электродов.

Затем окуните образец в золотой гальванический раствор и погальванизируйте слой золота толщиной 800 нанометров примерно на восемь минут. Удалите фоторезист с помощью ацетона. Промойте деионизированной водой, а затем высушите газообразным азотом.

Удалите слой хрома и меди на поверхности образца, погрузив образец в травитель хрома на 10 секунд, а затем в медный травитель на 10 секунд. Теперь равномерно покройте образец слоем оксида алюминия толщиной 10 нанометров, используя атомно-слоевое осаждение. Используйте электронно-лучевой испаритель для нанесения второго пятинанометрового слоя усилителя адгезии хрома, а также второго 10-нанометрового затравочного слоя меди поверх 10-нанометрового слоя оксида алюминия.

Опустите образец в золотой гальванический раствор на 16 минут, чтобы нанести гальваническое покрытие 400-нанометровой золотой пленки на подложку. Нанесите слой фоторезиста S1813 толщиной в два микрометра при скорости 2 000 об/мин в течение 60 секунд. Выпекайте основание при температуре 115 градусов Цельсия в течение 60 секунд.

Подвергните фоторезист воздействию С-образной маски с разделенным кольцевым резонатором с помощью выравнивателя маски с ультрафиолетовым светом примерно 15 милливатт на квадратный сантиметр в течение 22 секунд. Проявка в проявщике MF-319 за 90 секунд. Протравливайте структуры за пределами шаблона фоторезиста с помощью системы ионной мельницы в течение примерно 30 минут.

Удалите фоторезист с помощью ацетона в ультразвуковой ванне, затем промойте образец ацетоном, изопропиловым спиртом и деионизированной водой, затем высушите феном с помощью газообразного азота. В качестве альтернативы, если предпочтительны воздушные нанощепы, погрузите образец в 5% раствор фторида водорода на пять минут, чтобы удалить оксид алюминия. Осмотрите резные кольцевые резонаторы на основе наностолбов под оптическим микроскопом.

Оптическая визуализация показывает две массивы наноколонн размером пять на пять миллиметров на основе наностолбов на силиконовой подложке. На увеличенном оптическом изображении с помощью оптического микроскопа видны массивы С-образных наностолбов на основе разделенных кольцевых резонаторов. Нанозазоры золотых наностолбов и нанопромежутков оксида алюминия можно наблюдать на увеличенном изображении одного разделенного кольцевого резонатора.

Аналитические результаты сканирующей электронной микроскопии также показали изготовленный резонатор на основе расщепленного кольца на основе наностолбов, два смежных золотых наностолба, а также зазоры между оксидами алюминия между ними. Как пятинанометровые зазоры из оксида алюминия, так и 10-нанометровые зазоры из оксида алюминия могут быть легко изготовлены, контролируя циклы процесса атомно-слоевого осаждения оксида алюминия. Эти результаты показывают, что этот процесс изготовления позволяет производить тысячи резонаторов на основе наностолбов на основе расщепленных колец на крупномасштабной подложке.

Этот процесс позволяет точно контролировать размер нанопромежутков и может легко создавать наноструктуры с высоким соотношением сторон по сравнению с электронно-лучевой литографией и самосборкой. Резонаторы на основе наностолбов содержат тысячи золотых наностолбов и наноразмерных зазоров. Резонансные частоты и амплитуды резонаторов на основе наностолбов с разделенным кольцом можно легко настроить, изменяя размер нанощелей, что делает их пригодными для различных приложений, включая биомедицинские датчики и устройства с быстрой перестройкой частоты.

После просмотра этого видео у вас должно быть хорошее представление о том, как сделать золотые кольцевые резонаторы на основе расщепленных наностолбов с использованием двухэтапного гальванического покрытия золота и процесса осаждения анатомического слоя для создания наноразмерных зазоров оксида алюминия между золотыми наностолбами. Важно понимать принцип работы процесса и выбирать правильные материалы и толщину для каждого материала, используемого в процессе.