High-Q Silisyum Nitrür Membran Rezonatörlerinin İmalatı ve Karakterizasyonu

Araştırmamız, bağımsız silikon nitrür ince filmlerin benzersiz optik ve mekanik özelliklerini keşfetmeyi amaçlamaktadır. Üretim prosedürümüz, bu cihazları hızlı bir şekilde tasarlamamıza ve karakterize etmemize olanak tanır ve bu da nano mekanik alanında daha hızlı ilerlemeler kaydetmemizi sağlar. İleriye baktığımızda, grubumuz bu cihazları, gemi ivmeölçerlerinde geliştirilecek açısal algılamanın kuantum özelliklerini incelemek ve bu masa üstü ölçekte fiziği araştırmak için deneyler tasarlamak için kullanmayı planlıyor.

Başlamak için temiz, çift taraflı silikon nitrür levha içeren bir cam Petri kabı edinin. Tek kullanımlık bir kılcal pipet kullanarak bir cam Petri kabının kenarına birkaç damla HMDS damlatın. Çeker ocak altında Petri kabını kapatın.

Sıcak bir tabakta 90 santigrat derecede bir dakika ısıtın. HMDS'yi buharlaştırmak ve silikon nitrüre yapışmasını sağlamak için. Astarlamadan sonra, gofreti bir döndürme kodlayıcının içine yerleştirin.

Şimdi dört mililitreden fazla olmayan S1813 Fotoğraf direncini çıkarmak için bir iğne ve şırınga kullanın. Şırıngayı hafifçe vurun ve hava kabarcıklarını gidermek için az miktarda sıvı dağıtın. Şırınga iğnesini güvenli bir şekilde çıkarın ve iki mikrometrelik bir filtre takın.

Şırıngayı tekrar hafifçe vurun ve filtredeki hava kabarcıklarını gidermek için üç ila beş damla dağıtın Büyük bir havuz oluşturmak için direnci damla damla gofretin ortasına bırakın. Havuz genişledikçe, ortada tutmak için direnci kenarına yakın bir yere yatırmaya devam edin. Devam etmeden önce görünen yüzey kabarcıklarını patlatmak için iğne ucunu kullanın.

Şimdi döndürme kodlayıcı kapağını kilitleyin ve gofret boyunca 1,5 mikrometre kalınlığında tek tip bir katman oluşturmak için dönmeye ayarlayın. Gofreti çıkarın ve yumuşak bir şekilde pişirmek için sıcak bir tabağa koyun. Bir dakika sonra gofreti sıcak plakadan çıkarın.

Cihaz modellerini tanımlamak için kaplanmış levhayı kütlesiz hizalama fotolitografi makinesine yükleyin. Global döndürme ve ofset hatalarını en aza indirmek için ortalayın. Doldurulan gofret dosyasını bilgisayara yükleyin ve MLA yazılımı için uyumlu bir biçime dönüştürün.

Üst yan katmanı rezonatör tasarımlarıyla desenlemeye başlayın. Hizalamadan sonra, ışın yoğunluğunu 140 nanometre dalga boyunda santimetre kare başına 375 milijoule'e ayarlayarak küresel dönüş hatası yük ışınına maruz kalma parametrelerini dahil etme seçeneğini seçin. Şimdi büyük bir tabağı yaklaşık 75 mililitre MF319 developer ve diğerini deiyonize su ile doldurun.

Fotolitografi pozlaması tamamlandıktan sonra levhayı fotolitografi makinesinden çıkarın. Ardından 20 saniye boyunca MF 3 1 9 geliştiricisine aktarın. Açıkta kalan direnci 40 saniye daha çalkalamak ve çıkarmak için çanağı dairesel hareketlerle hafifçe döndürün.

Ardından, kalan geliştiriciyi seyreltmek için gofreti deiyonize su kabına aktarın. Levhanın her iki tarafını da bir püskürtme tabancası kullanarak durulayın, levha yüzeyinde kalan suyu çıkarmak için sıkıştırılmış bir nitrojen gazı tabancası kullanın, hasarı önlemek için düşük basınç uygulayın ve doğru yönlendirme yapın. Direnç modellerini silikon nitrür filme aktarmak için geliştirilen gofreti reaktif bir iyon aşındırıcıya yükleyin.

Aşındırma işlemini verilen ayarlarla döngü başına beş saniye çalıştırın. Direnç tabakası tarafından korunmayan tüm gofret bölgeleri, alt tabakanın açığa çıktığını gösteren gümüşe dönene kadar işlemi tekrarlayın. Son olarak, arka taraf deseni için gofreti reaktif iyon aşındırıcıdan çıkarın.

Desenli rezonatörleri silikon substratlarından serbest bırakmak için. Gofret küp küp doğranır veya bölünür ve talaş ölçeğinde işlenir. Doğranmış cipsleri bantlarından dikkatlice soyun.

Direnci ve yüzey kirleticilerini gidermek için çipleri en az 30 saniye boyunca sonikasyonlu bir aseton banyosuna batırın. İsteğe bağlı olarak, silisyum nitrür filmi inceltmek veya kirletici maddelere yapışmış olanları çıkarmak için, dakikada 1,55 nanometre silisyum nitrürü çıkarmak için çipi %10'luk bir hidroflorik asit tampon çözeltisine batırın. Temiz çipi hemen çeker ocak altındaki özel bir PTFE tutucuya yerleştirin.

Talaş tutucu daha sonra 86 santigrat derecede tutulan %45'lik bir çözelti potasyum hidroksit banyosuna yavaşça indirilir. Düzgün bir termal gradyan sağlamak için çözeltiyi örtün. Rezonatörün etrafındaki silikon tamamen kazındıktan ve film serbest bırakıldıktan sonra, kabı sıcak plakadan çıkararak reaksiyonu durdurun.

Çipi açığa çıkarmadan, potasyum hidroksit çözeltisini kademeli olarak pipetleyin ve deiyonize su ile değiştirin, cihazın parçalanmasını önlemek için sıvı seviyesini her zaman çipin üzerinde tutun. Çapraz kontaminasyonu önlemek için talaş tutucuyu ve temiz bir beheri taze bir deiyonize su banyosuna aktarın. Ardından talaş tutucuyu deiyonize su içeren temiz behere aktarın.

Transferden sonra her iki beheri de çıkarın. Deiyonize suyu yavaş yavaş izopropil alkolle aynı şekilde değiştirin ve sıvı seviyesinin her zaman çipin üzerinde kalmasını sağlayın. Metanol ile tekrarlayın.

Son banyodan sonra çipi çıkarın ve hafif bir nitrojen akışı kullanarak cihaz düzlemi boyunca dikkatlice kurulayın. Cihaz, optik kol okuması ile eksi yedi milibar gücünde 10'un altında çalışan bir vakum odasında karakterize edilir. Optik bir kol ayarlamak için, bir fiber kolimatörün arkasına bir odaklama merceği ve odaklama merceği ile numune arasına bir ışın ayırıcı yerleştirin.

Ölçülen en büyük özelliğe benzer bir nokta boyutuyla paralelleştirilmiş bir lazer ışınını numuneye odaklayın. Lazer ışınını, daha sonraki hizalamayı basitleştiren bir optik fibere retro yansıtarak numune üzerindeki normal olaylara yakın hizalayın. Hassasiyeti en üst düzeye çıkarmak için yansıyan ışın yolu boyunca, ışının ray uzunluğunun ötesine yerleştirilmiş dengeli bir foto dedektör yerleştirin.

Bölünmüş veya kadran foto dedektöründeki lazer olayı ile dedektör çıkışı bir sayısallaştırıcıya gönderilir. Hızlı Fourier dönüşümü yöntemini kullanarak sinyalin gerçek zamanlı güç spektral yoğunluğunu hesaplayın. Belirli mod tepe noktalarını belirlemek için, geniş bant sinyalindeki termal gürültü tepe noktalarının konumunu simülasyonlardan tahmin edilen Özfrekanslarla karşılaştırın.

Bir kök alın, tepe noktalarını doğrulamak için birkaç güç spektral yoğunluk tahmininin kare ortalaması anlamına gelir. Depolanan enerjiyi ölçmek için rezonans frekansında güç spektral yoğunluk zirvesinin altındaki integrali izleyerek enerji halkasını aşağı doğru çekmeye başlayın. Modu çalıştırmak için, yan tarafa bir Piezo Aktüatör yerleştirerek veya numuneye ikinci bir lazer ışını göndererek enerji uygulayın, rezonans frekansında Piezo voltajını veya ışın yoğunluğunu modüle edin.

Sürücü durdurulduğunda, sönümleme oranını belirlemek için salınım enerjisinin üstel azalmasını izleyin. Ardından, rezonans frekansını sönümleme oranına bölerek modal Q'yu hesaplayın Şerit geometrisinin COMSOL simülasyonları, 53 kilohertz eğilme modu ve 70 kilohertz burulma modu ortaya çıkardı. Eğilme modu, şeridin merkezi ile radyusları arasında en büyük açısal yer değiştirmeye sahiptir.

Her biri 12 milimetre karelik 37 çipten oluşan ve imalat için çeşitli geometriler gösteren bir GDS2 tasarımı oluşturuldu. Güç spektral yoğunluk analizi, optik kolun her iki modun açısal yer değiştirmesini okumadaki etkinliğini gösterir.