Terahertz Metamalzemeler de Yerdeğiştirme Akımı aracılığı Rezonansları için Nanopillar Tabanlı Bölünmüş Yüzük Rezonatörler Fabrikasyon

Bu protokol, nano ölçekli boşluklara sahip yeni nanosütun tabanlı bölünmüş halka rezonatör meta malzemeleri oluşturmak için altın galvanik kaplama ve atomik katman biriktirme yöntemlerini kullanır. Her fabrikasyon bölünmüş halka rezonatörü binlerce altın nanosütundan oluşur ve aralarındaki nano boşluklar boyunca yer değiştirme akımı ile tahrik edilir, bu da terahertz rezonanslarını uyarır. Yer değiştirme akımının büyüklüğü, nano boşlukların boyutu ile orantılıdır.

Nano boşlukların boyutu, rezonans frekanslarında ve genliğinde değişikliklere neden olan atomik katman biriktirme işleminin döngüleri değiştirilerek ayarlanabilir. İnce film bölünmüş halka rezonatörleri tarafından elde edilebilecek 11 kalite faktöründen 40 kat daha fazla olan yaklaşık 450'lik gelişmiş bir kalite faktörü elde edilebilir. İnce film bazlı rezonatörlerden 17 kat daha büyük bir frekans kayması da gözlemlenebilir.

Hem simüle edilmiş hem de ölçülen iletim spektrumları, nanopil tabanlı meta malzemelerin, yüksek hassasiyetli sensörler ve frekans çevik terahertz cihazları için ideal adaylar olduğunu göstermektedir. Taramalı elektron mikroskobundan elde edilen analitik sonuçlar, fabrikasyon nanosütun tabanlı ayrık halka rezonatörünü, iki bitişik altın nanosütunu ve aralarındaki 10 nanometre alüminyum oksit boşluklarını göstermektedir. Nanopil tabanlı bölünmüş rezonatörler, altın nanosütunlar ve 10 nanometre alüminyum oksit boşluğu içerir.

Bu yapı, yer değiştirme akımı yoluyla endüktif ve kapasitif rezonansı uyarır. Ona daha fazla enerji sağlarlar, bunlara giden enerjileri yüksek kalite faktörüne ve büyük frekans kaymasına yükseltirler. Yüksek Q değeri ve büyük frekans kayması nedeniyle, nanopil tabanlı bölünmüş rezonatör, biyomedikal ve kimyasal sensörler ve frekans ayarlama cihazları dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için uygundur.

Bu tekniğin elektron ışını litografisi ve kendi kendine montaj gibi mevcut yöntemlere göre ana avantajı, bu yöntemin, yalnızca geleneksel mikrofabrikasyon işlemiyle geniş bir alanda nano ölçekli yapıları gerçekleştirmek için sıralı bir elektrikkaplama işlemini ve atomik katman biriktirmeyi birleştirmesidir. Üretim süreci, elektron ışını litografisi ve kendi kendine montaja kıyasla çok daha hızlı ve basittir. Yüksek en-boy oranlı nano yapılar, hassas bir şekilde kontrol edilen özellik boyutları ile kolayca oluşturulabilir.

İlk olarak, düz bir alt tabaka üzerine çökeltme ve yapışma arttırıcı tabaka ve bir tohum tabakası. Ardından, fotolitografi ve galvanik kullanarak nanosütunları modelleyin. Atomik katman biriktirme kullanarak tüm yapı üzerinde nano ölçekli bir dielektrik katmanı düzgün bir şekilde kaplayın.

İkinci bir yapışma arttırıcı tabaka ve tohum tabakası daha sonra biriktirilir, ardından bir elektrokaplama biriktirme işlemi yapılır. Son olarak, fotolitografi ve iyon frezeleme kullanarak nanosütunları ve dielektrik nanoboşlukları kısmen aşındırarak C şeklinde bir ayrık halka rezonatörü oluşturun. Ardından, ultrasonikasyon banyosunda aseton kullanarak fotoğraf direncini çıkarın.

Alt tabaka hazırlığına dört inçlik yüksek dirençli silikon gofret ile başlayın. Silikon gofreti aseton, izopropil alkol ve deiyonize su ile temizleyin. Ardından nitrojen gazı ile kurutun.

Beş nanometre krom yapışma arttırıcı tabakası ve 10 nanometre bakır tohum tabakası biriktirmek için bir elektron ışını evaporatörü kullanın. Gofret'i iki santimetreye 2,5 santimetre parçalar halinde kesin. Ardından, 60 saniye boyunca 2.000 RPM'de iki mikrometrelik bir S1813 Fotorezist tabakası sıkın.

Alt tabakayı 115 santigrat derecede 60 saniye pişirin. Şimdi, 22 saniye boyunca ultraviyole ışığın santimetre karesi başına yaklaşık 15 miliwatt olan bir maske hizalayıcı kullanarak Fotorezisti nanopillar maskeye maruz bırakın. Nanopillar maske, beş milimetreye beş milimetre nanopillar dizilerine sahiptir.

Photoresist'i MF-319 geliştiricisinde 90 saniye boyunca çalkalama ile geliştirin. Numuneyi deiyonize su ile durulayın ve ardından nitrojen gazı ile kurutun. Elektrot bağlantısı için bakır tohum tabakasını açığa çıkarmak için aseton kullanarak alt tabaka üzerindeki Fotorezistin üst kısmını çıkarın.

Ardından, numuneyi altın galvanik çözeltiye batırın ve yaklaşık sekiz dakika boyunca 800 nanometrelik bir altın tabakayı elektrolizle kaplayın. Aseton kullanarak Fotorezisti çıkarın. Deiyonize su ile durulayın ve nitrojen gazı ile kurutun.

Numuneyi 10 saniye boyunca krom aşındırıcıya batırarak, ardından 10 saniye boyunca bakır aşındırıcıya batırarak numunenin yüzeyindeki krom ve bakır tabakayı çıkarın. Şimdi, atomik katman biriktirme kullanarak numuneyi 10 nanometrelik bir alüminyum oksit tabakası ile düzgün bir şekilde kaplayın. 10 nanometre alüminyum oksit tabakasının üzerine ikinci bir beş nanometre krom yapışma arttırıcı katmanın yanı sıra ikinci bir 10 nanometre bakır tohum tabakası yerleştirmek için bir elektron ışını buharlaştırıcı kullanın.

Alt tabaka üzerinde 400 nanometrelik bir altın filmi elektrolizle kaplamak için numuneyi 16 dakika boyunca altın galvanik solüsyona batırın. 60 saniye boyunca 2.000 RPM'de iki mikrometrelik bir S1813 Photoresist katmanını sıkın. Alt tabakayı 115 santigrat derecede 60 saniye pişirin.

UV ışığının santimetre karesi başına yaklaşık 15 miliwatt olan bir maske hizalayıcı kullanarak Fotorezisti 22 saniye boyunca C şeklindeki ayrık halkalı rezonatör maskesine maruz bırakın. MF-319 geliştiricisinde 90 saniye boyunca geliştirin. Yaklaşık 30 dakika boyunca bir iyon değirmeni sistemi kullanarak Fotorezist deseninin dışındaki yapıları aşındırın.

Bir ultrasonikasyon banyosunda aseton kullanarak Fotorezist'i çıkarın, ardından numuneyi aseton, izopropil alkol ve deiyonize su ile durulayın, ardından nitrojen gazı ile kurutun. Alternatif olarak, hava nanoboşlukları tercih edilirse, alüminyum oksidi çıkarmak için numuneyi beş dakika boyunca %5 hidrojen florür çözeltisine batırın. Nanopil tabanlı ayrık halka rezonatörlerini optik mikroskop altında inceleyin.

Optik görüntüleme, bir silikon substrat üzerinde iki adet beş milimetreye beş milimetre nanopil tabanlı bölünmüş halka rezonatör dizisini gösterir. Yakınlaştırılmış, optik mikroskop görüntüsü, C-şekilli nanosütun tabanlı bölünmüş halka rezonatör dizilerini gösterir. Altın nanopillar ve alüminyum oksit nano boşluklar, tek bir bölünmüş halka rezonatörünün yakınlaştırılmış görüntüsünde gözlemlenebilir.

Taramalı elektron mikroskobundan elde edilen analitik sonuçlar ayrıca fabrikasyon nanosütun tabanlı ayrık halka rezonatörünü, iki bitişik altın nanosütunu ve aralarındaki alüminyum oksit boşluklarını gösterdi. Hem beş nanometre alüminyum oksit boşlukları hem de 10 nanometre alüminyum oksit boşlukları, alüminyum oksit atomik katman biriktirme işleminin döngüleri kontrol edilerek kolayca üretilebilir. Bu sonuçlar, bu üretim sürecinin, büyük ölçekli bir substrat üzerinde binlerce nanopil bazlı ayrık halka rezonatörü üretebileceğini göstermektedir.

İşlem, nano boşlukların boyutu üzerinde hassas kontrol sağlar ve elektron ışını litografisi ve kendi kendine montaja kıyasla yüksek en-boy oranlı nanoyapıları kolayca üretebilir. Nanopil tabanlı ayrık halka rezonatörleri, binlerce altın nanosütun ve nano ölçekli boşluklar içerir. Nanopil tabanlı bölünmüş halka rezonatörlerinin rezonans frekansları ve genlikleri, nano boşlukların boyutu değiştirilerek kolayca ayarlanabilir, bu da onları biyomedikal sensörler ve frekans çevik cihazlar dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için uygun hale getirir.

Bu videoyu izledikten sonra, altın nanosütunlar arasında alüminyum oksit nano ölçekli boşluklar oluşturmak için iki aşamalı bir altın galvanik kaplama ve anatomik katman biriktirme işlemi kullanarak altın nanosütun tabanlı bölünmüş halka rezonatörlerinin nasıl yapıldığını iyi anlamış olmalısınız. İşlemin çalışma prensibini anlamak ve işlemde kullanılan her malzeme için doğru malzemeleri ve kalınlıkları seçmek önemlidir.