Beata Staśkiewicz - Instytut Fizyki

Beata Staśkiewicz - Instytut Fizyki Beata Staśkiewicz - Instytut Fizyki

if.pwr.wroc.pl
from if.pwr.wroc.pl More from this publisher
22.01.2014 Views

II Metoda FIB (focused-ion beam milling) Metoda ta pozwala otrzymywać powierzchnie amorficzne w wyniku wszczykiwania atomów galu na głębokość co najwyŜej kilku nanometrów, bądź bombardowania wybranej powierzchni wiązką jonów. Bombardowanie stosowane jest tu jako narzędzie mikro-obrabiające, gdyŜ modyfikuje albo obrabia materiały w skali mikro lub nano. Ostatnio metody tej uŜyto do wyprodukowania magnetycznego metamateriału opartego na SSR-ach [107]. Uzyskanie małych rozmiarów (rozmiary przerw poniŜej 35 nm) w metodzie EBL wymagało starannego doboru parametrów nadruku, wieloetapowego procesu obróbkowego, co w konsekwencji wiązało się z wydłuŜeniem czasu procesu produkcyjnego. W porównaniu z techniką EBL przebieg procesu nadruku w metodzie FIB jest o około 20 minut krótszy [107], a tak przygotowana próbka jest juŜ gotowa do uŜycia i nie wymaga zastosowania dodatkowych procesów obróbczych. Metoda ta moŜe być preferowana w przypadku konieczności uzyskania specyficznych kształtów metamateriałów (chociaŜby SSR-ów), ponadto w przypadku zamiaru pozyskania materiału o ujemnym współczynniku załamania dla zakresu widzialnego, SSR-y stanowią kombinację róŜnych struktur metalicznych, które w konsekwencji pozwalają uzyskać ujemna przenikalność magnetyczną [112]. III Litografia interferencyjna Litografia optyczna (LO) jest techniką produkcji od dawna uŜywaną w przemyśle wytwarzającym układy scalone i mającą zastosowanie jako technika immersyjna [113]. Jednym z rodzaju LO jest litografia interferencyjna, stanowiąca potęŜną technikę w przypadku produkcji matryc (zastosowanie w nanotechnologii). Tego typu technika wytwarzania opiera się na superpozycji dwóch lub więcej koherentnych wiązek optycznych formujących próbkę fali stojącej. IL zapewnia niskie koszty i zdolność produkcji masowej, a w połączeniu z innymi technikami litograficznymi, moŜe znacznie powiększyć zakres zastosowań [113]. Od czasu, gdy produkcja materiałów o ujemnym współczynniku załamania wymaga dostarczenia periodycznych bądź kwaziperiodycznych próbek, litografia interferencyjna stanowi idealną kandydatkę do wytwarzania metamateriałów o wydłuŜonej powierzchni. Ostatnio zastosowano technikę IL do wytworzenia 1D struktur metalicznych [113], metamateriałów magnetycznych dla fal o długościach 5 µm oraz 1,2 µm [103], a takŜe wspomnianym powyŜej materiale o ujemnym współczynniku załamania dla fali o długości 2 µm [109] rys. I. Stosując tę technikę zademonstrowano wytworzenie 2D struktury [103], charakteryzującej się jednorodnością na kaŜdej ze swych powierzchni [113]. Na przykład multiwarstwa o ujemnym współczynniku załamania, którą tworzą eliptyczne pręty wykonane z Au (30 nm)–Al 2 O 3 (75 nm)–Au(30 nm), nakładane stogowo, dała współczynnik załamania wynoszący n’ ≈ − 4 dla λ ≈ 1.8 nm (rys. II) [111]. Wyniki wspomniane powyŜej pozwalają traktować IL jako najlepszą technikę projektowania oraz produkcji 2D optycznych materiałów o ujemnym współczynniku załamania oraz zwracają uwagę na ogromne korzyści płynące z jej zastosowania. Technika ta charakteryzuje się niewielkimi rozmiarami wytwarzanych próbek, nie wymaga drogiego sprzętu i moŜe zapewnić próbce powierzchnie osiągające wymiary centymetrów kwadratowych. Zapewnia prostotę oraz wysoką jakość otrzymywania pojedynczych warstw metamateriału, moŜe tym samym nakierować przyszłe badania na (poczynając od układanych w stos warstw 2D) wytworzenie struktury 3D. 90

Rys. II Obraz uzyskany ze skaningowego mikroskopu elektronowego przedstawiający próbkę wykonaną za pomocą techniki litografii interferencyjnej; a) multiwarstwowa struktura wykonana z pary prętów (Au(30 nm)–Al 2 O 3 (75 nm)–Au(30 nm)) [powierzchnia całkowita wynosi 787 nm, rozmiary dziur 470 nm i 420 nm]; b) heksagonalna struktura 2D wykonana na szklanym podłoŜu z Au(20 nm)–MgF 2 (60 nm)–Au(20 nm); c) oraz d) struktura „sieci rybnej - fishnet” wykonana z Au(30 nm)– Al 2 O 3 (60 nm)–Au(30 nm) [rozmiary – długość 528 nm, szerokość 339 nm] (na podstawie [111]); IV Litografia ‘NANOODCISKOWA’ Kolejnym obiecującym kierunkiem wytwarzania produkcyjnie kompatybilnych, wysokiej jakości materiałów o ujemnym współczynniku załamania, przy równocześnie niewielkich kosztach produkcji i nakładach czasu, oferuje litografia ‘nanoodciskowa’ (NIL) [114]. NIL realizuje transfer próbek przez mechaniczne zniekształcenia oparte na znakowaniu, rzadziej na reakcjach foto- lub elektro- indukowania, na których opiera się większość obecnie wykonywanych metod litograficznych. Tego typu rozwiązanie techniczne nie jest ograniczane długością fali emitowanej przez źródło światła, a niewielkie parametry osiąga się stosując produkcję znakowania. Ponadto NIL zapewnia wysoką przepustowość równoległych procesów, przy uŜyciu standardowych procedur, połączonych z prostotą oraz niskimi kosztami. Ostatnio wyprodukowano za pomocą metody NIL dwa rodzaje materiałów wykazujących ujemny współczynnik załamania dla zakresu bliskich i średnich podczerwieni. Pierwsza kompozycja składała się z uporządkowanych warstw struktury „fishnet” tworzących tablice metal-dielektryk-metal, które dowiodły istnienia ujemnej przenikalności elektrycznej i magnetycznej w takim samym zakresie częstotliwości, i tym samym wykazały ujemny współczynnik załamania n’ ≈ −1,6 dla λ ≈ 1,7 µm [111] (patrz rys. III). 91

Rys. II Obraz uzyskany ze skaningowego mikroskopu elektronowego przedstawiający<br />

próbkę wykonaną za pomocą techniki litografii interferencyjnej; a) multiwarstwowa<br />

struktura wykonana z pary prętów (Au(30 nm)–Al 2 O 3 (75 nm)–Au(30 nm))<br />

[powierzchnia całkowita wynosi 787 nm, rozmiary dziur 470 nm i 420 nm];<br />

b) heksagonalna struktura 2D wykonana na szklanym podłoŜu z Au(20 nm)–MgF 2 (60<br />

nm)–Au(20 nm); c) oraz d) struktura „sieci rybnej - fishnet” wykonana z Au(30 nm)–<br />

Al 2 O 3 (60 nm)–Au(30 nm) [rozmiary – długość 528 nm, szerokość 339 nm] (na<br />

podstawie [111]);<br />

IV Litografia ‘NANOODCISKOWA’<br />

Kolejnym obiecującym kierunkiem wytwarzania produkcyjnie<br />

kompatybilnych, wysokiej jakości materiałów o ujemnym współczynniku załamania,<br />

przy równocześnie niewielkich kosztach produkcji i nakładach czasu, oferuje<br />

litografia ‘nanoodciskowa’ (NIL) [114]. NIL realizuje transfer próbek przez<br />

mechaniczne zniekształcenia oparte na znakowaniu, rzadziej na reakcjach foto- lub<br />

elektro- indukowania, na których opiera się większość obecnie wykonywanych metod<br />

litograficznych. Tego typu rozwiązanie techniczne nie jest ograniczane długością fali<br />

emitowanej przez źródło światła, a niewielkie parametry osiąga się stosując produkcję<br />

znakowania. Ponadto NIL zapewnia wysoką przepustowość równoległych procesów,<br />

przy uŜyciu standardowych procedur, połączonych z prostotą oraz niskimi kosztami.<br />

Ostatnio wyprodukowano za pomocą metody NIL dwa rodzaje materiałów<br />

wykazujących ujemny współczynnik załamania dla zakresu bliskich i średnich<br />

podczerwieni. Pierwsza kompozycja składała się z uporządkowanych warstw<br />

struktury „fishnet” tworzących tablice metal-dielektryk-metal, które dowiodły<br />

istnienia ujemnej przenikalności elektrycznej i magnetycznej w takim samym zakresie<br />

częstotliwości, i tym samym wykazały ujemny współczynnik załamania n’ ≈ −1,6 dla<br />

λ ≈ 1,7 µm [111] (patrz rys. III).<br />

91

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!