Name: demonstration of equal-intensity beam generation by dielectric metasurfaces
Uploaded: 2019-06-07T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Demonstration of Equal-Intensity Beam Generation by Dielectric Metasurfaces at JoVE.com

Diese Arbeit wird finanziell durch Stipendien der National Research Foundation (NRF-2019R1A2C3003129, CAMM-2019M3A6B3030637, NRF-2018M3D1A1058998, NRF-2015R1A5A1037668) finanziert, die vom Ministerium für Wissenschaft und IKT (MSIT) koreas finanziert wird.

1. Herstellung der dielektrischen Metaoberfläche
<ol><li>Vorreinigung eines geschmolzenen Kieselsäuresubstrats
	<ol>
<li>Bereiten Sie ein doppelseitig poliertes, geschmolzenes Kieselsäuresubstrat (Länge: 2 cm; Breite: 2 cm; Dicke: 500 m) vor.</li>
		<li>Tauchen Sie das geschmolzene Kieselsäuresubstrat in 50 ml Aceton ein und leiten Sie den Beschallungsprozess für 5 min bei 40 kHz.</li>
		<li>Tauchen Sie das Substrat in 50 ml 2-Propanol (IPA) ein und leiten Sie den Beschallungsprozess für 5 min b...

<ol>
	<li>Khorasaninejad, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metalenses+at+visible+wavelengths:+Diffraction-limited+focusing+and+subwavelength+resolution+imaging.">Metalenses at visible wavelengths: Diffraction-limited focusing and subwavelength resolution imaging.</a> Science. 352 (6290), 1190-1194 (2016).</li><li>Chen, W. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+broadband+achromatic+metalens+for+focusing+and+imaging+in+the+visible.">A broadband achromatic metalens for focusing and imaging in the visible.</a> Nature Nanotechnology. 13 (3), 220-226 (2018).</li><li>Zheng, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metasurface+holograms+reaching+80%+efficiency.">Metasurface holograms reaching 80% efficiency.</a> Nature Nanotechnology. 10 (4), 308-312 (2015).</li><li>Devlin, R. C., Khorasaninejad, M., Chen, W. T., Oh, J., Capasso, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Broadband+high-efficiency+dielectric+metasurfaces+for+the+visible+spectrum.">Broadband high-efficiency dielectric metasurfaces for the visible spectrum.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 113 (38), 10473-10478 (2016).</li><li>Yoon, G., Lee, D., Nam, K. T., Rho, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pragmatic+Metasurface+Hologram+at+Visible+Wavelength:+The+Balance+between+Diffraction+Efficiency+and+Fabrication+Compatibility.">Pragmatic Metasurface Hologram at Visible Wavelength: The Balance between Diffraction Efficiency and Fabrication Compatibility.</a> ACS Photonics. 5 (5), 1643-1647 (2018).</li><li>Yoon, G., Lee, D., Nam, K. T., Rho, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term="Crypto-Display"+in+Dual-Mode+Metasurfaces+by+Simultaneous+Control+of+Phase+and+Spectral+Responses.">"Crypto-Display" in Dual-Mode Metasurfaces by Simultaneous Control of Phase and Spectral Responses.</a> ACS Nano. 12 (7), 6421-6428 (2018).</li><li>Ni, X., Wong, Z. J., Mrejen, M., Wang, Y., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+ultrathin+invisibility+skin+cloak+for+visible+light.">An ultrathin invisibility skin cloak for visible light.</a> Science. 349 (6254), 1310-1314 (2015).</li><li>Khorasaninejad, M., Crozier, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon+nanofin+grating+as+a+miniature+chirality-distinguishing+beam-splitter.">Silicon nanofin grating as a miniature chirality-distinguishing beam-splitter.</a> Nature Communications. 5, 5386 (2014).</li><li>Zhang, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoscale+beam+splitters+based+on+gradient+metasurfaces.">Nanoscale beam splitters based on gradient metasurfaces.</a> Optics Letters. 43 (2), 267 (2018).</li><li>Yoon, G., Lee, D., Nam, K. T., Rho, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geometric+metasurface+enabling+polarization+independent+beam+splitting.">Geometric metasurface enabling polarization independent beam splitting.</a> Scientific Reports. 8 (1), 9468 (2018).</li><li>Goodman, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Introduction to Fourier Optics. , (2005).</li><li>Gerchberg, R. W., Saxton, W. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+practical+algorithm+for+the+determination+of+the+phase+from+image+and+diffraction+plane+pictures.">A practical algorithm for the determination of the phase from image and diffraction plane pictures.</a> Optik. 35 (2), 237-246 (1972).</li><li>Yoon, G., Kim, I., Rho, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Challenges+in+fabrication+towards+realization+of+practical+metamaterials.">Challenges in fabrication towards realization of practical metamaterials.</a> Microelectronic Engineering. 163, 7-20 (2016).</li><li>Zhou, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+Silicon+Metasurfaces+for+Visible+Light.">Efficient Silicon Metasurfaces for Visible Light.</a> ACS Photonics. 4 (3), 544-551 (2017).</li><li>Dammann, H., G&#246;rtler, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-efficiency+in-line+multiple+imaging+by+means+of+multiple+phase+holograms.">High-efficiency in-line multiple imaging by means of multiple phase holograms.</a> Optics Communications. 3 (5), 312-315 (1971).</li></ol>

Einige Fertigungsschritte sollten sorgfältig durchgeführt werden, um eine Metaoberfläche zu erzeugen, die mit dem ursprünglichen Design identisch ist. Im Widerstandsentwicklungsprozess wird in der Regel eine Niedertemperaturlösung bevorzugt. Der Standardzustand ist die Raumtemperatur, aber die Reaktionsgeschwindigkeit kann verlangsamt werden, indem die Lösungstemperatur auf 0 °C verringert wird. Obwohl die entsprechende Reaktionszeit länger wird, kann ein feineres Muster als bei Standardbedingungen erhalten werde...

Metaoberflächen, bestehend aus zweidimensionalen Subwellenlängenantennen-Arrays, haben viele vielversprechende optische Funktionalitäten gezeigt, wie z.B. achromatische Linsen1,2, Hologramme3,4,5 ,6und optische Umhänge7. Herkömmliche sperrige optische Komponenten können durch ultradünne Metaoberflächen ersetzt werden, während die ursprünglichen Funktionalitäten erhalten bleiben. Ein Strahlteiler ist z. B. ein optisches Gerät, das verwendet wird, um einen einfallenden Strahl in zwei Strahlen zu trennen. Typische Strahlsplitter werden durch die Kombination von zwei dreieckigen Prismen hergestellt. Da ihre Schnittstelleneigenschaften die Eigenschaften der Strahlspaltung bestimmen, ist es schwierig, die physische Größe ohne funktionelle Verschlechterung zu reduzieren. Andererseits können ultradünne Strahlsplitter mit Metaflächen realisiert werden, die mit einem eindimensionalen linearen Phasengradienten8,9kodiert sind. Die Dicke der Metaoberflächen ist kleiner als ihre Arbeitswellenlängen, und die Trenneigenschaften können durch die Phasenverteilung gesteuert werden.
Wir haben einen Metaoberflächenstrahl-Splitter entwickelt, der gleich intensive Strahlen erzeugen kann, unabhängig von den einfallenden Polarisationszuständen10. Diese Eigenschaft stammt aus einem Fourier Hologramm. Aufgrund des Bildes von zwei weißen Flecken auf schwarzem Hintergrund ist das erzeugte Hologramm von der Metaoberfläche das gleiche wie das codierte Bild. Das Fourier-Hologramm hat keine spezifische Brennweite, so dass das kodierte Bild im gesamten Raum hinter der Metaoberfläche11beobachtet werden kann. Wenn das gleiche Zwei-Punkt-Bild hinter der Metaoberfläche erzeugt wird, funktioniert es auch als Strahlsplitter. Das Fourier-Hologramm durch die Metaoberfläche erzeugt ein invertiertes Bild, das als Zwillingsbild bezeichnet wird, in Bezug auf die orthogonalen Polarisationszustände. Das Zwillingsbild wird in der Regel als Rauschen betrachtet. Das in dieser Metaoberfläche kodierte Zwei-Punkt-Bild ist jedoch ursprungssymmetrisch, was zu einer perfekten Überlappung der Original- und Zwillingsbilder führt. Da alle Polarisationszustände durch eine lineare Kombination von Rechtshand- (RCP) und Linkshand-Kreispolarisationen (LCP) dargestellt werden können, zeigt das hier beschriebene Gerät die polarisationsunabhängige Funktionalität.
Hier stellen wir ein Protokoll zur Herstellung und optischen Charakterisierung von dielektrischen Metaoberflächen vor, das die Erzeugung von Gleich-Intensität-Strahlen ermöglicht. Die Phasenverteilung dieses Geräts wird aus dem Gerchberg-Saxton (GS)-Algorithmus abgerufen, der in der Regel für phasengebundene Hologramme verwendet wird12. a-Si:H von 300 nm Dicke wird mit PECVD auf dem geschmolzenen Kieselsäuresubstrat abgelagert. Eine Cr-Maske wird auf dem a-Si:H-Film mit EBL definiert. Das Maskenmuster entspricht der phasenweise, die vom GS-Algorithmus abgeleitet wird. ICP-RIE wird ausgenutzt, um den a-Si:H-Film entlang der Cr-Maske zu ätzen. Der Rest der Cr-Maske wird von Cr etchant entfernt, der die Probenherstellung fertigstellt. Die optische Funktionalität der hergestellten Metaoberfläche wird durch ein maßgeschneidertes optisches Setup charakterisiert. Wenn ein Laserstrahl auf die Metaoberfläche einfällt, wird der übertragene Strahl in drei Teile getrennt, nämlich zwei diffracted Strahlen und ein Null-Ordnungsstrahl. Die diffrierten Balken weichen von einer Verlängerung des Einfallsbalkenpfads ab, während der Null-Ordnungsbalken ihm folgt. Um die Funktionalität dieses Geräts zu überprüfen, haben wir die Strahlleistung, das Strahlprofil und den diffracted Winkel mit einem Leistungsmesser, CCD und einem Winkelmesser gemessen.
Alle verwendeten Fertigungsprozesse und Materialien sind für die Zielfunktionalität optimiert. Bei sichtbaren Arbeitsfrequenzen sollten die einzelnen Antennengrößen ein paar hundert Nanometer betragen, und das Material selbst sollte bei sichtbaren Wellenlängen einen geringen optischen Verlust aufweisen. Bei der Definition solcher kleinen Strukturen sind nur wenige Arten von Herstellungsmethoden anwendbar. Typische Photolithographie sowie direktes Laserschreiben sind aufgrund der Beugungsgrenze nicht in der Lage, die Herstellung zu ermöglichen. Fokussiertes Ionenstrahlfräsen kann verwendet werden, aber es gibt kritische Probleme der Galliumkontamination, der Abhängigkeit von Musterdesigns und der langsamen Prozessgeschwindigkeit. Praktisch ist EBL die einzige Möglichkeit, die Herstellung vonMetaoberflächen zu erleichtern, die mit sichtbaren Frequenzen 13 arbeiten.
Dielektrika werden in der Regel aufgrund des unvermeidlichen ohmschen Verlustes von Metallen bevorzugt. Der optische Verlust von a-Si:H ist niedrig genug für unseren Zweck. Obwohl der optische Verlust von a-Si:H nicht so gering ist wie verlustarme Dielektrika wie Titandioxid1,4 und kristallines Silizium14,ist die Herstellung von a-Si:H viel einfacher. Typische Verdampfungs- und Sputterprozesse sind nicht in der Lage, eine a-Si:H-Folie absetzen zu können. PECVD ist in der Regel erforderlich. Während des PECVD-Prozesses werden einige Wasserstoffatome aus SiH4- und H2-Gasen unter den Siliziumatomen eingeschlossen, was zu einem a-Si:H-Film führt. Es gibt zwei Möglichkeiten, a-Si:H-Muster zu definieren. Das eine ist die Ablagerung von a-Si:H auf einem gemusterten Photoresist, gefolgt vom Abhebevorgang, und das andere ist die Definition einer Ätzmaske auf dem a-Si:H-Film, gefolgt vom Ätzprozess. Ersteres eignet sich gut für Verdampfungsprozesse, aber es ist nicht einfach, a-Si:H-Folie mittels Verdunstung abzulagern. Daher ist letzteres der optimale Weg, um a-Si:H-Muster zu machen. Cr wird als Ätzmaskenmaterial wegen seiner hohen Ätzselektivität mit Silizium verwendet.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Plasma enhanced chemical vapor deposition</td>
			<td>BMR Technology</td>
			<td>HiDep-SC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electron beam lithography</td>
			<td>Elionix</td>
			<td>ELS-7800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E-beam evaporation system</td>
			<td>Korea Vacuum Tech</td>
			<td>KVE-E4000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inductively-coupled plasma reactive ion etching</td>
			<td>DMS</td>
			<td>-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic cleaner</td>
			<td>Honda</td>
			<td>W-113</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E-beam resist</td>
			<td>MICROCHEM</td>
			<td>495 PMMA A2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resist developer</td>
			<td>MICROCHEM</td>
			<td>MIBK:IPA=1:3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conducting polymer</td>
			<td>Showa denko</td>
			<td>E-spacer</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chromium etchant</td>
			<td>KMG</td>
			<td>CR-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>J.T. Baker</td>
			<td>925402</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-propanol</td>
			<td>J.T. Baker</td>
			<td>909502</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chromium evaporation source</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>EVMCR35D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collimated laser diode module</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>CPS-635</td>
			<td>wavelength: 635 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ND:YAG laser</td>
			<td>GAM laser</td>
			<td>GAM-2000</td>
			<td>wavelength: 532 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>power meter</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>S120VC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CCD Camera</td>
			<td>INFINITY</td>
			<td>infinity2-2M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ND filter</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>NCD-50C-4-A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linear polarizer</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>LPVISA100-MP2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lens</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>LB1676</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iris</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>ID25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Circular polarizer</td>
			<td>Edmund optics</td>
			<td>88-096</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sample holder</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>XYFM1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PECVD software</td>
			<td>BMR Technology</td>
			<td>HIDEP</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

demonstration of equal-intensity beam generation by dielectric metasurfaces

Das Fertigungs- und Charakterisierungsprotokoll für einen Metaoberflächenstrahlteiler, der die Erzeugung von Gleich-Intensitätsstrahlermöglicht, wird demonstriert. Hydriertes amorphes Silizium (a-Si:H) wird auf dem geschmolzenen Kieselsäuresubstrat unter Verwendung von plasmaverstärkter chemischer Dampfabscheidung (PECVD) abgelagert. Typisches amorphes Silizium, das durch Verdunstung abgelagert wird, verursacht einen schweren optischen Verlust, der den Betrieb bei sichtbaren Frequenzen beeinträchtigt. Wasserstoffatome im inneren amorphen Silizium-Dünnfilm können die strukturellen Defekte reduzieren und den optischen Verlust verbessern. Für den Betrieb von Metaoberflächen in den sichtbaren Frequenzen werden Nanostrukturen von wenigen hundert Nanometern benötigt. Herkömmliche Photolithographie oder direktes Laserschreiben ist bei der Herstellung solcher kleinen Strukturen aufgrund der Beugungsgrenze nicht möglich. Daher wird die Elektronenstrahllithographie (EBL) verwendet, um eine Chrommaske (Cr) auf dem dünnschichtigen Film zu definieren. Während dieses Prozesses wird der exponierte Widerstand bei einer kalten Temperatur entwickelt, um die chemische Reaktion zu verlangsamen und die Musterkanten schärfer zu machen. Schließlich wird a-Si:H entlang der Maske geätzt, mit induktiv gekoppelter Plasma-reaktiver Ionenätzung (ICP-RIE). Die demonstrierte Methode ist für großflächige Fertigung aufgrund des geringen Durchsatzes von EBL nicht machbar, kann aber durch die Kombination mit Nanoimprint-Lithographie verbessert werden. Das gefertigte Gerät zeichnet sich durch ein maßgeschneidertes optisches Setup aus Laser, Polarisator, Linse, Leistungsmesser und ladungsgekoppeltem Gerät (CCD) aus. Durch Ändern der Laserwellenlänge und Polarisation werden die Beugungseigenschaften gemessen. Die gemessenen diffracted Strahlkräfte sind immer gleich, unabhängig von der einfallenden Polarisation, sowie Wellenlänge.

Die Messergebnisse zeigen die polarisationsunabhängige Funktionalität des hier vorgestellten Gerätes (Abbildung 1). Die gemessenen Strahlkräfte der Beugungsreihenfolgen von m = 1 sind gleich, unabhängig vom einfallenden Polarisationszustand (d. h. RCP, LCP und linearer Polarisation). Da beliebige Polarisationszustände durch die lineare Kombination von RCP und LCP zerlegt werden können, kann die Funktionalität des Geräts unabhängig von Polarisationszuständen beibehalten werden. Die...

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Demonstration of Equal-Intensity Beam Generation by Dielectric Metasurfaces

Demonstration der Gleich-Intensitätsstrahlerzeugung durch dielektrische Metaoberflächen

Ein Protokoll zur Herstellung und optischen Charakterisierung von dielektrischen Metaoberflächen wird vorgestellt. Diese Methode kann nicht nur auf die Herstellung von Strahlsplittern, sondern auch von allgemeinen dielektrischen Metaoberflächen wie Linsen, Hologrammen und optischen Umhängen angewendet werden.

The fabrication and characterization protocol for a metasurface beam splitter, enabling equal-intensity beam generation, is demonstrated. Hydrogenated ...

Dieses Protokoll bietet eine detaillierte Fertigungsmethode zur Realisierung von hocheffizienten Metaoberflächen, eines der wichtigsten Themen im Bereich der Metaoberflächenforschung. Im Vergleich zu anderen Methoden zum Testen der atomaren Schichtabscheidung ist diese Technik eine kostengünstige und schnelle Fertigungsmethode, um hocheffiziente Metaoberflächen zu realisieren, die mit sichtbaren Wellenlängen arbeiten. Dieses Protokoll kann angewendet werden, um allgemeine Metaoberflächen wie Linsen, Hologramme und optische Uhren zu erstellen, indem nur die Musterkonfiguration geändert wird.Diese Technik kann Einblicke in das Forschungsfeld Siliziumphotonik geben, das Silizium-Mikro- und Nanostrukturen nutzt. Das Substrat für die Metaoberfläche ist vermolz esilica. Bereiten Sie eine saubere Doppelseite poliert Quadratische silica zwei Zentimeter auf einer Seite.Nehmen Sie das Substrat, um es in das PECVD-System zu laden. Dort in der Lastsperrkammer das Substrat auf der Vorrichtung positionieren. Schließen Sie die Kammer und bereiten Sie sich auf den Betrieb des Systems vor.Richten Sie in der Steuerungssoftware den Abscheidungsprozess ein, indem Sie Temperatur, HF-Leistung, Gasdurchflussraten und Prozessdruck einstellen. Nach der Ablagerung, die etwa 300 Sekunden dauert, stellen Sie die Probe wieder her. Nehmen Sie die Probe mit abgelagertem hydriertem amorphem Silizium zu einem Spincoater.Laden Sie die Probe auf den Spincoater-Probenhalter. Als nächstes erhalten Sie eine filtermontierte Fünf-Milliliter-Spritze mit PMMA mit 2%Anusol. Beschichten Sie die Probe mit dem PMMA, bevor Sie die Rotation bei 2.000 RPM für eine Minute starten.Wenn Sie fertig sind, übertragen Sie die Probe auf eine Kochplatte. Backen Sie die Probe bei 180 Grad Celsius für fünf Minuten. Entfernen Sie als Nächstes die Probe, um sie für eine Minute abzukühlen, bevor Sie fortfahren.Dann geben Sie die Probe an den Spincoater zurück. Verwenden Sie eine 1 Milliliter Pipette, um eine leitende Polymerlösung auf ihrer Oberfläche freizusetzen. Beschichten Sie die Probe eine Minute lang bei 2.000 RPM.Wenn die Beschichtung abgeschlossen ist, nehmen Sie die Probe für Elektronenstrahl-Lithographie. Lassen Sie die Probe auf der Vorrichtung für die Maschine fixieren. Legen Sie dann die Vorrichtung in die Maschinenkammer und schließen Sie den Ladevorgang ab.Arbeiten Sie mit der Konsole und bereiten Sie das Elektronenstrahl-Lithographiesystem auf das Verfahren vor. Arbeiten Sie nach der Vorbereitung des Systems am Computer, der mit der Konsole verbunden ist. Verwenden Sie in diesem System die Befehlszeile, um eine GDS-Datei in eine CEL-Datei zu konvertieren.Wenn die Datei konvertiert wird, geben Sie den Auftrag ein, um die EBL-Software zu starten. Verwenden Sie die Befehlszeile, um zu überprüfen, ob sich das gewünschte Muster in einer CEL-Formatdatei im aktuellen Verzeichnis befindet. Geben Sie den Auftrag ein, um die Software auszuführen.Klicken Sie in der Software auf das Menü zur Änderung der Chipgröße. Wählen Sie 600 Mikrometer mal 600 Mikrometer. Wählen Sie als Nächstes 240.000 Punkte aus.Speichern Sie die Änderungen. Beenden Sie dann diesen Bildschirm. Klicken Sie nun auf das Menü zur Erstellung von Musterdaten.Geben Sie im Befehlsfenster PS ein, um die CEL-Datei des Musters zu laden. Geben Sie I in das Befehlsfenster ein. Klicken Sie dann auf das Muster, um das Bild zu vergrößern.Geben Sie nun ST0 in das Befehlsfenster ein, um die Dosiszeit auf drei Mikrosekunden einzustellen. Geben Sie SP11 ein, um die aussetzende Tonhöhe auf eine normale Bedingung festzulegen. Erstellen Sie eine CCC-Datei, indem Sie PC und einen Dateinamen eingeben.Wenn Sie fertig sind, klicken Sie auf die Mitte des Musters. Um die aussetzenden Bedingungen anzuwenden, geben Sie CP in das Befehlsfenster ein und klicken Sie auf das Muster. Geben Sie SV und einen Dateinamen ein, um eine CON-Datei zu erstellen.Beenden Sie dieses Musterdatenerstellungsmenü, indem Sie Q.Move eingeben, um auf das Belichtungsmenü zu klicken. Geben Sie I und den gewählten CON-Dateinamen ein. Stellen Sie den Dosiswert auf 2,4 ein.Drücken Sie die Escape-Taste, um den Zeitplan abzuschließen. Geben Sie dann E ein und klicken Sie auf die Belichtungsschaltfläche, um den Belichtungsprozess zu starten. Wenn der Belichtungsprozess abgeschlossen ist, kehren Sie zur EBL-Konsole zurück.Schalten Sie die Isolationstaste aus. Drücken Sie die EX-Taste, um die Bühne zu bewegen. Entladen Sie dann die Probe aus der Kammer.Als nächstes bereiten Sie sich darauf vor, das leitfähige Polymer zu entfernen. Dazu tauchen Sie die Probe eine Minute lang in 50 Milliliter entionisiertes Wasser ein. Dann bewegen Sie die Probe zu einer 10-Milliliter-Lösung von Methylisobutylketon und Isopropylalkohol, umgeben von Eis.Nach 12 Minuten die Probe entfernen und mit Isopropylalkohol abspülen. Trocknen Sie es mit geblasenem Stickstoffgas. Der nächste Schritt erfordert einen Elektronenstrahlverdampfer.Lassen Sie die Probe am Halter des Verdampfers festund montieren Sie den Halter in der Verdampfungskammer. Jetzt erhalten Sie das Chrom für den Einsatz im Verdampfer. Bereiten Sie DastsartChrom in einem Graphittiegel zur Verdunstung auf die Probenoberfläche vor.Den Tiegel in die Kammer laden. Arbeiten Sie als Nächstes mit der Software für den Elektronenstrahlverdampfer. Klicken Sie auf die Kammer-Pumptaste, um ein Vakuum in der Kammer zu erzeugen.Wählen Sie im Materialbereich Chrom aus. Klicken Sie dann auf die Schaltfläche Material, um die Auswahl anzuwenden. Klicken Sie auf den E-Strahl-Shutter-Button, um den Quell-Shutter zu öffnen.Klicken Sie als Nächstes auf Hochspannung. Folgen Sie diesem, indem Sie auf Quelle klicken. Verwenden Sie den Pfeil nach oben, um die Strahlleistung langsam zu erhöhen.Stoppen Sie bei der Zielabscheidungsrate. Um die Dickenanzeige zurückzusetzen, klicken Sie auf die Schaltfläche Null. Klicken Sie auf den Hauptauslöser, um diesen Verschluss zu öffnen.Überwachen Sie die Dickenanzeige. Wenn das Messgerät 30 Nanometer erreicht, klicken Sie auf den Hauptauslöser, um den Verschluss zu schließen. Klicken Sie auf E-Strahl-Shutter, um den Quell-Shutter zu schließen.Verwenden Sie den Abwärtspfeil, um die Strahlleistung langsam auf Null zu verringern. Sobald bei Null, klicken Sie auf Quelle gefolgt von Hochspannung. Lassen Sie die Kammer 15 Minuten abkühlen und klicken Sie dann auf Entlüftung.Entfernen Sie die Probe aus der Kammer und dem Halter. Als nächstes nehmen Sie es für einen Liftoff-Prozess. Zuerst tauchen Sie es in 50 Milliliter Aceton für drei Minuten.Folgen Sie dies durch Beschallung für eine Minute bei 40 Kilohertz. Spülen Sie die Probe in Isopropylalkohol und trocknen Sie sie mit Stickstoffgas. An diesem Punkt ist die Probe zum Ätzen bereit.Holen Sie sich thermokleber und verteilen Sie ihn auf der Rückseite der Probe, bevor Sie die Probe an der Vorrichtung des Ätzsystems befestigen. Laden Sie die Vorrichtung in das Ätzsystem. Stellen Sie am Computer die Chlorgas- und Wasserstoffbromidgasdurchflussraten, die Quellleistung und die Verzerrung vor dem Ätzen für 100 Sekunden ein.Entladen Sie die Probe nach der Radierung. Mit einem staubfreien Wischentfernen den Thermokleber entfernen. Tauchen Sie die Probe zwei Minuten lang in 20 Milliliter Chrom etchant ein.Dann übertragen Sie es auf 50 Milliliter entionisiertes Wasser für eine Minute. Spülen Sie die Probe mit entionisiertem Wasser und blasen Sie sie mit Stickstoffgas trocken. Dies ist ein Rasterelektronenmikroskopiebild von der Oberseite der Metaoberfläche.Jede der Zellen hat eine Basis, die 150 Nanometer mal 80 Nanometer groß ist. Die Zellhöhe beträgt 300 Nanometer. Weitere Details der Zellen sind in dieser perspektivischen Ansicht sichtbar.Ein Experiment, das die Strahlleistung misst, wenn ein 532 Nanometer Laserstrahl auf der Metaoberfläche einfällt, demonstriert die polarisationsunabhängige Funktionalität des Geräts. Bei rechts kreisförmigen Polarbalken, linear polarisierten Strahlen und links kreisförmig polarisierten Strahlen ist die Leistung an plus und minus einer Beugungsreihenfolge gleich. Experimente mit einem 635 Nanometer Laserstrahl liefern ähnliche Ergebnisse.Die Entwicklungsmethode ist der wichtigste Schritt, weil wir den Entwicklungsprozess durch langsame Reaktionsgeschwindigkeit präzise steuern können. Die meisten Ausfälle treten während der Trocknungsschritte auf. Man sollte bedenken, dass starkes Blasen besser ist als schwaches Blasen im Allgemeinen.Dieses Verfahren kann nicht nur auf allgemeine dielektrische Metaoberflächen angewendet werden, sondern auch auf Siliziumphotonik und Mikroelektronenmechanische Systeme. Im Allgemeinen können wir mit dieser Technik empfindliche Nanostrukturen herstellen, so dass es den Weg ebnet, um zu adressieren, wie Licht mit einigen Wellenlängenstrukturen interagiert. PMMA und Entwicklungslösung Dampf sind beide gefährlich, so dass die Prozesse mit ihnen in Rauchhauben durchgeführt werden müssen.

Research

JoVE Journal

Engineering

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Forschung

Ingenieurwesen

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Dielectric RheoSANS ÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã‚Â Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

Dielectric RheoSANS - Gleichzeitige Interrogation von Impedanz, Rheologie und Kleinwinkelneutronenstreuung komplexer Fluide

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and ...

Demonstration of a Hyperlens-integrated Microscope and Super-resolution Imaging

Demonstration eines Hyperlens integriert Mikroskop und super-Resolution Imaging

The use of super-resolution imaging to overcome the diffraction limit of conventional microscopy has attracted the interest of researchers in biology and ...

Fabrication of Schottky Diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure Grown by Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy

Herstellung von Schottky-Dioden auf Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostruktur gewachsen durch Plasmaunterstützte Molekularstrahl-Epitaxie

Heterostructure field effect transistors (HFETs) utilizing a two dimensional electron gas (2DEG) channel have a great potential for high speed device ...

Preparing an Isotopically Pure 229Th Ion Beam for Studies of 229mTh

Preparing an Isotopically Pure 229Th Ion Beam for Studies of 229mTh

Vorbereitung eines isotopisch reinen 229Th Ion Beam für Studien von 229mTh

A methodology is described to generate an isotopically pure 229Th ion beam in the 2+ and 3+ charge states. This ion beam enables one to investigate the ...