Summary
Viene presentato un protocollo per la fabbricazione e la caratterizzazione ottica delle metasuperfici dielettriche. Questo metodo può essere applicato alla fabbricazione non solo di splitter di fascio, ma anche di metasuperfici dielettriche generali, come lenti, ologrammi e mantelli ottici.
Abstract
Viene dimostrato il protocollo di fabbricazione e caratterizzazione per uno splitter del fascio di metasuperficie, consentendo la generazione di fascio di uguale intensità. Il silicio amorfo idromato (a-Si:H) si deposita sul substrato di silice fuso, utilizzando la deposizione di vapore chimico potenziato al plasma (PECVD). Il tipico silicio amorfo depositato dall'evaporazione provoca una grave perdita ottica, che incide sull'operazione a frequenze visibili. Gli atomi di idrogeno all'interno della pellicola sottile in silicio amorfo possono ridurre i difetti strutturali, migliorando la perdita ottica. Le nanostrutture di poche centinaia di nanometri sono necessarie per il funzionamento delle metasuperfici nelle frequenze visibili. La fotolitografia convenzionale o la scrittura laser diretta non è fattibile quando si fabbricano strutture così piccole, a causa del limite di diffrazione. Quindi, la litografia a fascio di elettroni (EBL) viene utilizzata per definire una maschera di cromo (Cr) sulla pellicola sottile. Durante questo processo, la resistenza esposta viene sviluppata a una temperatura fredda per rallentare la reazione chimica e rendere i bordi del modello più nitidi. Infine, a-Si:H è inciso lungo la maschera, utilizzando l'incisione iosgione reattiva al plasma accoppiato induttivo (ICP-RIE). Il metodo dimostrato non è fattibile per la fabbricazione su larga scala a causa della bassa produttività di EBL, ma può essere migliorato combinandolo con la litografia nanoimprint. Il dispositivo fabbricato è caratterizzato da una configurazione ottica personalizzata costituita da un laser, polarizzatore, lente, misuratore di potenza e dispositivo accoppiato di carica (CCD). Modificando la lunghezza d'onda laser e la polarizzazione, vengono misurate le proprietà di diffrazione. I poteri del fascio diffracted misurati sono sempre uguali, indipendentemente dalla polarizzazione incidente, così come la lunghezza d'onda.
Introduction
Le metasuperfici costituite da array di antenne bidimensionali di lunghezza d'onda hanno dimostrato molte promettenti funzionalità ottiche, come le lenti acromatiche1,2, ologrammi3,4,5 ,6, e mantelli ottici7. I componenti ottici ingombranti convenzionali possono essere sostituiti con metasuperfici ultrasottili pur mantenendo le funzionalità originali. Ad esempio, uno splitter di travi è un dispositivo ottico utilizzato per separare un fascio incidente in due travi. I divisori di fascio tipici sono realizzati combinando due prismi triangolari. Poiché le loro caratteristiche di interfaccia determinano le proprietà di divisione del fascio, è difficile ridurre le dimensioni fisiche senza degradazione funzionale. D'altra parte, i divisori di fascio ultrasottile possono essere realizzati con metasuperfici codificate con una sfumatura di fase lineare unidimensionale8,9. Lo spessore delle metasuperfici è inferiore alle lunghezze d'onda di lavoro e le proprietà di separazione possono essere controllate dalla distribuzione di fase.
Abbiamo progettato uno splitter del fascio di metasuperficie che può generare fasci di uguale intensità indipendentemente dagli stati di polarizzazione incidente10. Questa caratteristica deriva da un ologramma di Fourier. A causa dell'immagine di due macchie bianche su uno sfondo nero, l'ologramma generato dal metasuperficie è lo stesso dell'immagine codificata. L'ologramma Fourier non ha una lunghezza focale specifica, quindi l'immagine codificata può essere osservata in tutto lo spazio dietro il metasuperficie11. Se la stessa immagine a due punti viene generata dietro la metasuperficie, funziona anche come una divisione del fascio. L'ologramma di Fourier dalla metasuperficie crea un'immagine invertita, che viene chiamata immagine gemella, rispetto agli stati di polarizzazione ortogonale. L'immagine doppia è in genere considerata come rumore. Tuttavia, l'immagine a due punti codificata in questa metasuperficie è simmetrica all'origine, con conseguente perfetta sovrapposizione delle immagini originali e gemelle. Poiché qualsiasi stato di polarizzazione può essere rappresentato da una combinazione lineare di polarizzazioni circolari destrorse (RCP) e mancine (LCP), il dispositivo descritto di seguito mostra la funzionalità indipendente dalla polarizzazione.
Qui presentiamo un protocollo per la fabbricazione e la caratterizzazione ottica di metasuperfici dielettriche che consentono la generazione di raggi a uguale intensità. La distribuzione di questo dispositivo viene recuperata dall'algoritmo Gerchberg-Saxton (GS), generalmente utilizzato per ologrammi di sola fase12. a-Si:H di 300 nm di spessore si deposita sul substrato di silice fuso, utilizzando PECVD. Una maschera Cr è definita sulla pellicola a-Si:H, utilizzando EBL. Il modello di maschera corrisponde alla distribuzione di fase derivata dall'algoritmo GS. ICP-RIE è sfruttato per incidere il film a-Si:H lungo la maschera Cr. Il resto della maschera Cr viene rimosso da Cr etchant finalizzando la fabbricazione del campione. La funzionalità ottica del metasuperficie fabbricato è caratterizzata da un setup ottico personalizzato. Quando un raggio laser è incidente al metasuperficie, il fascio trasmesso è separato in tre parti, vale a dire due fasci diffracted e un fascio di ordine zero. Le travi diffracted si discostano da un'estensione del percorso della trave incidente mentre la trave a ordine zero lo segue. Per verificare la funzionalità di questo dispositivo, abbiamo misurato la potenza del fascio, il profilo del fascio e l'angolo diffracted utilizzando rispettivamente un misuratore di potenza, CCD e goniometro.
Tutti i processi e i materiali di fabbricazione utilizzati sono ottimizzati per la funzionalità di destinazione. Per le frequenze di lavoro visibili, le singole dimensioni dell'antenna dovrebbero essere di poche centinaia di nanometri e il materiale stesso dovrebbe avere una bassa perdita ottica a lunghezze d'onda visibili. Solo alcuni tipi di metodi di fabbricazione sono applicabili quando si definiscono strutture di piccole dimensioni. La fotolitografia tipica, così come la scrittura laser diretta, non sono in grado di fabbricare a causa del limite di diffrazione. La fresatura dei faci di ioni concentrandopuò essere utilizzata, ma ci sono problemi critici di contaminazione da gallium, dipendenza dalla progettazione del modello e velocità di processo lenta. In pratica, EBL è l'unico modo per facilitare la fabbricazione di metasuperfici che lavorano a frequenze visibili13.
Dielettrici sono di solito preferiti a causa della perdita ohmica inevitabile di metalli. La perdita ottica di a-Si:H è abbastanza bassa per il nostro scopo. Anche se la perdita ottica di a-Si:H non è così bassa come dielettriche a bassa perdita come il biossido di titanio1,4 e silicio cristallino14, la fabbricazione di a-Si:H è molto più semplice. I tipici processi di evaporazione e sputtering non sono in grado di deposizione di un film a-Si:H. DI solito è richiesto PECVD. Durante il processo PECVD, alcuni atomi di idrogeno dai gas SiH4 e H2 sono intrappolati tra gli atomi di silicio, risultando in una pellicola a-Si:H. Esistono due modi per definire modelli a-Si:H. Uno è la deposizione di a-Si:H su un fotoresist a motivi geometrici, seguito dal processo di decollo, e l'altro è definendo una maschera di incisione sulla pellicola a-Si:H, seguita dal processo di incisione. Il primo è adatto ai processi di evaporazione, ma non è facile depositare la pellicola a-Si:H utilizzando l'evaporazione. Quindi, quest'ultimo è il modo ottimale per fare modelli a-Si:H. Cr è usato come materiale della maschera di incisione a causa della sua elevata selettività di incisione con silicio.
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Protocol
1. Fabbricazione del metasuperficie dielettrico
- Prepulente di un substrato di silice fuso
- Preparare un substrato di silice lucido a due lati (lunghezza: 2 cm; larghezza: 2 cm; spessore: 500 m).
- Immergere il substrato di silice fuso in 50 mL di acetone e condurre il processo di sonicazione per 5 min a 40 kHz.
- Immergere il substrato in 50 mL di 2 propanol (IPA) e condurre il processo di sonicazione per 5 min a 40 kHz.
- Sciacquare il substrato con l'IPAe soffiare gas di azoto (N 2) per asciugare il substrato prima dell'evaporazione dell'IPA.
- Deposizione di a-Si:H da pecVD
- Individuare i substrati preparati su uno zig all'interno della camera di blocco di carico del sistema PECVD.
- Sul software PECVD, impostare la temperatura della camera a 300 gradi centigradi e impostare la potenza della radiofrequenza su 800 W.
- Impostare la portata del gas SiH4 su 10 sccm e la portata del gas H2 su 75 sccm.
- Impostare la pressione del processo su 25 mTorr. Fare clic sul pulsante Start per avviare il processo di deposizione, che richiede 300 usd.
- Formazione della maschera di incisione Cr
- Caricare il campione ottenuto dal punto 1.2.4 sul supporto del supporto dello spin coater. Rilasciare il poli(methacritillato methacrita) (PMMA) A2 sul campione utilizzando una siringa da 5 mL montata sul filtro e avviare il processo di rivestimento con una velocità di rotazione di 2.000 giri/mm per 1 min.
NOTA: PMMA rilasciato dovrebbe coprire l'intero substrato; in caso contrario, la pellicola rivestita a spin non sarà uniforme. - Trasferire il campione dal supporto campione a un piatto caldo e cuocere il campione con una piastra calda a 180 gradi per 5 min. Quindi, raffreddare il campione a temperatura ambiente per 1 min.
- Caricare il campione sul supporto del campione dello spin coater. Rilasciare E-spacer sul campione, utilizzando una pipetta da 1 mL, e iniziare il processo di rivestimento con una velocità di rotazione di 2.000 giri/mm per 1 min.
NOTA: L'E-spacer rilasciato deve coprire l'intero substrato; in caso contrario, la pellicola rivestita a spin non sarà uniforme. - Caricare e fissare il campione sullo zig per EBL. Mettere lo zig nella camera EBL e, quindi, caricarlo nella camera principale.
- Sulla console EBL, premere il pulsante Isolamento e, quindi, il pulsante FC. Impostare l'ingrandimento al valore massimo utilizzando la manopola di ingrandimento.
- Attivare il pulsante Controllo zero. Ruotare la manopola corrente trave per impostare il valore di corrente del fascio su 50 pA. Disattivare il pulsante Controllo zero.
- Premere il pulsante Riferimento per spostare lo stage nella posizione di riferimento. Disattivare il pulsante Vuoto.
- Impostare il valore di ingrandimento su 100.000 utilizzando la manopola di ingrandimento. Regolare la messa a fuoco e le manopole stigmatistiche per ottenere l'immagine più chiara nel display EBL. Attivare il pulsante Vuoto.
- Sul computer connesso alla console EBL, eseguire il terminale Linux. Spostare la posizione corrente nella cartella che contiene il file .gds, utilizzando il comando cd.
- Immettere gds2cel per convertire il file .gds in un file .cel e attendere che finisca. Immettere il processo per eseguire il software principale.
- Fare clic sul menu di modifica dimensione chip. Selezionare 600 m x 600 m e 240.000 punti. Fare clic su Salva e quindi su Esci.
- Fare clic sul menu Creazione dati serie. Immettere ps nella finestra di comando per caricare il file .cel modello generato dal passaggio 1.3.10. Immettere i nella finestra di comando e fare clic sul motivo per ingrandire l'immagine del motivo.
- Immettere sd nella finestra di comando e 3 per impostare il tempo di dose a 3 s. Immettere sp nella finestra di comando e 1,1 per impostare l'altezza di esposizione su una condizione normale. Immettere pc nella finestra di comando e un nome file per creare un file .ccc. Fare clic sul centro del motivo.
- Immettere cp nella finestra di comando e fare clic sul modello per applicare le condizioni di esposizione dal passaggio 1.3.13. Immettere sv nella finestra di comando e un nome file per creare un file .con. Immettere q nella finestra di comando per uscire dal menu Creazione dati pattern.
- Fare clic sul menu Esposizione. Immettere i e il nome file .con del passaggio 1.3.14. Immettere e e fare clic sul pulsante Esposizione per avviare il processo di esposizione.
NOTA: il tempo di esposizione dipende dall'area e dalla densità del modello. I modelli di metasuperficie generali di un'area di 300 m x 300 m prendono 3 h. - Al termine del processo di esposizione, disattivare il pulsante Isolamento. Premere il pulsante EX per spostare lo stage.
- Scaricare il campione dalla camera dopo aver terminato l'esposizione. Immergere il campione in 50 mL di acqua deionizzata (DI) per 1 min per rimuovere l'E-spacer.
- Preparare 10 mL di chetone isobutil metilico (MIBK):IPA : soluzione 1:3 in un bicchiere circondato da ghiaccio. Immergere il campione nella soluzione MIBK:IPA - 1:3 per 12 min. Quindi risciacquare il campione con l'IPA e soffiare n2 gas per asciugare il campione.
- Caricare e fissare il campione sul supporto dell'evaporatore del fascio di elettroni. Montare il supporto all'interno della camera dell'evaporatore.
- Caricare un cottimo di tipo Cr contenente grafite-crocible all'interno della camera di evaporazione.
- Sul software dell'evaporatore del fascio di elettroni, fare clic sul pulsante di pompaggio della camera per creare un vuoto all'interno della camera e abbassare la pressione a 3 x 10-6 mTorr.
- Selezionate Cromo (Chromium) nella sezione del materiale (Material) e fate clic sul pulsante Materiale per applicarlo. Fare clic sul pulsante Otturatore travi a e per aprire l'otturatore sorgente. Fare clic sul pulsante Alta tensione e Sorgente, nell'ordine indicato.
- Fare clic sul pulsante freccia verso l'alto per aumentare lentamente la potenza del fascio di elettroni e ripetere questa operazione fino a quando il tasso di deposizione non raggiunge 0,15 nm/s.
NOTA: Un clic per 5 s è abbastanza lento. - Fare clic sul pulsante zero per reimpostare il misuratore di spessore. Fare clic sul pulsante Otturatore principale per aprire l'otturatore principale. Quando l'indicatore di spessore raggiunge i 30 nm, fare clic sul pulsante Otturatore principale per chiudere l'otturatore principale.
NOTA: il tempo di deposizione può essere facilmente calcolato in base al tasso di deposizione. Una deposizione di 30 nm-thick richiede 200 dollari, nella condizione utilizzata qui. - Fare clic sul pulsante Otturatore travi a e per chiudere l'otturatore di origine. Fare clic sul pulsante freccia verso il basso per diminuire lentamente la potenza del fascio di elettroni e ripetere l'operazione fino a quando la potenza non raggiunge 0.
NOTA: Un clic per 5 s è abbastanza lento. - Fare clic sul pulsante Sorgente e quindi sul pulsante Alta tensione. Attendere 15 min per raffreddare la camera. Fare clic sul pulsante Vent per sfiatare la camera e scaricare il campione dal supporto.
- Immergere il campione in 50 mL di acetone per 3 min. Conduci il processo di sonicazione per 1 min a 40 kHz. Sciacquare il campione con IPA e soffiare n2 gas per asciugare il campione.
- Caricare il campione ottenuto dal punto 1.2.4 sul supporto del supporto dello spin coater. Rilasciare il poli(methacritillato methacrita) (PMMA) A2 sul campione utilizzando una siringa da 5 mL montata sul filtro e avviare il processo di rivestimento con una velocità di rotazione di 2.000 giri/mm per 1 min.
- Processo di incisione di a-Si:H
- Stendere la colla termica sul retro del campione. Fissare il campione sullo zig e caricarlo sul sistema di incisione.
- Sul software, impostare la portata delcloro (Cl 2) a 80 mccm e la velocità di flusso del gas bromuro di idrogeno (HBr) a 120 mccm. Impostare la potenza di origine su 500 W e la distorsione su 100 V. Fare clic sul pulsante Start per avviare il processo di incisione per 100 s.
- Scaricare il campione e rimuovere la colla termica con un tergicristallo antipolvere.
- Immergere il campione in 20 mL di Cr etchant per 2 min e in 50 mL di acqua DI per 1 min.
- Ottenere l'immagine al microscopio elettronico a scansione della metasuperficie fabbricata
- Caricare il campione sul supporto del campione dello spin coater, rilasciare l'E-spacer sul campione utilizzando una pipetta da 1 mL e avviare il processo di rivestimento con una velocità di rotazione di 2.000 rpm per 1 min.
- Fissare il campione sul supporto del campione del microscopio elettronico a scansione (SEM), utilizzando nastro adesivo di carbonio. Mettere il supporto nella camera di blocco di carico del SEM e creare un vuoto nella camera di blocco del carico.
- Trasferire il supporto dalla camera di blocco di carico alla camera principale. Accendere il fascio di elettroni con una tensione di accelerazione di 15 kV.
- Spostare lo stage a una distanza di lavoro di 1 cm. Trovare il metasuperficie spostando lo stage orizzontalmente. Regolare lo stigmatismo e la lunghezza focale fino a quando l'immagine non diventa chiara.
- Acquisire le immagini.
- Spegnere il fascio di elettroni. Spostare lo stage nella posizione di estrazione. Trasferire il supporto dalla camera principale alla camera di blocco del carico.
- Svuotare la camera di blocco del carico e scaricare il campione.
- Immergere il campione in 50 mL di acqua DI per 1 min per rimuovere l'E-distanziale. Soffiare N2 gas per asciugare il campione.
2. Caratterizzazione ottica del metasuperficie dielettrico
NOTA: la radiazione diretta di un laser può danneggiare gli occhi. Evitare l'esposizione diretta agli occhi e indossare gli occhiali di sicurezza laser appropriati.
- Montare un laser a lunghezza d'onda di 635 nm sul tavolo ottico (Figura 1a). Accendere il laser e attendere 10 min per stabilizzare la potenza del fascio.
- Regolare l'allineamento orizzontale e verticale del laser utilizzando uno schermo di allineamento sia vicino che lontano dal laser.
- Posizionare un filtro a densità neutra davanti al laser. Montare la prima lente convessa dietro il filtro a densità neutra. Posizionare un'iride sul piano focale posteriore dell'obiettivo convessa per rimuovere il rumore.
- Montare la seconda lente convessa con una lunghezza focale doppia rispetto alla prima lente convessa. Posizionare un polarizzatore lineare dietro la seconda lente convessa. Posizionare un polarizzatore circolare destro dietro il polarizzatore lineare.
- Montare la terza lente convessa dietro il polarizzatore circolare. Montare il metasuperficie fabbricato sul supporto. Individuare la metasuperficie sul piano focale posteriore della lente convessa.
NOTA: Il raggio laser deve essere incidente dal substrato all'area modellata. - Posizionare uno spesso schermo di carta bianca, che ha un foro di 1 cm di diametro al centro, dietro la metasuperficie. Montare un goniometro sul tavolo ottico allineando l'origine con la metasuperficie.
- Misurare la potenza dei tre raggi diffracted, che sono tre punti luminosi sullo schermo, utilizzando un misuratore di potenza.
NOTA: Se la potenza del raggio laser non viene mantenuta a una costante, calcolare la potenza media del fascio in un periodo di tempo. - Sostituire il polarizzatore circolare destrorso con un polarizzatore circolare mancino. Misurare i tre poteri di fascio diffracted, utilizzando il misuratore di potenza.
- Rimuovere il polarizzatore circolare mancino. Misurare tre poteri di fascio diffracted, utilizzando il misuratore di potenza.
- Diminuire la potenza del raggio laser, utilizzando il filtro a densità neutra per consentire una misurazione CCD. Posizionare il polarizzatore circolare destrorso. Catturare i tre profili di fascio diffracted utilizzando il CCD.
NOTA: è preferibile una potenza del raggio laser più debole, per evitare danni ccD. In questo lavoro è stata utilizzata una potenza del fascio di 300 W. - Sostituire il polarizzatore circolare destrorso con il polarizzatore circolare mancina. Catturare i tre profili di fascio diffracted, utilizzando il CCD.
- Rimuovere il polarizzatore circolare mancino. Catturare i tre profili di fascio diffracted, utilizzando il CCD.
- Sostituire il laser a lunghezza d'onda 635 con un laser a lunghezza d'onda 532 nm-dd.
- Ripetere i passaggi da 2.2 a 2.12.
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Representative Results
I risultati della misurazione mostrano la funzionalità indipendente dalla polarizzazione del dispositivo qui presentato (Figura 1). Le potenze misurate del fascio di ordini di diffrazione di m - 1 sono uguali indipendentemente dallo stato di polarizzazione incidente (cioè RCP, LCP e polarizzazione lineare). Poiché qualsiasi stato di polarizzazione arbitrario può essere scomposto dalla combinazione lineare di RCP e LCP, la funzionalità del dispositivo può essere mantenuta, indipendentemente dagli stati di polarizzazione. Gli angoli di diffrazione sono rispettivamente di 24 e 28,5 gradi per le lunghezze d'onda di 532 e 635 nm e gli angoli possono essere controllati modificando l'ologramma codificato.
L'efficienza della diffrazione è definita dal rapporto tra le potenze del fascio diffracted (m ) e la potenza del fascio incidente. Il dispositivo qui presentato è costituito da nanorod delle stesse dimensioni con orientamenti diversi in base all'operazione a banda larga risultante dalla fase geometrica (Figura 2). Teoricamente, l'efficienza dovrebbe essere superiore al 20% per entrambe le lunghezze d'onda. Tuttavia, l'efficienza di diffrazione misurata è del 18,3% a 532 nm e del 9,1% a 635 nm. La discrepanza deriva principalmente dal fatto che la dimensione del fascio è maggiore della metasuperficie stessa. I profili misurati del fascio di ordine zero mostrano chiaramente che la dimensione del fascio incidente è maggiore della metasuperficie (cioè, la porzione in eccesso del fascio incidente va direttamente al misuratore di potenza senza interagire con il metasuperficie, riducendo la diffrazione efficienza) (Figura 3).
Figura 1: Misurazione della potenza del fascio diffracted. (a) L'impostazione ottica per l'illuminazione laser. I due pannelli successivi mostrano la potenza misurata del fascio diffracted (b) a 532 nm e (c) a 635 nm. Poiché la potenza del raggio laser non era coerente, le potenze del fascio misurato sono calcolate in base alla media del tempo dei valori registrati. Le barre di errore nella figura rappresentano i valori massimo e minimo durante il tempo di registrazione. Questa cifra è stata modificata daYoon et al. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Immagini SEM del metasuperficie fabbricato. (a) Vista superiore del metasuperficie. (insetto) Geometria della cella unitaria: length (L) - 150 nm, width (W) - 80 nm, height (H) e pitch (P) - 240 nm. (b) Vista prospettica del metasuperficie. Questa cifra è stata modificata daYoon et al. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: I profili di fascio catturati da CCD hanno preso 14 cm dietro la metasuperficie. I diametri del fascio possono essere stimati a 3 mm a 532 nm e 5 mm a 635 nm. Gli angoli divergenti del fascio corrispondente sono rispettivamente di circa 2,5 e 4,1 gradi. I profili di fascio catturati hanno macchie laser, ma possono essere rimossi da diffusori1 o da Dammann griglia3,15. Questa cifra è stata modificata daYoon et al. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Discussion
Alcuni passaggi di fabbricazione devono essere condotti con attenzione, per generare un metasuperficie che è lo stesso del disegno originale. Nel processo di sviluppo della resistenza, una soluzione a bassa temperatura è di solito preferita. La condizione standard è la temperatura ambiente, ma la velocità di reazione può essere rallentata diminuendo la temperatura della soluzione a 0 gradi centigradi. Anche se il tempo di reazione corrispondente diventa più lungo, si può ottenere un modello più fine rispetto alle condizioni standard. Il controllo del tempo di reazione è anche facile a causa della bassa velocità di reazione. Un altro passo critico per un modello fine è l'essiccazione IPA dopo lo sviluppo di resistenza. Il gas N2 muove ed evapora il resto dell'IPA sul campione. Una certa quantità di IPA non si muove, creando isole distribuite casualmente. Se le isole IPA si formano e poi evaporano, il campione sarà danneggiato. Pertanto, per ridurre al minimo la formazione dell'isola IPA, soffiare forte è meglio di soffiare deboli, a meno che il substrato non sia rotto dal forte flusso d'aria. Una potenza appropriata della sonicazione è utile per staccare chiaramente la pellicola sottile. Dopo la fase di decollo, è possibile verificare se la pellicola sottile si stacca chiaramente o meno utilizzando un microscopio ottico convenzionale. Fortunatamente, se una pellicola sottile Cr rimane sull'area modellata, è possibile rimuovere il residuo mediante un ulteriore processo di sonicazione. Questo è un notevole vantaggio della maschera Cr, perché le maschere fatte di altri materiali, come l'oro, sono estremamente difficili da rimuovere una volta che il residuo si asciuga.
EBL è un metodo efficace per fabbricare strutture su nanoscala, ma questo metodo soffre di una bassa produttività, che implica la produzione su larga scala. Un modo per migliorare la produttività consiste nel creare stampi master, utilizzando EBL e stampando il modello utilizzando lo stampo master. Questo metodo è chiamato litografia nanoimprint. Anche se la fabbricazione dello stampo utilizzando EBL richiede molto tempo, il risultato è che i modelli possono essere trasferiti in breve tempo, utilizzando lo stampo che può essere utilizzato ripetutamente. Inoltre, è anche possibile trasferire il modello su un substrato flessibile modificando i processi di stampa.
In questo lavoro, presentiamo un processo dettagliato per la fabbricazione di metasuperfici dielettriche. Il metodo non è limitato all'applicazione di divisori di fascio; altre applicazioni di metasuperficie, come lenti, ologrammi e mantelli ottici, possono essere realizzate tramite questo metodo. Rispetto alle metasuperfici plasmoniche, le metasuperfici dielettriche forniscono un'efficienza molto più elevata a lunghezze d'onda visibili a causa delle basse perdite ottiche di dielettrico. Quindi, questo protocollo può spianare la strada allo studio e allo sviluppo di metasuperfici pratiche.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Acknowledgments
Questo lavoro è sostenuto finanziariamente dalle sovvenzioni della National Research Foundation (NRF-2019R1A2C3003129, CAMM-2019M3A6B3030637, NRF-2018M3D1A1058998, NRF-2015R1A5A1037668) finanziato dal Ministero della Scienza e delle TIC (MSIT), Repubblica di Corea.
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
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