Summary
Dielektrik metasürlerin imalat ve optik karakterizasyonu için bir protokol sunulmuştur. Bu yöntem sadece kiriş ayırıcılar değil, aynı zamanda lensler, hologramlar ve optik pelerinleri gibi genel dielektrik metasürfaces, imalat uygulanabilir.
Abstract
Bir metasürface ışın Splitter için imalat ve karakterizasyon protokolü, eşit yoğunluklu ışın üretimi sağlayan, gösterilmiştir. Hydrogenated amorf silikon (a-si: H), plazma gelişmiş kimyasal buhar biriktirme (PECVD) kullanarak, erimiş silika substrat üzerinde yatırılır. Buharlaşma ile yatırılan tipik amorf silikon, ağır optik kaybına neden olur ve bu da işlemi görünür frekanslarda açar. Amorf silikon ince film içinde hidrojen atomları, optik kaybı iyileştirilmesi, yapısal kusurları azaltabilir. Nanometrelerin birkaç yüzlerce Nanostructures görünür frekanslarda metastazı çalışması için gereklidir. Konvansiyonel fotolitografi veya doğrudan Lazer yazma mümkün değildir bu tür küçük yapıları imal ederken, kırılması sınırı nedeniyle. Bu nedenle, elektron ışını litografi (EBL) ince film bir krom (CR) maskesi tanımlamak için kullanılır. Bu süreçte, maruz direnç kimyasal reaksiyonu yavaşlatmak ve desen kenarları daha keskin hale getirmek için soğuk bir sıcaklıkta geliştirilmiştir. Son olarak, a-si: H, İndüktif olarak bağlı plazma – reaktif iyon aşındırma (ıCP-RIE) kullanılarak maske boyunca kazınmış durumdadır. Gösterilen yöntem, EBL 'nin düşük verim nedeniyle büyük ölçekli imalat için uygun değildir, ancak nanoimprint litografi ile birleştirerek üzerine iyileştirilebilir. Fabrikasyon cihaz bir lazer, polarizer, objektif, güç ölçer ve şarj bağlantılı cihaz (CCD) oluşan özelleştirilmiş bir optik kurulum ile karakterize edilir. Lazer dalga boyu ve polarizasyon değiştirerek, dikesasyon özellikleri ölçülür. Ölçülen ışınıyla ışın güçleri her zaman eşittir, ne olursa olsun olay polarizasyon, yanı sıra dalga boyu.
Introduction
İki boyutlu subdalga boyu Anten dizileri oluşan metasürfaces birçok umut verici optik işlevleri göstermiştir, gibi akromatic lensler1,2, hologramlar3,4,5 ,6ve optik pelerinler7. Konvansiyonel hantal optik bileşenler, orijinal fonksiyonları korurken ultratin metasürleri ile değiştirilebilir. Örneğin, bir ışın ayırıcı bir olay ışını iki kiriş ayırmak için kullanılan bir optik cihazdır. Tipik kiriş ayırıcılar iki üçgen prizmalar birleştirerek yapılır. Onların arayüz özellikleri ışın bölme özellikleri belirlemek beri, fonksiyonel bozulma olmadan fiziksel boyutunu azaltmak zordur. Öte yandan, ultra ince kiriş ayırıcılar tek boyutlu doğrusal faz gradyan8,9ile kodlanmış metasürfaces ile gerçekleştirilebilir. Metastazı kalınlığı, çalışma dalga boylarından daha azdır ve ayırma özellikleri faz dağılımı ile kontrol edilebilir.
Biz ne olursa olsun olay polarizasyon Devletler10eşit yoğunluklu kirişler üretebilir bir metasüryüz ışın Splitter tasarlanmıştır. Bu karakteristik Fourier hologramından gelmektedir. Siyah bir arka planda iki beyaz nokta görüntüsü nedeniyle, metasürden oluşturulan hologram kodlanmış görüntü ile aynıdır. Fourier hologramının belirli bir odak uzaklığı yoktur, bu nedenle kodlanmış görüntü, metastüyüz arkasındaki tüm alanda görülebilir11. Aynı iki nokta görüntü metasurface arkasında oluşturulursa, aynı zamanda bir kiriş Splitter olarak çalışır. Metasüryüz tarafından Fourier hologram, ortogonal polarizasyon durumları ile ilgili olarak, ikiz görüntü olarak adlandırılan bir ters görüntü oluşturur. İkiz görüntü genellikle gürültü olarak kabul edilir. Ancak, bu metasurface kodlanmış iki spot görüntü Origin-simetrik, orijinal ve ikiz görüntülerin mükemmel bir çakışmasına neden olur. Herhangi bir polarizasyon devleti sağ el (RCP) ve solak (LCP) dairesel kutuplaşma doğrusal bir kombinasyonu ile temsil edilebilir olduğundan, burada açıklanan cihaz polarizasyon bağımsız işlevselliği gösterir.
Burada, dielektrik metasürlerin üretim ve optik karakterizasyonu için eşit yoğunluklu ışın üretimini sağlayan bir protokol sunuyoruz. Bu cihazın faz dağılımı, genellikle sadece faz hologramları için kullanılan Gerchberg – Saxton (GS) algoritmasından alınır12. a-si: H 300 Nm kalınlığında, PECVD kullanarak, erimiş silika substrat üzerinde yatırılır. CR maskesi, EBL kullanarak a-si: H filminde tanımlanır. Maske deseni GS algoritmasından türetilen faz dağılımı karşılık gelir. ICP-RıE, CR maskesi boyunca a-si: H filmini kazımada faydalanıyor. CR maskesinin geri kalanı, örnek fabrikasyonu sonlandıran CR etchant tarafından kaldırılır. Fabrikasyon metasüryüz optik işlevselliği özelleştirilmiş bir optik kurulum kullanılarak karakterize edilir. Bir lazer ışını metasüryüz için olay olduğunda, iletilen ışın üç parçaya ayrılır, yani iki ışınıyla kiriş ve bir Zeroth-sipariş ışın. Işınıyla kirişler, sıfır sipariş ışını takip ederken, olay ışını yolunun bir uzantısıyla sapabilir. Bu aygıtın işlevselliğini doğrulamak için, sırasıyla bir güç ölçer, CCD ve protraktörü kullanarak ışın gücünü, kiriş profilini ve ışınıyla açısını ölçtük.
Kullanılan tüm imalat süreçleri ve malzemeler hedef işlevsellik için optimize edilmiştir. Görünür çalışma frekansları için, bireysel anten boyutları nanometre birkaç yüzlerce olmalıdır, ve malzemenin kendisi görünür dalga boyu düşük optik kaybı olmalıdır. Bu tür küçük yapıları tanımlarken sadece birkaç çeşit imalat yöntemi uygulanabilir. Tipik photolithography, yanı sıra doğrudan Lazer yazma, kırılmaz sınırı nedeniyle imalat aciz. Odaklanmış iyon kiriş frezeleme kullanılabilir, ancak galyum kontaminasyonu, desen tasarım bağımlılığı ve yavaş proses hızı açısından kritik sorunlar vardır. Pratik olarak, EBL görünür frekanslarda çalışan metasürlerin imalat kolaylaştırmak için tek yoldur13.
Dielektrikler genellikle metallerin kaçınılmaz Ohmik kaybı nedeniyle tercih edilir. A-si: H optik kaybı bizim amacımız için yeterince düşük. A-si: h optik kaybı titanyum dioksit1,4 ve kristalin silikon14gibi düşük kayıp dielektrikler gibi düşük olmasa da, a-si: h imalatı çok daha basittir. Tipik buharlaşma ve püskürtme süreçleri a-si: H filmin birikmesine sahip değildir. PECVD genellikle gereklidir. PECVD sürecinde, SiH4 ve h2 gazlarından bazı hidrojen atomları silikon atomlar arasında sıkışıp kaldıkları Için, a-si: H filmi ile sonuçlanır. Tanımlamak için iki yol vardır a-si: H desenleri. Biri, desenli bir fotoryonist üzerinde a-si: H 'nin birikmesi, sonra da lift-off sürecinin ardından, diğeri ise a-si: H filminde bir gravür maskesi tanımlayarak, sonra da aşındırma sürecidir. Eski evaporasyon süreçleri için iyi uygundur, ama buharlaşma kullanarak a-si: H film yatırmak kolay değildir. Bu nedenle, ikincisi yapmak için en uygun yoldur a-si: H desenleri. CR, silikon ile yüksek dağlama seçicilik nedeniyle gravür maskesi malzemesi olarak kullanılır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. dielektrik metasüryüz imalatı
- Erimiş silika substratın ön
- Çift taraflı cilalı, erimiş silika substrat (Uzunluk: 2 cm; Genişlik: 2 cm; kalınlık: 500 μm) hazırlayın.
- 50 ml aseton içinde erimiş silika substrat batırın ve 40 kHz de 5 dakika sonication sürecini yürütmek.
- 50 mL 2-Propanol (ıPA) substrat bırakın ve 40 kHz 'de 5 dakika sonication sürecini yürütmek.
- IPA ve darbe nitrojen ile substrat durulayın (N2) gaz inipa evaporasyon önce substrat kurutmak için.
- PECVD tarafından a-si: H birikimi
- PECVD sisteminin yük kilit odasının içinde bir Zig üzerinde hazırlanmış substratlar bulun.
- PECVD yazılımında, Oda sıcaklığını 300 °C ' ye ayarlayın ve radyo frekansı gücünü 800 W 'ye ayarlayın.
- SiH4 gaz akış hızını 10 SCCM ve H2 gaz debisi 75 SCCM olarak ayarlayın.
- İşlem basıncını 25 mTorr olarak ayarlayın. ~ 300 s alır biriktirme işlemi başlatmak için Başlat düğmesini tıklatın.
- CR dağlama maskesi oluşumu
- Adım 1.2.4 ' den elde edilen numuneyi spin coater örnek tutucusuna yükleyin. Poly (Metil metakrilat) (PMMA) a2 'yi, filtre monte edilmiş 5 mL şırıngayı kullanarak numunenin üzerine bırakın ve 1 dakika boyunca 2.000 RPM dönme hızı ile kaplama sürecini başlatın.
Not: yayımlanan PMMA tüm substrat kapsamalıdır; Aksi takdirde, spin kaplı film üniforma olmayacaktır. - Numuneyi örnek tutucunun sıcak plakasına aktarın ve numuneyi 180 °C ' de 5 dk. sıcak plaka ile pişirin. Daha sonra, 1 dakika oda sıcaklığında örnek serin.
- Örnek spin coater örnek tutucusuna yükleyin. 1 mL pipet kullanarak örnek üzerinde E-spacer bırakın ve 1 dakika boyunca 2.000 RPM dönme hızı ile kaplama sürecini başlatın.
Not: yayımlanan E-spacer tüm substrat kapsayacak; Aksi takdirde, spin kaplı film üniforma olmayacaktır. - Yük ve EBL için Zig örnek düzeltin. Zig 'i EBL odasına koy ve sonra ana odaya yükle.
- EBL konsolunda, yalıtım düğmesini ve ardından FC düğmesini itin. Büyütme düğmesini kullanarak büyütme oranını maksimum değerine ayarlayın.
- Sıfır onay düğmesini açın. Beam akım değerini 50 pA olarak ayarlamak için ışın akımı düğmesini çevirin. Sıfır onay düğmesini kapatın.
- Sahne alanı başvuru konumuna taşımak için referans düğmesini itin. Boş düğmeyi kapatın.
- Büyütme düğmesini kullanarak 100.000 için büyütme değerini ayarlayın. EBL ekranında en net görüntüyü elde etmek için odağı ve astigmatla düğmelerini ayarlayın. Boş düğmesini açın.
- EBL konsoluna bağlı bilgisayarda Linux terminali çalıştırın. Geçerli konumu, CD komutunu kullanarak. GDS dosyası olan klasöre taşıyın.
- . GDS dosyasını. cel dosyasına dönüştürmek ve bitene kadar beklemek için gds2cel girin. Ana yazılımı çalıştırmak için iş girin.
- Chip boyutu modifikasyon menüsüne tıklayın. 600 μm x 600 μm ve 240.000 noktaseçin. Kaydet 'e ve ardından çık'a tıklayın.
- Desen veri oluşturma menüsünü tıklayın. Step 1.3.10 oluşturulan Pattern. cel dosyasını yüklemek için komut penceresine PS girin. Komut penceresine ı girin ve desen görüntüsünü büyütmek için deseni tıklatın.
- Komut penceresine SD girin ve 3 doz süresini 3 μs olarak ayarlayın. Girin SP komut penceresine ve 1, 1 teşhir pitch normal bir duruma ayarlamak için. Komut penceresinde PC girin ve bir. ccc dosyası oluşturmak için bir dosya adı. Desenin merkezini tıklatın.
- Komut penceresine CP girin ve adım 1.3.13 açığa koşulları uygulamak için deseni tıklatın. Komut penceresine SV ve bir. con dosyası oluşturmak için bir dosya adı girin. Desen veri oluşturma menüsünden çıkmak için komut penceresine q girin.
- Pozlama menüsünü tıklayın. Adım 1.3.14 ı ve. con dosya adını girin. E girin ve gösterme işlemini başlatmak için pozlama düğmesini tıklatın.
Not: gösterme süresi, desen alanına ve yoğunluğa bağlıdır. 300 μm x 300 μm alan genel metasüryüz kalıpları ~ 3 saat sürer. - Gösterme işlemi tamamlandığında, yalıtım düğmesini kapatın. Sahne taşımak için ex düğmesine basın.
- Pozlamayı bitirdikten sonra örneği odandan boşaltın. Örnek 50 mL deiyonize (dı) suya 1 dakika boyunca E-spacer kaldırmak için batırın.
- Hazırlamak 10 ml metil isobutil keton (MIBK): IPA = 1:3 buzla çevrili bir kabı çözüm. Numuneyi MıBK 'ye batırın: ıPA = 1:3 çözüm 12 dk. Daha sonra, numuneyi ıPA ile durulayın ve numuneyi kurutmak için N2 gazı üfleyin.
- Elektron ışını evaporatörün sahibi üzerinde örneği yükleyin ve düzeltin. Yuvasını Buharlaştırıcı odasının içine monte edin.
- Buharlaşma odasının içine bir grafit-pota içeren Piece-tipi CR yükleyin.
- Elektron ışını evaporatör yazılımı üzerinde, oda içinde bir vakum oluşturmak için düğme pompalama odası tıklayın ve 3 x 10-6 mtorr için basınç düşük.
- Malzeme bölümünde Chromium 'u seçin ve uygulamak için malzeme düğmesine tıklayın. Kaynak deklanşöre açmak için E-ışın deklanşöre tıklayın. Yüksek voltaj ve kaynak düğmesini bu sırada tıklatın.
- Elektron ışını gücünü yavaşça artırmak için yukarı ok düğmesine tıklayın ve biriktirme oranı 0,15 Nm/s 'ye ulaştığında bu işlemi tekrarlayın.
Not: 5 s başına tek bir tıklama yeterince yavaştır. - Kalınlık ölçer sıfırlamak için sıfır düğmesini tıklatın. Ana deklanşöre açmak için ana deklanşöre tıklayın. Kalınlık ölçer 30 Nm 'ye ulaştığında, ana deklanşöre kapatmak için ana deklanşör düğmesine tıklayın.
Not: biriktirme süresi, biriktirme oranından kolayca hesaplanabilir. Bir 30 Nm-kalın biriktirme burada kullanılan durumda, ~ 200 s alır. - Kaynak deklanşöre kapatmak için E-ışın deklanşöre tıklayın. Elektron ışını gücünü yavaşça azaltmak için aşağı ok düğmesini tıklatın ve güç 0 ' a ulaşıncaya kadar bunu tekrarlayın.
Not: 5 s başına tek bir tıklama yeterince yavaştır. - Kaynak ve sonra yüksek voltaj düğmesini tıklatın. Oda soğutmak için 15 dakika bekleyin. Odası havalandırmak için Vent düğmesine tıklayın ve numuneyi tutucuya kaldırın.
- Numuneyi 3 dakika boyunca 50 mL aseton içinde batırın. 40 kHz 'de 1 dakika sonication sürecini yürütmek. Numuneyi ıPA ile durulayın ve numuneyi kurutmak için N2 gazı üfleyin.
- Adım 1.2.4 ' den elde edilen numuneyi spin coater örnek tutucusuna yükleyin. Poly (Metil metakrilat) (PMMA) a2 'yi, filtre monte edilmiş 5 mL şırıngayı kullanarak numunenin üzerine bırakın ve 1 dakika boyunca 2.000 RPM dönme hızı ile kaplama sürecini başlatın.
- A-si: H etching işlemi
- Numunenin arkasına termal tutkal yaymak. Örnek Zig üzerine takın ve aşındırma sistemi üzerinde Zig yükleyin.
- Yazılım üzerinde, 80 SCCM ve hidrojen bromür (HBr) gaz akış oranı 120 SCCM için klor (CL2) gaz debisi ayarlayın. 500 W ve 100 V için önyargı kaynak gücünü ayarlayın. 100 s için dağlama işlemini başlatmak için Başlat düğmesini tıklatın.
- Numuneyi boşaltın ve toz geçirmez bir silecek ile termal tutkal çıkarın.
- Numuneyi 2 dakika boyunca 20 mL CR etchant ve 50 mL 'de 1 dakika boyunca dı suyuna batırın. numuneyi dı suyu ile durulayın ve numuneyi kurutmak için N2 gaz üfleyin.
- Fabrikasyon metasurface Tarama elektron mikroskop görüntü elde
- Numuneyi spin coater 'in örnek tutucusuna yükleyin, 1 mL pipet kullanarak örnekteki E-spacer ' ı bırakın ve 1 dakika boyunca 2.000 RPM dönme hızı ile kaplama sürecini başlatın.
- Numuneyi, karbon bandı kullanılarak tarama elektron mikroskobu (SEM) örnek tutucusu üzerinde düzeltin. Tutucuyu SEM 'in yük kilidi odasına koyun ve yük kilidi odasında bir vakum oluşturun.
- Tutucu yük kilidi odasından ana odaya aktarın. Elektron ışını 15 kV ivme voltajıyla açın.
- Sahne alanı 1 cm çalışma mesafesine taşıyın. Sahne alanı yatay olarak hareket ettirerek metasurface bulun. Görüntü temizleninceye kadar stigmatizm ve odak uzunluğunu ayarlayın.
- Görüntüleri yakalayın.
- Elektron ışını kapatın. Sahne alanı çıkarma konumuna taşıyın. Tutucu ana odasından yük kilit odasına aktarın.
- Yük kilidi odasını havalandırın ve numuneyi boşaltın.
- E-spacer kaldırmak için 1 dk için 50 mL dı su içine örnek batırın. Darbe N2 gaz örnek kuru.
2. dielektrik metasüryüz optik karakterizasyonu
Not: bir lazer doğrudan radyasyon gözleri zarar verebilir. Doğrudan göz pozlama kaçının ve uygun lazer güvenlik gözlükleri giymek.
- Optik tabloda 635 nm-dalga boyu lazer monte edin (Şekil 1a). Lazeri açın ve ışın gücünü stabilize etmek için 10 dakika bekleyin.
- Lazerin hem yakın hem de uzak bir hizalama ekranı kullanarak lazer yatay ve dikey hizalamasını ayarlayın.
- Lazer önünde nötr yoğunluk filtresi yerleştirin. İlk konveks lensi nötr yoğunluk filtresinin arkasına monte edin. Paraziti kaldırmak için konveks objektifin arka odak düzlemine bir iris yerleştirin.
- İlk konveks objektif iki kez odak uzaklığı ile ikinci konveks lens monte edin. İkinci konveks lensin arkasına doğrusal bir polarize yerleştirin. Doğrusal polarizatör arkasına sağ elle dairesel polarize yerleştirin.
- Dairesel polarize arkasındaki üçüncü konveks objektif monte edin. Tutucu üzerinde fabrikasyon metasürface bağlayın. Konveks Lensin arka odak düzleminde metasüyüz bulun.
Not: lazer ışın desenli alana substrat olay olmalıdır. - Ortasında 1 cm çap delik, metasürface arkasında olan kalın bir beyaz kağıt ekran yerleştirin. Optik tablo üzerinde bir iletki Mount metasürface ile orijini hizalayarak.
- Bir güç ölçer kullanarak, ekranda üç parlak noktalar olan üç ışınıyla kirişler, gücünü ölçmek.
Not: lazer ışını gücü bir sabit olarak korunmaz ise, bir süre boyunca ortalama ışın gücünü hesaplayın. - Sağ elle dairesel polarizatör ile sol el dairesel polarize değiştirin. Güç ölçer kullanarak, üç ışınıyla ışın güçleri ölçmek.
- Sol elle dairesel polarizer çıkarın. Güç ölçer kullanarak üç ışınıyla ışın güçleri ölçmek.
- CCD ölçümüne izin vermek için nötr yoğunluk filtresini kullanarak lazer ışını gücünü azaltın. Sağ elle dairesel polarize yerleştirin. CCD kullanarak üç ışınıyla kiriş profillerini yakalayın.
Not: CCD hasarını önlemek için zayıf lazer ışını gücü tercih edilir. Bu işe 300 μW ışın gücü kullanılmıştır. - Sağ el dairesel polarize sol el dairesel polarize ile değiştirin. CCD kullanarak üç ışınıyla kiriş profillerini yakalayın.
- Sol elle dairesel polarizer çıkarın. CCD kullanarak üç ışınıyla kiriş profillerini yakalayın.
- 635 nm-dalga boyu lazer ile 532 nm-dalga boyu lazer değiştirin.
- 2,2 ile 2,12 arasındaki adımları yineleyin.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Ölçüm sonuçları burada sunulan cihazın polarizasyon bağımsız işlevselliğini gösterir (Şekil 1). M = ± 1 ' in kırılması siparişlerinin ölçülen ışın güçleri, olay polarizasyon durumuna (örn. RCP, LCP ve doğrusal polarizasyon) bakılmaksızın eşittir. Herhangi bir rasgele polarizasyon Devletler RCP ve LCP doğrusal kombinasyonu tarafından deforme olabilir beri, cihazın işlevselliği, polarizasyon durumları ne olursa olsun, muhafaza edilebilir. 532 nm ve 635 nm dalga boyu için 24 ° ve 28,5 ° ' lik kırılar, sırasıyla, ve açıları kodlanmış hologramı değiştirerek kontrol edilebilir.
Kırgı verimliliği, ışınıyla ışın gücünün (m = ± 1) olay ışın gücüne oranı ile tanımlanır. Burada sunulan cihaz, geometrik faz elde edilen geniş bant operasyonunu temel alan farklı oryantasyonlara sahip aynı boyutta nanoçubuklar oluşur (Şekil 2). Teorik olarak, verimlilik her iki dalga boyu için% 20 ' den yüksek olmalıdır. Ancak ölçülen kıraşma verimliliği λ = 532 nm 'de% 18,3, λ = 635 nm 'de% 9,1 ' dir. Tutarsızlık özellikle ışın boyutu metasürface kendisi daha büyük olan gelir. Zeroth-sipariş ışın ölçülen profiller açıkça olay ışın boyutu metasürten daha büyük olduğunu gösterir (yani, olay ışını aşırı kısmı doğrudan metasüryüz ile etkileşim olmadan güç metre gider, kırılması azaltarak verimlilik) (Şekil 3).
Şekil 1: Diffracted kiriş güç ölçümü. (a) lazer aydınlatması için optik kurulum. Sonraki iki panel, ölçülen ışınıyla ışın gücünü (b) λ = 532 nm ve (c) 635 nm 'de gösterir. Lazer ışını gücü tutarlı olmadığından, ölçülen ışın güçleri zaman ortalaması kaydedilen değerlere göre hesaplanır. Şekil içindeki hata çubukları, kayıt süresi boyunca maksimum ve minimum değerleri temsil eder. Bu rakam Yoon et al.10' dan değiştirildi. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Şekil 2: fabrikasyon metasüryüz SEM görüntüleri. (a) metasüryüz üst görünümü. Ankastre Birim hücresinin geometrisi: Uzunluk (L) = 150 Nm, Genişlik (W) = 80 Nm, yükseklik (H) = 300 Nm ve pitch (P) = 240 Nm. (b) metasüryüz perspektif görünümü. Bu rakam Yoon et al.10' dan değiştirildi. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Şekil 3: CCD tarafından yakalanan kiriş profilleri, metasürlerin 14 cm arkasına alınmıştır. Işın çapları λ = 532 nm 'de ~ 3 mm ve λ = 635 nm 'de ~ 5 mm olarak tahmin edilebilir. Karşılık gelen ışın sapma açıları sırasıyla yaklaşık 2,5 ° ve 4,1 ° ' dir. Yakalanan ışın profilleri lazer speckles var, ancak difüzörler1 veya Dammann ızgara3,15tarafından kaldırılabilir. Bu rakam Yoon et al.10' dan değiştirildi. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bazı imalat adımları dikkatle yapılmalıdır, orijinal tasarım ile aynı olan bir metasüyüz oluşturmak için. Direnç geliştirme sürecinde, düşük sıcaklık çözeltisi genellikle tercih edilir. Standart koşul oda sıcaklığıdır, ancak çözüm sıcaklığını 0 °C ' ye azaltarak reaksiyon hızı yavaşlatılabilir. Karşılık gelen reaksiyon süresi daha uzun hale gelse de, standart koşullarla daha ince bir desen elde edilebilir. Düşük reaksiyon hızı sayesinde reaksiyon süresi kontrolü de kolaydır. İnce bir desen için başka bir kritik adım, gelişme karşı sonra ıPA kurutma. N2 gaz hareket eder ve örnek üzerinde IPA geri kalanı buharlaşır. IPA bazı miktar rasgele dağıtılmış adalar oluşturma, hareket etmez. Eğer ıPA Adaları oluşturulur ve daha sonra buharlanmış, örnek hasar görür. Bu nedenle, ıPA ada oluşumu en aza indirmek için, güçlü üfleme zayıf üfleme daha iyidir, substrat güçlü hava akışı tarafından kırık sürece. Sonication uygun bir güç açıkça ince film soyulmak için yararlıdır. Kaldırma adımının ardından, ince filmin geleneksel optik mikroskop kullanarak açık olup olmadığını kontrol etmek mümkündür. Neyse ki, herhangi bir CR ince film desenli alanda kalırsa, ek bir sonication süreci ile kalıntı kaldırmak mümkündür. Bu CR maskesinin önemli bir avantajdır, çünkü altın gibi diğer malzemelerden yapılmış maskeler, kalıntı kuruduktan sonra kaldırmak son derece zordur.
EBL, nano yapıları üretebilmek için etkili bir yöntemdir, ancak bu yöntem büyük ölçekli üretimden dolayı düşük bir verim ile muzdarip. Üretkenliği iyileştirmenin bir yolu, EBL kullanarak ana kalıplar yaparak ve ana kalıbı kullanarak deseni yazdırmanın bir yoludur. Bu yöntem nanoimprint litografi olarak adlandırılır. EBL kullanarak kalıp imalat uzun zaman alır rağmen, sonuç desenler kısa sürede, tekrar kullanılabilir kalıp kullanarak transfer edilebilir olduğunu. Ayrıca, baskı süreçlerini değiştirerek deseni esnek bir substrat üzerine aktarmak da mümkündür.
Bu çalışmadır, dielektrik metasürlerin imalatı için ayrıntılı bir süreç sunuyoruz. Yöntem kiriş ayırıcılar uygulaması ile sınırlı değildir; lensler, hologramlar ve optik pelerinler gibi diğer metasurface uygulamaları bu yöntem aracılığıyla gerçekleştirilebilir. Plasmonik metasürlerle karşılaştırıldığında, dielektrik metastazları, Dielektriklerin düşük optik kayıpları nedeniyle görünür dalga boylarında çok daha yüksek verimlilik sağlar. Bu nedenle, bu protokol çalışma ve pratik metasürfaces geliştirmek için yol açacak.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların ifşa etmesi gereken hiçbir şey yok.
Acknowledgments
Bu çalışma mali Ulusal Araştırma Vakfı Hibe tarafından desteklenmektedir (NRF-2019R1A2C3003129, CAMM-2019M3A6B3030637, NRF-2018M3D1A1058998, NRF-2015R1A5A1037668) bilim ve BIT Bakanlığı (MSIT), Kore Cumhuriyeti tarafından finanse edilmiştir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Plasma enhanced chemical vapor deposition | BMR Technology | HiDep-SC | |
| Electron beam lithography | Elionix | ELS-7800 | |
| E-beam evaporation system | Korea Vacuum Tech | KVE-E4000 | |
| Inductively-coupled plasma reactive ion etching | DMS | - | |
| Ultrasonic cleaner | Honda | W-113 | |
| E-beam resist | MICROCHEM | 495 PMMA A2 | |
| Resist developer | MICROCHEM | MIBK:IPA=1:3 | |
| Conducting polymer | Showa denko | E-spacer | |
| Chromium etchant | KMG | CR-7 | |
| Acetone | J.T. Baker | 925402 | |
| 2-propanol | J.T. Baker | 909502 | |
| Chromium evaporation source | Kurt J. Lesker | EVMCR35D | |
| Collimated laser diode module | Thorlabs | CPS-635 | wavelength: 635 nm |
| ND:YAG laser | GAM laser | GAM-2000 | wavelength: 532 nm |
| power meter | Thorlabs | S120VC | |
| CCD Camera | INFINITY | infinity2-2M | |
| ND filter | Thorlabs | NCD-50C-4-A | |
| Linear polarizer | Thorlabs | LPVISA100-MP2 | |
| Lens | Thorlabs | LB1676 | |
| Iris | Thorlabs | ID25 | |
| Circular polarizer | Edmund optics | 88-096 | |
| sample holder | Thorlabs | XYFM1 | |
| PECVD software | BMR Technology | HIDEP |
References
- Khorasaninejad, M., et al. Metalenses at visible wavelengths: Diffraction-limited focusing and subwavelength resolution imaging. Science. 352 (6290), 1190-1194 (2016).
- Chen, W. T., et al. A broadband achromatic metalens for focusing and imaging in the visible. Nature Nanotechnology. 13 (3), 220-226 (2018).
- Zheng, G., et al. Metasurface holograms reaching 80% efficiency. Nature Nanotechnology. 10 (4), 308-312 (2015).
- Devlin, R. C., Khorasaninejad, M., Chen, W. T., Oh, J., Capasso, F. Broadband high-efficiency dielectric metasurfaces for the visible spectrum. Proceedings of the National Academy of Sciences. 113 (38), 10473-10478 (2016).
- Yoon, G., Lee, D., Nam, K. T., Rho, J. Pragmatic Metasurface Hologram at Visible Wavelength: The Balance between Diffraction Efficiency and Fabrication Compatibility. ACS Photonics. 5 (5), 1643-1647 (2018).
- Yoon, G., Lee, D., Nam, K. T., Rho, J. "Crypto-Display" in Dual-Mode Metasurfaces by Simultaneous Control of Phase and Spectral Responses. ACS Nano. 12 (7), 6421-6428 (2018).
- Ni, X., Wong, Z. J., Mrejen, M., Wang, Y., Zhang, X. An ultrathin invisibility skin cloak for visible light. Science. 349 (6254), 1310-1314 (2015).
- Khorasaninejad, M., Crozier, K. B. Silicon nanofin grating as a miniature chirality-distinguishing beam-splitter. Nature Communications. 5, 5386 (2014).
- Zhang, D., et al. Nanoscale beam splitters based on gradient metasurfaces. Optics Letters. 43 (2), 267 (2018).
- Yoon, G., Lee, D., Nam, K. T., Rho, J. Geometric metasurface enabling polarization independent beam splitting. Scientific Reports. 8 (1), 9468 (2018).
- Goodman, J. W. Introduction to Fourier Optics. , Roberts and Company Publishers. Englewood, CO. (2005).
- Gerchberg, R. W., Saxton, W. O. A practical algorithm for the determination of the phase from image and diffraction plane pictures. Optik. 35 (2), 237-246 (1972).
- Yoon, G., Kim, I., Rho, J. Challenges in fabrication towards realization of practical metamaterials. Microelectronic Engineering. 163, 7-20 (2016).
- Zhou, Z., et al. Efficient Silicon Metasurfaces for Visible Light. ACS Photonics. 4 (3), 544-551 (2017).
- Dammann, H., Görtler, K. High-efficiency in-line multiple imaging by means of multiple phase holograms. Optics Communications. 3 (5), 312-315 (1971).
