THz metamalzeme Emiciler Simülasyon, Üretimi ve Karakterizasyonu

Bu prosedürün genel amacı, bir terahertz metamateryal emici yapısını simüle etmek, imal etmek ve karakterize etmektir. İlk olarak, optimum metamateryal emici tasarımını oluşturmak için simülasyonlar gerçekleştirin. Ardından bu optimize edilmiş tasarımı üretin.

Ardından, Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisini kullanarak emicinin deneysel performansını değerlendirin. Elde edilen tek bantlı, çift bantlı ve geniş bantlı ertz metamateryal emici cihazlar, rezonans zirvesinde %80'den fazla absorpsiyon kapasitesine sahiptir. Ve uygun bir sensörle birleştiğinde, ertz görüntüleme ve spektroskopide uygulamaları vardır.

Üzerinde çalıştığımız teknoloji, metamateryal teknolojileri üzerinde çalışarak elde taşınabilecek küçük, taşınabilir terahertz görüntüleme sistemleri yapmamızı sağlayacak, barometre gibi sensörlerle entegre etmeyi umduğumuz, yüksek hızlı, yüksek hassasiyetli cihazlar elde edebilmeyi umuyoruz. Bu tekniğin etkileri, prototip terahertz Metamateryal Cihazlarının hızlı tasarım simülasyonu, üretimi ve karakterizasyonuna kadar uzanır. Bu yöntem sadece bir telesağlık metamateryal emicisinin nasıl üretileceğini göstermekle kalmaz, aynı zamanda filtreler, modülatörler, mükemmel lensler ve görünmezlik pelerinleri gibi diğer metamateryal cihazların ve bileşenlerin tasarımına ve imalatına da uygulanabilir.

İstenen absorpsiyon spektrumu özelliklerine sahip bir metamateryal emici tasarlamak için dergi makalesi protokolündeki simülasyon bölümünü takip edin. Silikonu optik berrak aseton ve izopropanolün sıralı çözeltilerinde temizleyin. Önce çözücüye 10 dakika boyunca 50 santigrat derecede daldırın ve ardından ultrasonik çalkalamaya tabi tutun.

Daha sonra, bir elektron ışını evaporatörü kullanarak silikon üzerine metal bir titanyum ve altın çift tabakasını buharlaştırın. İstenilen çalışma frekansında metal kalınlığının deri derinliğinden daha büyük olması gerektiğini unutmayın. Daha önce açıklandığı gibi çözücülerde temizledikten sonra, VM 651 astarını numunenin üzerine pipetleyin ve 20 saniye dinlenmeye bırakın.

Daha sonra numuneyi 4.000 RPM'de beş saniye döndürün ve 120 santigrat derecede 60 saniye boyunca bir temas sıcak plakasında pişirin. Poliamidi numunenin üzerine pipetleyin ve 20 saniye dinlenmeye bırakın. Dondurucudan çıkardıktan sonra poliamidin oda sıcaklığına ulaşmasına izin vermeyi unutmayın.

Bu, zaman içinde doldurma özelliklerini korumak içindir. Numuneyi önce 500 RPM'de negatif olana 100 RPM'lik bir ivme ile beş saniye boyunca döndürün ve 60 saniye boyunca negatif olana 500 RPM'lik bir ivme ile 6.000 RPM'ye yükseltin. Daha sonra numuneyi 140 santigrat derecede bir temas sıcak plakasında beş dakika pişirin.

Daha kalın bir poliamid film için, birden fazla katmanı sıkın veya son sıkma hızını azaltın. Poliamidi bir temas sıcak plakasında 220 santigrat derecede 10 dakika kürleyin. Ardından, 60 saniye boyunca 5.000 RPM'de numune dönüşüne %15 2010 PMMA yatırın.

Aseton kullanarak numunenin arka tarafına sürünen fazla direnci çıkarın. Daha sonra 180 derecelik konveksiyonlu fırında 30 dakika pişirin. Numune oda sıcaklığına soğuduktan sonra, numunenin üzerine %4 2041 PMMA koyun, döndürün ve daha önce gösterildiği gibi pişirin.

Şimdi, Tanner L.Edit kırımındaki iş dosyasını Beamer düzenine göre çokgenlere tasarlayın. Ve son olarak, Java tabanlı bell yazılımını kullanarak ışın yazıcısına gönderin. VB altı elektron ışını sürücüsünde santimetre kare 450 mikro curies dozu kullanarak istenen işi yazın.

Daha sonra, numuneyi 60 saniye boyunca 23 santigrat derecede IPA'ya bire bir MIBK çözeltisi içinde geliştirin. İzopropanol içinde durulayın. Ardından optik mikroskopta desen doğruluğunu kontrol edin.

Özellikler zayıf bir şekilde çözülürse, dirençli optik aseton ve izopropanolü çıkarın ve yeniden başlayın. Des bir gala kullanarak numuneyi oksijenle boşaltın, plazma hazırlama fıçı kerestesi daha sonra bir elektron ışını evaporatörü kullanarak 20 nanometre titanyum ve 150 nanometre altını buharlaştırın. Numuneyi ılık asetondan oluşan bir behere yerleştirin ve bir pipet kullanarak dört saat boyunca bir su banyosunda 50 santigrat dereceye ısıtın.

Numuneyi ılık asetonla bolca yıkayın. Şimdi, PMMA'nın bulunduğu alanlardan metal kalkıp kalkmadığını görmek için numuneyi gözle inceleyin. Kalkış yavaş ilerliyorsa, kabı iki dakika boyunca ultrasonik su banyosuna yerleştirin.

Son olarak, numuneyi optik mikroskop altında inceleyin. Fourier'e nitrojen beslemesini açın, kızılötesi spektrometreyi dönüştürün. Cıva ark lambasını açmak için spektrometre kontrol ünitesinin önündeki FIR düğmesine basın.

Altı mikronluk çok katmanlı ışın ayırıcıyı interferometre ünitesindeki uygun yuvaya yerleştirin. Ardından, spektrometrenin numune bölmesini boşaltın ve pike 30 derecelik yansıma ünitesini yerleştirin. Yedi milimetrelik diyafram açıklığını, yansıma birimi diyafram açıklığının üzerine yerleştirin ve bunun üzerine altın bir ayna yerleştirin.

Şimdi numune bölmesini beş milibarlık bir basınca boşaltın. Opus yazılımını başlatın ve 30 ila 300 ters santimetre aralığında ölçüm yapmak için yapılandırma dosyasını yükleyin. Dedektör bölmesinin önündeki LED'in yeşil renkte yanıp sönerek tarayıcının çalıştığını gösterdiğinden emin olun.

İnterferogramın şeklinin beklendiği gibi olup olmadığını kontrol edin. Arka plan spektrumunu elde etmek için 100 arka plan taraması yapın. Numune bölmesini havalandırın, aynayı çıkarın ve numuneyi yüzü aşağı bakacak şekilde diyafram açıklığına yerleştirin.

Numunenin merkezinin açıklığın ortasında olduğundan emin olun ve ardından numune bölmesini boşaltın. Ardından, örnek spektrumunu elde etmek için 1000 örnek taraması yapın. Yazılım, numune spektrumunu otomatik olarak arka planla karşılaştırır ve numunenin gerçek yansıma spektrumu ekranda görüntülenir.

Bu şekiller, farklı dielektrik ara parça kalınlıklarına sahip metamalzeme emiciler için absorpsiyon spektrumlarını göstermektedir. Elektrikli halka rezonatör yapısı olmayan 7,5 mikron kalınlığındaki poliamid numunesi, ilgilenilen frekans aralığı boyunca maksimum %5'lik bir absorpsiyona sahiptir. Deneysel veriler, %77 absorpsiyon büyüklüğünde 2.12 terahertz'de bir rezonans zirvesi göstermektedir.

Bu sonuç, 2.12 terahertz'de simüle edilen maksimum %81 absorpsiyon ile mükemmel bir uyum içindedir. Burada, bir ila 7,5 mikron arasında değişen farklı poliamid kalınlıkları için ve dielektriğin üç mikron silikon dioksit olduğu bir emici için aynı ERR geometrisine sahip MM emicilerden veriler üretilir. Poliamid kalınlığı bir mikrondan 3.1 mikrona çıktıkça pik absorpsiyonu artar.

Ancak 3.1 mikrondan daha büyük poliamid kalınlıklarında, tepe absorpsiyon değerinde hafif bir azalma olur. Poliamid kalınlığı bir mikrondan 7,5 mikrona yükseldikçe 0,25 terahertz'lik belirgin bir kırmızıya kayma gözlenir. Etkili geçirgenlik ve geçirgenlik, 3.1 mikron kalınlığında bir poliamid ara parçalayıcıya sahip simüle edilmiş MM emici için burada gösterildiği gibi S parametrelerinin ters çevrilmesi yoluyla simüle edilmiş verilerden çıkarılabilir.

Optik Konstanz'ın gerçek parçaları sıfıra yakın çaprazlanır, Maksimum absorpsiyon frekansında sıfır yansıma için gerekli bir koşul. Yüksek emilim anlamına gelen geçirgenliğin hayali bileşeninin bir zirvesi vardır. Erl. FDTD, MM yapısı içindeki absorpsiyonun yerini belirlemek için de kullanılabilir.

Bu grafikler, enerjinin çoğunluğunun ERR katmanında omik kayıp ve poliamidin ilk 500 nanometresinde dielektrik kayıp olarak dağıldığını açıkça göstermektedir. Bu katmanın altında, terahertz spektroskopisi gibi çeşitli uygulamalar, geniş bant terahertz absorpsiyonu sergileyen sensörler gerektirir. Bu tür geniş bant emilimini gerçekleştirmek için iki strateji geliştirdik.

İlk strateji, metalik RR ve dielektrik katmanların alternatif katmanlarını, farklı katmanlarda, farklı uzunluklarda çaprazlar halinde sürekli bir zemin düzleminin üzerine istifler, absorpsiyon spektrumunda birbirine yakın olarak konumlandırılmış birkaç rezonans modunu destekler. Dielektrik kalınlığı ayarlayarak, çok katmanlı yapı, elde edilen her rezonans frekansında ve geniş bant absorpsiyonunda boş alanla empedans eşleştirilebilir. Daha sonra, RS'yi bir saniyede birbirinin üzerine hizalamak için standart bir elektron ışını kayıt işlemi kullanılır. Strateji.

Dört renkli bir süper piksele dahil edilen dört R, tek bir dielektrik katman üzerine tasarlanmıştır. Böyle bir cihazın üretilmesi, çok katmanlı emiciden çok daha basittir. Bu grafik, belirtilen boyutlarda çok katmanlı bir mm emici için absorpsiyon spektrumunu ve simüle edilmiş verileri gösterir.

Tek katmanlı yapı, EM radyasyonunun% 78'inin emildiği 5.42 terahertz'de tek bir rezonans zirvesine sahiptir. Buna karşılık, üç katmanlı cihaz, 4.08 terahertz ila 5.94 terahertz arasında geniş bir frekans bandına sahip, absorpsiyonun %60'tan büyük olduğu, birbirine yakın konumlandırılmış üç rezonans zirvesine sahiptir. Bu dağılımlar, her bir ERR'nin bir kez ustalaştıktan sonra geniş bant emilimine katkıda bulunduğunu açıkça ortaya koymaktadır.

Bu teknik, uygun şekilde yapılırsa dört sekiz saatten daha kısa sürede yapılabilir. Bu prosedürü denerken, imalat adımlarını gerçekleştirirken metodik ve tutarlı olmayı unutmamak önemlidir. Bu filmi izledikten sonra, Metamateryal emiciler de dahil olmak üzere bir dizi ertz cihazı ve bileşeni yapmamızı sağlayan, kullandığımız mikro nano üretim teknolojileri hakkında çok iyi bir genel bakışa sahip olacaksınız.