Fotonik Kristal Yavaş Işık Dalga Kılavuzları Ve Çürükler Üretimi ve Karakterizasyonu

Bu prosedürün genel amacı, bir fotonik kristal yavaş ışık dalgası kılavuzu veya boşluğu üretmek ve karakterize etmektir. Bu, ilk olarak yalıtkan çip üzerindeki silikonun elektron ışını litografisi için hazırlanması, çipin ZEP beş 20 a dirençle temizlenmesi ve döndürülerek kaplanmasıyla gerçekleştirilir. İkinci adım, desen tanımı için elektron ışını litografisi ve geliştirme için ksilen kullanarak fotonik kristal desenini ortaya çıkarmak ve geliştirmektir.

Daha sonra, numuneyi reaktif iyon aşındırıcıda plazma aşındırarak fotonik kristal deseni çipin üst silikon katmanına aktarın. Son adım, hidroflorik asit içindeki silikayı aşındırarak gömülü oksit tabakasını çıkarmaktır. Bu, membran fotonik kristal cihazları, başka bir deyişle, silikon fotonik kristal tabakasının hem üstünde hem de altında hava bulunan cihazları oluşturur.

Sonuç olarak, numune fotonik kristal boşluklardan oluşuyorsa, numune interferometre tabanlı yavaş ışık deneyi arasında fotonik kristal dalga kılavuzları içeriyorsa, cihaz optik olarak karakterize edilir. Bunun yerine, karakterizasyon için bir rezonans saçılma tekniği kullanılır. Çalışmamızın amacı, fotonik nanoyapılarda hafif madde etkileşimini incelemek ve yeni cihazlar yapmak ve bu tür yapılardaki ilginç kavramları keşfetmektir.

Bu işin fiziğine odaklanabilmek ve konsantre olabilmek için güvenilir bir üretim protokolüne ihtiyacımız var. Çok güvenilir ve kullanışlı bulduğumuz yalıtkan üzerinde silikona dayalı bir protokol geliştirdik ve bu protokolü daha geniş bir kullanıcı ve diğer araştırmacı yelpazesine sunarak bu alanda daha fazla aktiviteyi teşvik etmeyi umuyoruz. Tory kristal dalga kılavuzlarının yavaş ömrünün karakterizasyonuna gelince, tekniğimiz çip üzerinde interferometrik bileşenler veya hareketli Parçalar gerektirmediği için basitliği ve gücü ile öne çıkıyor.

Bu rezonans saçılma tekniğinin mevcut yöntemlere göre ana avantajı, fotonik kristal boşlukların karakterizasyonuna ve genellikle dahili bir ışık kaynağı gerektiren düzlem dışı bir düzenlemeye izin vermesidir. Ardından, kalan asetonu çıkarmak için numuneyi 30 saniye boyunca izopropanol içine aktarın ve temiz, kuru bir nitrojen tabancası kullanarak kurutun. Ardından, gofreti bir sıkma kodlayıcıya yerleştirin ve numuneyi tamamen kaplayacak kadar CEP 5 28 Photoresist üzerine pipetleyin.

350 nanometre kalınlığında bir film elde etmek için numuneyi 60 saniye boyunca 3.200 RPM'de döndürün. Gofretleri sıkma kodlayıcıdan çıkarın ve 180 derecede sıcak bir tabakta 10 dakika pişirin. Çip soğuduktan sonra, elektron ışını litografi sisteminin desen pozlama odasına yerleştirin ve tam vakum elde edildiğinde aşağı pompalayın.

Hızlanma voltajını 30 kilovolta ayarlayın ve sistemi bir saat dengede bırakın. Daha sonra numuneyi santimetre kare başına 55 mikro amperlik bir alan dozu ile maruz bırakın. İki nanometrelik bir adım boyutu kullanarak.

Numuneyi 45 saniye boyunca 23 santigrat derecede ksilenin içine yerleştirerek geliştirin. Daha sonra kalan ksileni izopropanol ile durulayın. Reaktif iyon aşındırma odasını temizledikten sonra, numuneyi yükleyin ve sistemi üç kattan daha az bir şekilde 10 üzeri eksi altıya kadar pompalayın.

Milibar Daha sonra, 100 SECM'de bire bir oranında Flor ve kükürt hekza florür içinde akıtarak hazneyi ön koşullandırın ve gazların en az 10 dakika akmasına izin verin. Ardından, RF gücünü 20 watt'a ayarlayın ve bir plazmayı ateşleyin. Numuneyi yaklaşık iki dakika aşındırın, aynı zamanda beş çarpı 10 ila negatif iki mili barlık bir oda basıncının korunduğundan emin olun.

Daha sonra numuneyi çıkarın ve durulayarak temizleyin. 1165 yılında, bir ila iki dakika boyunca ultrasonik çalkalama ile çıkarın, ardından aseton ve izopropanol ile çıkarın. Membran izolasyonuna başlamak için, numuneyi UV ışınlarına duyarlı fotorezist micros S 1818 G iki ile kaplayın.

Uygun bir fotoğraf maskesi kullanarak. UV maskesi hizalayıcısını kullanarak fotonik kristal desenlerinin üzerindeki direnç içindeki pencereleri tanımlayın. Numuneyi yaklaşık 30 ila 45 saniye maruz bırakın.

Mikro konum geliştiricisi MF 3 1 9'da 30 ila 45 saniye boyunca fotoğraf direncini geliştirin. Daha sonra durulama ve deiyonize su. Daha sonra, numuneyi bir kısım hidroflorik asit içinde 15 dakika boyunca beş kısım deiyonize suya aşındırın.

Aşındırma işleminden sonra, numuneyi iyice durulayın ve deiyonize su. Kalan fotorezisti aseton kullanarak beş dakika boyunca veya numune temiz görünene kadar çıkarın. Daha sonra durulayın, izopropanol ve nitrojen ile kurutun.

Daha sonra, numuneyi üç kısım sülfürik asit ile bir kısım hidrojen peroksit içeren bir piana banyosunda beş dakika boyunca temizleyin. Daha sonra numuneyi deiyonize su, aseton ve izopropanol içinde durulayın. Son olarak, çipin her iki tarafında küçük çizikler yaparak, çizikleri bir cam sürgünün kenarı ile aynı hizaya getirerek ve çizik çizgileri boyunca ayrılmak için baskı uygulayarak numuneyi sıkılaştırın.

Yavaş ışık fotonik kristal dalga kılavuzlarının iletim ve grup indeks eğrilerini ölçmek için, ekteki protokolde ayrıntılı olarak açıklandığı gibi burada gösterilen sahte bir zender interferometrik algılama sistemi kurun. Ardından, çipi yerine yerleştirin ve ışığı boş bir sırt dalga kılavuzuna bağlayın. Referans kolu uzunluğu numune kolundan daha kısa olana kadar gecikme aşamasını ayarlayın.

Gecikme aşamasını ayarlamaya devam edin ve iletilen gücü optik spektrum analizörünün sürekli bir kaplaması aracılığıyla gözlemleyin. 10 nanometre dalga boyu aralığında dört ila 10 saçak gözlemlenene kadar ayarlayın. Ayarlandıktan sonra, ölçümler boyunca gecikme çizgisini sabit tutun.

Ardından, 0,05 ila 0,1 nanometre çözünürlük kullanarak optik spektrum analizörü üzerindeki boş dalga kılavuzunun üç taramasını çalıştırarak kurulumu kalibre edin. Girişim spektrumu için bir tarama ve iki kolun her biri için ayrı ayrı bir tarama. Ölçülen her spektrumu kaydedin.

Ardından, çip üzerindeki her fotonik kristal dalga kılavuzunda aynı üç taramayı çalıştırın. Son olarak, bir fotonik kristal dalga kılavuzunun örnek spektrumunu boş dalga kılavuzundakine normalleştirerek iletim eğrisini hesaplayın. Ayrıca, protokolde açıklandığı gibi girişim spektrumlarından grup indeks eğrisini hesaplayın.

Numuneyi, diferansiyel tahrikli bir XY, Z mikro bloğu üzerine polarizörün eksenine 45 derecelik bir oryantasyonla dikey olarak monte ederek başlayın ve mikro bloğu, numune odakta olacak ve güçlendirilmiş bir spontan emisyon kaynağı kullanan kamera ile bir boşluk görülebilecek şekilde ayarlayın. Işını boşluğun merkeziyle hizalayın. Ardından, orta çözünürlükte bir yük ile geniş bir tarama başlatın.

Boşluk tepe noktalarını belirlemek için, artı veya eksi bir nanometre hassasiyetle güçlendirilmiş spontan emisyon taramasında rezonansın rota dalga boyunu elde edin. Boşluk tepe noktaları belirlendikten sonra, mikro watt seviyelerine zayıflatılmış ayarlanabilir lazer kaynağı ile yüksek çözünürlüklü taramalar gerçekleştirin. Daha önce bulunan rezonans dalga boyunda merkezlenmiş iki nanometre aralığı için bir piko metre çözünürlüğü ile tarayın.

Mikro bloğun XY, Z konumunu değiştirin ve sinyal-gürültü oranı maksimize edilene ve çizgi şekli burada gösterilen bir lian'ınkine yakın olana kadar taramayı yeniden çalıştırın. Reaktif iyon aşındırma sistemi ile başarılı aşındırma, silikonun her iki yüzeyinde deliklerde genişleme olmayan ve dikey yan duvarlara sahip bir numune üretir. Basınç, güç ve zaman ayarlarının tümü ideal yapı oluşturma için optimize edilmiştir.

Reaktif iyon aşındırma basıncı optimumun üzerinde olduğunda, basınçtaki artış fotonik kristal duvarda bir açıya neden olur. RF gücündeki artışlar, sağda gösterilen fotonik kristal deliklerinin genişlemesi gibi kristalde düzensizliklere de neden olabilir. Çok fazla pozlama süresi, fotorezistin bozulması nedeniyle bir etki kombinasyonuna neden olur ve bu da fotonik kristal deliklerin ve açılı yan duvarların genişlemesine neden olur.

Boş bir dalga kılavuzu, tüm dalga boyu aralığı boyunca eşit olarak dağılmış saçaklarla sonuçlanır. Boşluk, 80 mikrometre uzunluğunda tasarlanmış bir yavaş ışık fotonik kristal dalga kılavuzu ile değiştirildiğinde, saçaklar 1.575 nanometrenin üzerindeki dalga boylarında daha yoğun hale gelir ve hızlı ışık rejiminden yavaş ışık rejimine geçişi işaret eder. Bu yöntem, 80 mikrometre uzunluğundaki bir kılavuz için aşırı 100 ve 300 mikrometre uzunluğundaki bir kılavuz için neredeyse 90 olan ölçülen grup indeksleri sağlar.

T Noble lazer kaynağı ile yapılan yüksek çözünürlüklü taramalar, yaklaşık 1.562 nanometre dalga boyunda 43.855'lik doğru Q faktörü analizi için ideal olarak bir Lian çizgisi şekli üretecektir. Az önce tanımladığımız protokol, 1550 nanometrelik önemli telekomünikasyon dalga boyu aralığındaki fotonik kristal dalga kılavuzları ve boşluklar için optimize edilmiştir. Açıkçası, eşit derecede talepkar olan diğer dalga kılavuzları türlerini de yapabiliriz.

Bunu farklı dalga boylarında da yapabiliriz ve tüm bu detayları topluluğa sunarak, diğer insanların da bunu farklı malzemelerde ve diğer uygulamalarda denemek için ilham alacağını umuyoruz. Spektral interferometri ve foer dönüşüm analizine dayanan ölçüm tekniğimizle, çok basit bir optik kurulumla 100'den fazla grup indeksini ölçebiliyoruz. Boşluk karakterizasyon tekniği, rezonans mosunun kalite faktörünün belirlenmesi gibi fotonik kristal nano boşlukların spektral özelliklerinin hızlı, basit ve müdahaleci olmayan bir karakterizasyonuna izin verir.