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Engineering

Demostración de la generación de haz de igual intensidad por Metasurfaces dieléctricos

Published: June 7, 2019 doi: 10.3791/59066

Summary

Se presenta un protocolo para la fabricación y caracterización óptica de metasuperficies dieléctricas. Este método se puede aplicar a la fabricación no sólo de divisores de haz, sino también de metasuperficies dieléctricas generales, como lentes, hologramas y capas ópticas.

Abstract

Se demuestra el protocolo de fabricación y caracterización para un divisor de haz de metasuperficie, que permite la generación de haces de igual intensidad. El silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H) se deposita en el sustrato de sílice fusionada, utilizando la deposición de vapor químico mejorada por plasma (PECVD). El silicio amorfo típico depositado por evaporación causa una pérdida óptica grave, lo que afecta la operación a frecuencias visibles. Los átomos de hidrógeno dentro de la película delgada de silicio amorfo pueden reducir los defectos estructurales, mejorando la pérdida óptica. Se requieren nanoestructuras de unos pocos cientos de nanómetros para el funcionamiento de metasuperficies en las frecuencias visibles. La fotolitografía convencional o la escritura directa con láser no es factible cuando se fabrican estructuras tan pequeñas, debido al límite de difracción. Por lo tanto, la litografía de haz de electrones (EBL) se utiliza para definir una máscara de cromo (Cr) en la película delgada. Durante este proceso, la resistencia expuesta se desarrolla a una temperatura fría para ralentizar la reacción química y hacer que los bordes del patrón sean más nítidos. Finalmente, a-Si:H se graba a lo largo de la máscara, utilizando grabado de iones reactivos plasma acopladoinamente (ICP-RIE). El método demostrado no es factible para la fabricación a gran escala debido al bajo rendimiento de EBL, pero se puede mejorar combinándolo con litografía de nanoimpresión. El dispositivo fabricado se caracteriza por una configuración óptica personalizada que consiste en un láser, polarizador, lente, medidor de potencia y dispositivo acoplado a la carga (CCD). Al cambiar la longitud de onda del láser y la polarización, se miden las propiedades de difracción. Las potencias de haz difractadas medidas son siempre iguales, independientemente de la polarización incidente, así como la longitud de onda.

Introduction

Metasurfaces que consisten en matrices de antenas bidimensionales de sublongitud han demostrado muchas funcionalidades ópticas prometedoras, tales como lentes acromáticas1,2, hologramas3,4,5 ,6, y capas ópticas7. Los componentes ópticos voluminosos convencionales se pueden reemplazar con metasuperficies ultrafinas mientras se mantienen las funcionalidades originales. Por ejemplo, un divisor de haz es un dispositivo óptico que se utiliza para separar un haz incidente en dos haces. Los divisores de haz típicos se hacen combinando dos prismas triangulares. Puesto que sus características de interfaz determinan las propiedades de división de haz, es difícil reducir el tamaño físico sin degradación funcional. Por otro lado, los divisores de haz ultrafino se pueden realizar con metasuperficies codificadas con un gradiente de fase lineal unidimensional8,9. El grosor de las metasuperficies es menor que sus longitudes de onda de trabajo, y las propiedades de separación se pueden controlar mediante la distribución de fase.

Diseñamos un divisor de haz de metasuperficie que puede generar haces de igual intensidad independientemente de los estados de polarización incidente10. Esta característica proviene de un holograma de Fourier. Debido a la imagen de dos manchas blancas sobre un fondo negro, el holograma generado desde el metasuperficie es el mismo que la imagen codificada. El holograma de Fourier no tiene una distancia focal específica, por lo que la imagen codificada se puede observar en todo el espacio detrás del metasuperficie11. Si la misma imagen de dos puntos se genera detrás del metasuperficie, también funciona como un divisor de vigas. El holograma de Fourier por el metasuperficie crea una imagen invertida, que se llama una imagen gemela, con respecto a los estados de polarización ortogonal. La imagen gemela se considera típicamente como ruido. Sin embargo, la imagen de dos puntos codificada en esta metasuperficie es de origen-simétrica, lo que resulta en una superposición perfecta de las imágenes originales y gemelas. Puesto que cualquier estado de polarización puede ser representado por una combinación lineal de polarizaciones circulares de mano derecha (RCP) y zurdas (LCP), el dispositivo descrito aquí muestra la funcionalidad independiente de polarización.

Aquí, presentamos un protocolo para la fabricación y caracterización óptica de metasuperficies dieléctricas que permite la generación de haces de igual intensidad. La distribución de fase de este dispositivo se recupera del algoritmo Gerchberg-Saxton (GS), que generalmente se utiliza para hologramas de fase12. a-Si:H de 300 nm de espesor se deposita en el sustrato de sílice fusionada, utilizando PECVD. Una máscara Cr se define en la película a-Si:H, utilizando EBL. El patrón de máscara corresponde a la distribución de fase derivada del algoritmo GS. ICP-RIE es explotado para grabar la película a-Si:H a lo largo de la máscara Cr. El resto de la máscara Cr es eliminada por Cr etchant finalizando la fabricación de la muestra. La funcionalidad óptica del metasuperficie fabricada se caracteriza por una configuración óptica personalizada. Cuando un rayo láser es incidente en el metasuperficie, el haz transmitido se separa en tres partes, a saber, dos haces difractados y un haz de orden cero. Las vigas difractadas se desvían de una extensión de la trayectoria del haz incidente, mientras que la viga de orden cero la sigue. Para verificar la funcionalidad de este dispositivo, medimos la potencia del haz, el perfil del haz y el ángulo difractado utilizando un medidor de potencia, CCD y transportador, respectivamente.

Todos los procesos de fabricación y materiales utilizados están optimizados para la funcionalidad de destino. Para las frecuencias de trabajo visibles, los tamaños de antena individuales deben ser de unos pocos cientos de nanómetros, y el material en sí debe tener una baja pérdida óptica en longitudes de onda visibles. Sólo unos pocos tipos de métodos de fabricación son aplicables al definir estructuras tan pequeñas. La fotolitografía típica, así como la escritura láser directa, son incapaces de fabricar debido al límite de difracción. Se puede utilizar el fresado de vigas iónides enfocados, pero hay problemas críticos de contaminación del galio, dependencia del diseño del patrón y velocidad de proceso lenta. Prácticamente, EBL es la única manera de facilitar la fabricación de metasuperficies trabajando a frecuencias visibles13.

Los dieléctricos son generalmente preferidos debido a la pérdida ohmica inevitable de los metales. La pérdida óptica de a-Si:H es lo suficientemente baja para nuestro propósito. Aunque la pérdida óptica de a-Si:H no es tan baja como los dieléctricos de baja pérdida como el dióxido de titanio1,4 y el silicio cristalino14,la fabricación de a-Si:H es mucho más simple. Los procesos típicos de evaporación y sputtering no son capaces de la deposición de una película a-Si:H. Por lo general, se requiere PECVD. Durante el proceso PECVD, algunos átomos de hidrógeno de los gases SiH4 y H2 quedan atrapados entre los átomos de silicio, lo que resulta en una película a-Si:H. Hay dos maneras de definir patrones a-Si:H. Una es la deposición de a-Si:H en un fotorresistente estampado, seguido por el proceso de despegue, y la otra es definiendo una máscara de grabado en la película a-Si:H, seguida por el proceso de grabado. El primero es adecuado para los procesos de evaporación, pero no es fácil depositar película a-Si:H utilizando evaporación. Por lo tanto, esta última es la forma óptima de hacer patrones a-Si:H. Cr se utiliza como el material de la máscara de grabado debido a su alta selectividad de grabado con silicio.

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Protocol

1. Fabricación del metasuperficie dieléctrica

  1. Prelimpieza de un sustrato de sílice fusionado
    1. Preparar un sustrato de sílice pulido de doble cara y fusionado (longitud: 2 cm; ancho: 2 cm; espesor: 500 m).
    2. Sumerja el sustrato de sílice fusionada en 50 ml de acetona y realice el proceso de sonicación durante 5 min a 40 kHz.
    3. Sumerja el sustrato en 50 ml de 2-propanol (IPA) y lleve a cabo el proceso de sonicación durante 5 min a 40 kHz.
    4. Enjuague el sustrato con el IPAy el gas de nitrógeno soplado (N 2) para secar el sustrato antes de la evaporación del IPA.
  2. Deposición de a-Si:H por PECVD
    1. Localice los sustratos preparados en un zig dentro de la cámara de bloqueo de carga del sistema PECVD.
    2. En el software PECVD, ajuste la temperatura de la cámara a 300 oC y ajuste la potencia de radiofrecuencia a 800 W.
    3. Ajuste el caudal de gas SiH4 a 10 sccm y el caudal de gas H2 a 75 sccm.
    4. Ajuste la presión del proceso a 25 mTorr. Haga clic en el botón Inicio para iniciar el proceso de deposición, que tarda 300 s.
  3. Formación de la máscara de grabado Cr
    1. Cargue la muestra obtenida del paso 1.2.4 en el soporte de la muestra de la recubridora de espín. Liberar poli(metil metacrilato) (PMMA) A2 en la muestra utilizando una jeringa de 5 ml montada en filtro e iniciar el proceso de recubrimiento con una velocidad de rotación de 2.000 rpm durante 1 min.
      NOTA: PMMA liberado debe cubrir todo el sustrato; de lo contrario, la película recubierta de espín no será uniforme.
    2. Transfiera la muestra del soporte de la muestra a un plato caliente y hornee la muestra con una placa caliente a 180 oC durante 5 minutos. A continuación, enfríe la muestra a temperatura ambiente durante 1 min.
    3. Cargue la muestra en el soporte de la muestra de la recubridora de espín. Suelte el espaciador electrónico en la muestra, utilizando una pipeta de 1 ml, e inicie el proceso de recubrimiento con una velocidad de rotación de 2.000 rpm durante 1 min.
      NOTA: El espaciador E liberado debe cubrir todo el sustrato; de lo contrario, la película recubierta de espín no será uniforme.
    4. Cargue y fije la muestra en el zig para EBL. Coloque el zig en la cámara EBL y, a continuación, cárguelo en la cámara principal.
    5. En la consola EBL, presione el botón Aislamiento y, a continuación, el botón FC. Ajuste la ampliación a su valor máximo utilizando el botón de ampliación.
    6. Encienda el botón de verificación Cero. Gire el mando de corriente de haz para ajustar el valor de corriente de la viga a 50 pA. Desactive el botón de verificación Cero.
    7. Pulse el botón Referencia para mover el escenario a la posición de referencia. Apague el botón En blanco.
    8. Establezca el valor de ampliación en 100.000 utilizando la perilla de ampliación. Ajuste las perillas de enfoque y estigmatismo para obtener la imagen más clara en la pantalla EBL. Encienda el botón En blanco.
    9. En el equipo conectado a la consola EBL, ejecute el terminal Linux. Mueva la ubicación actual a la carpeta que tiene el archivo .gds, utilizando el comando cd.
    10. Escriba gds2cel para convertir el archivo .gds en un archivo .cel y esperar hasta que termine. Introduzca el trabajo para ejecutar el software principal.
    11. Haga clic en el menú Modificación del tamaño del chip. Seleccione 600 ám x 600 ám y 240.000 puntos. Haga clic en Guardar y, a continuación, en Salir.
    12. Haga clic en el menú Creación de datos de patrón. Ingrese ps en la ventana de comandos para cargar el archivo .cel del patrón generado del paso 1.3.10. Escriba i en la ventana de comandos y haga clic en el patrón para ampliar la imagen del patrón.
    13. Introduzca sd en la ventana de comandos y 3 para ajustar el tiempo de dosis a 3 s. Escriba sp en la ventana de comandos y 1,1 para establecer el tono de exposición en una condición normal. Escriba PC en la ventana de comandos y un nombre de archivo para crear un archivo .ccc. Haga clic en el centro del patrón.
    14. Ingrese cp en la ventana de comandos y haga clic el patrón para aplicar las condiciones de exposición del paso 1.3.13. Escriba sv en la ventana de comandos y un nombre de archivo para crear un archivo .con. Escriba q en la ventana de comandos para salir del menú Creación de datos de patrón.
    15. Haga clic en el menú Exposición. Escriba i y el nombre de archivo .con del paso 1.3.14. Escriba e y haga clic en el botón Exposición para iniciar el proceso de exposición.
      NOTA: El tiempo de exposición depende del área del patrón y la densidad. Los patrones generales de metasuperficie de un área de 300 m x 300 m toman 3 h.
    16. Cuando finalice el proceso de exposición, desactive el botón Aislamiento. Pulse el botón EX para mover el escenario.
    17. Descargue la muestra de la cámara después de finalizar la exposición. Sumerja la muestra en 50 ml de agua desionizada (DI) durante 1 min para retirar el espaciador E.
    18. Preparar 10 ml de metil isobutilo cetona (MIBK):IPA 1:3 solución en un vaso de precipitados rodeado de hielo. Sumerja la muestra en la solución MIBK:IPA a 1:3 durante 12 min. A continuación, enjuague la muestra con el IPA y sople el gas N2 para secar la muestra.
    19. Cargue y fije la muestra en el soporte del evaporador de haz de electrones. Monte el soporte dentro de la cámara del evaporador.
    20. Cargue una Cr de tipo pieza de grafito-crisol que contenga en el interior de la cámara de evaporación.
    21. En el software del evaporador de haz de electrones, haga clic en el botón de bombeo de la cámara para crear un vacío en el interior de la cámara, y baje la presión a 3 x 10-6 mTorr.
    22. Seleccione Cromo en la sección de material y haga clic en el botón Material para aplicarlo. Haga clic en el botón del obturador de haz electrónico para abrir el obturador de origen. Haga clic en el botón Alta tensión y Fuente, en ese orden.
    23. Haga clic en el botón de flecha hacia arriba para aumentar la potencia del haz de electrones lentamente, y repita esto hasta que la velocidad de deposición alcance 0,15 nm/s.
      NOTA: Un clic por 5 s es lo suficientemente lento.
    24. Haga clic en el botón Cero para restablecer el medidor de espesor. Haga clic en el botón del obturador principal para abrir el obturador principal. Cuando el medidor de espesor alcance los 30 nm, haga clic en el botón del obturador principal para cerrar el obturador principal.
      NOTA: El tiempo de deposición se puede calcular fácilmente a partir de la tasa de deposición. Una deposición de 30 nm de espesor toma 200 s, en la condición utilizada aquí.
    25. Haga clic en el botón del obturador de haz electrónico para cerrar el obturador de origen. Haga clic en el botón de flecha hacia abajo para disminuir la potencia del haz de electrones lentamente, y repita esto hasta que la potencia alcance 0.
      NOTA: Un clic por 5 s es lo suficientemente lento.
    26. Haga clic en el botón Origen y, a continuación, en alto voltaje. Espere 15 minutos para enfriar la cámara. Haga clic en el botón Ventilación para ventilar la cámara y descargar la muestra del soporte.
    27. Sumergir la muestra en 50 ml de acetona durante 3 min. Conducir el proceso de sonicación durante 1 min a 40 kHz. Enjuague la muestra con IPA y sople el gas N2 para secar la muestra.
  4. Proceso de grabado de a-Si:H
    1. Extienda el pegamento térmico a la parte posterior de la muestra. Fije la muestra en el zig y cargue el zig en el sistema de grabado.
    2. En el software, ajusteel caudal de gas de cloro (Cl 2) a 80 sccm y el caudal de gas bromuro de hidrógeno (HBr) en 120 sccm. Establezca la potencia de la fuente en 500 W y el sesgo en 100 V. Haga clic en el botón Inicio para iniciar el proceso de grabado durante 100 s.
    3. Descargue la muestra y retire el pegamento térmico con un limpiaparabrisas a prueba de polvo.
    4. Sumerja la muestra en 20 ml de Cr etchant durante 2 min y en 50 ml de agua DI durante 1 min. Enjuague la muestra con agua DI y sople gas N2 para secar la muestra.
  5. Obtención de la imagen del microscopio electrónico de barrido de la metasuperficie fabricada
    1. Cargue la muestra en el soporte de la muestra de la recubridora de espín, suelte el espaciador E en la muestra utilizando una pipeta de 1 ml e inicie el proceso de recubrimiento con una velocidad de rotación de 2.000 rpm durante 1 min.
    2. Fije la muestra en el soporte de la muestra del microscopio electrónico de barrido (SEM), utilizando cinta de carbono. Coloque el soporte en la cámara de bloqueo de carga del SEM y cree un vacío en la cámara de bloqueo de carga.
    3. Transfiera el soporte de la cámara de bloqueo de carga a la cámara principal. Encienda el haz de electrones con una tensión de aceleración de 15 kV.
    4. Mueva el escenario a una distancia de trabajo de 1 cm. Encuentra el metasuperficie moviendo el escenario horizontalmente. Ajuste el estigmatismo y la distancia focal hasta que la imagen se aclare.
    5. Captura las imágenes.
    6. Apague el haz de electrones. Mueva la etapa a la posición de extracción. Transfiera el soporte de la cámara principal a la cámara de bloqueo de carga.
    7. Ventile la cámara de bloqueo de carga y descargue la muestra.
    8. Sumerja la muestra en 50 ml de agua DI durante 1 min para retirar el espaciador E. Soplar el gas N2 para secar la muestra.

2. Caracterización óptica del metasuperficie dieléctrica

NOTA: La radiación directa de un láser puede dañar los ojos. Evite la exposición directa a los ojos y use las gafas de seguridad láser adecuadas.

  1. Monte un láser de longitud de onda de 635 nm en la tabla óptica (Figura1a). Encienda el láser y espere 10 minutos para estabilizar la potencia del haz.
  2. Ajuste la alineación horizontal y vertical del láser utilizando una pantalla de alineación cercana y alejada del láser.
  3. Coloque un filtro de densidad neutra delante del láser. Monte la primera lente convexa detrás del filtro de densidad neutra. Coloque un iris en el plano focal posterior de la lente convexa para eliminar el ruido.
  4. Monte la segunda lente convexa con el doble de distancia focal que la primera lente convexa. Coloque un polarizador lineal detrás de la segunda lente convexa. Coloque un polarizador circular diestro detrás del polarizador lineal.
  5. Monte la tercera lente convexa detrás del polarizador circular. Monte el metasuperficie fabricado en el soporte. Localice el metasuperficie en el plano focal posterior de la lente convexa.
    NOTA: El rayo láser debe ser incidente desde el sustrato hasta el área de patrón.
  6. Coloque una gruesa pantalla de papel blanco, que tiene un agujero de 1 cm de diámetro en el centro, detrás del metasuperficie. Monte un transportador en la mesa óptica alineando el origen con el metasuperficie.
  7. Mida la potencia de los tres haces difractados, que son tres puntos brillantes en la pantalla, utilizando un medidor de potencia.
    NOTA: Si la potencia del rayo láser no se mantiene en una constante, calcule la potencia media del haz durante un período de tiempo.
  8. Sustituya el polarizador circular diestro por un polarizador circular zurdo. Mida los tres poderes de haz difractados, utilizando el medidor de potencia.
  9. Retire el polarizador circular zurdo. Mida tres potencias de haz difractadas, utilizando el medidor de potencia.
  10. Disminuya la potencia del rayo láser, utilizando el filtro de densidad neutra para permitir una medición CCD. Coloque el polarizador circular diestro. Capture los tres perfiles de haz difractados utilizando el CCD.
    NOTA: Se prefiere una potencia de rayo láser más débil, para evitar daños en EL CCD. En este trabajo se ha utilizado una potencia de haz de 300 W.
  11. Sustituya el polarizador circular diestro por el polarizador circular zurdo. Capture los tres perfiles de haz difractados, utilizando el CCD.
  12. Retire el polarizador circular zurdo. Capture los tres perfiles de haz difractados, utilizando el CCD.
  13. Reemplace el láser de longitud de onda de 635 nm por un láser de longitud de onda de 532 nm.
  14. Repita los pasos 2.2 a 2.12.

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Representative Results

Los resultados de la medición muestran la funcionalidad independiente de polarización del dispositivo presentado aquí (Figura1). Las potencias de haz medidas de las órdenes de difracción de m a 1 son iguales independientemente del estado de polarización del incidente (es decir, RCP, LCP y polarización lineal). Puesto que cualquier estado de polarización arbitraria puede ser descompuesto por la combinación lineal de RCP y LCP, la funcionalidad del dispositivo se puede mantener, independientemente de los estados de polarización. Los ángulos de difracción son de 24o y 28,5o para las longitudes de onda de 532 nm y 635 nm, respectivamente, y los ángulos se pueden controlar cambiando el holograma codificado.

La eficiencia de la difracción se define por la relación entre las potencias de haz difractadas (m a 1) y la potencia del haz incidente. El dispositivo presentado aquí consta de nanorods del mismo tamaño con diferentes orientaciones basadas en la operación de banda ancha resultante de fase geométrica (Figura2). Teóricamente, la eficiencia debe ser superior al 20% para ambas longitudes de onda. Sin embargo, las eficiencias de difracción medidas son del 18,3 % a 532 nm y del 9,1 % a 635 nm. La discrepancia proviene principalmente de que el tamaño de la viga sea mayor que el propio metasuperficie. Los perfiles medidos de la viga de orden cero muestran claramente que el tamaño del haz incidente es mayor que el metasuperficie (es decir, la parte excesiva del haz incidente va directamente al medidor de potencia sin interactuar con el metasuperficie, reduciendo la difracción eficiencia) (Figura 3).

Figure 1
Figura 1: Medición de potencia de haz difractado. (a) La configuración óptica para la iluminación láser. Los dos paneles siguientes muestran la potencia de haz difractada medida (b) a 532 nm y (c) a 635 nm. Dado que la potencia del haz láser no era consistente, las potencias de haz medidas se calculan promediando los valores registrados. Las barras de error de la figura representan los valores máximo y mínimo durante el tiempo de grabación. Esta cifra ha sido modificada de Yoon et al.10. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: Imágenes SEM del metasuperficie fabricada. (a ) Vista superior del metasuperficie. (inserción) Geometría de la celda de la unidad: longitud (L) a 150 nm, anchura (W) a 80 nm, altura (H) a 300 nm, y paso (P) a 240 nm. (b) Vista en perspectiva del metasuperficie. Esta cifra ha sido modificada de Yoon et al.10. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3: Perfiles de haz capturados por CCD tomados 14 cm detrás del metasuperficie. Los diámetros de la viga se pueden estimar en 3 mm a 532 nm y a 5 mm a 635 nm. Los ángulos de divergencia de haz correspondientes son de aproximadamente 2,5o y 4,1o, respectivamente. Los perfiles de haz capturados tienen motas láser, pero pueden ser eliminados por los difusores1 o la rejilla Dammann3,15. Esta cifra ha sido modificada de Yoon et al.10. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

Algunos pasos de fabricación deben llevarse a cabo cuidadosamente, para generar un metasuperficie que sea el mismo que el diseño original. En el proceso de desarrollo de resistencia, generalmente se prefiere una solución a baja temperatura. La condición estándar es la temperatura ambiente, pero la velocidad de reacción se puede reducir disminuyendo la temperatura de la solución a 0 oC. Aunque el tiempo de reacción correspondiente se hace más largo, se puede obtener un patrón más fino que con las condiciones estándar. El control del tiempo de reacción también es fácil debido a la baja velocidad de reacción. Otro paso crítico para un patrón fino es el secado de IPA después del desarrollo de resistencia. El gas N2 se mueve y evapora el resto del IPA en la muestra. Cierta cantidad de IPA no se mueve, creando islas distribuidas aleatoriamente. Si las islas IPA se forman y luego se evaporan, la muestra se dañará. Por lo tanto, para minimizar la formación de islas IPA, soplar fuerte es mejor que soplar débil, a menos que el sustrato se rompa por el fuerte flujo de aire. Un poder apropiado de la sonicación es útil para pelar claramente la película delgada. Después del paso de despegue, es posible comprobar si la película delgada se despega claramente o no mediante el uso de un microscopio óptico convencional. Afortunadamente, si alguna película delgada Cr permanece en el área estampada, es posible eliminar el residuo mediante un proceso de sonicación adicional. Esta es una ventaja considerable de la máscara Cr, porque las máscaras hechas de otros materiales, como el oro, son extremadamente difíciles de eliminar una vez que el residuo se seca.

EBL es un método eficaz para fabricar estructuras a nanoescala, pero este método sufre de un bajo rendimiento, lo que afecta a la fabricación a gran escala. Una forma de mejorar la productividad es haciendo moldes maestros, usando EBL, e imprimiendo el patrón usando el molde maestro. Este método se denomina litografía de nanoimimpresión. Aunque la fabricación del molde utilizando EBL toma mucho tiempo, el resultado es que los patrones se pueden transferir en poco tiempo, utilizando el molde que se puede utilizar repetidamente. Además, también es posible transferir el patrón a un sustrato flexible modificando los procesos de impresión.

En este trabajo, presentamos un proceso detallado para la fabricación de metasuperficies dieléctricas. El método no se limita a la aplicación de divisores de vigas; otras aplicaciones de metasuperficie, como lentes, hologramas y capas ópticas, se pueden realizar a través de este método. En comparación con las metasuperficies plasmónicas, las metasuperficies dieléctricas proporcionan una eficiencia mucho mayor en longitudes de onda visibles debido a las bajas pérdidas ópticas de dieléctricos. Por lo tanto, este protocolo puede allanar el camino para estudiar y desarrollar metasuperficies prácticas.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Este trabajo cuenta con el apoyo financiero de las subvenciones de la Fundación Nacional de Investigación (NRF-2019R1A2C3003129, CAMM-2019M3A6B3030637, NRF-2018M3D1A1058998, NRF-2015R1A5A1037668) financiado por el Ministerio de Ciencia y TIC (MSIT), República de 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Ingeniería Número 148 divisor de haz holograma de Fourier silicio amorfo hidrogenado litografía de haz de electrones grabado de iones reactivos de plasma acoplado inductivo deposición de vapor químico mejorada por plasma banda ancha independencia de polarización
Demostración de la generación de haz de igual intensidad por Metasurfaces dieléctricos
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Yoon, G., Lee, D., Rho, J.More

Yoon, G., Lee, D., Rho, J. Demonstration of Equal-Intensity Beam Generation by Dielectric Metasurfaces. J. Vis. Exp. (148), e59066, doi:10.3791/59066 (2019).

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