Undersøgelse af Egenskaber for Optisk Interconnects Brug Scanning Nearfield optisk mikroskopi af WITEC

:: AZoNanotechnology artikel

Emner, der

Baggrund
Indledning
Vigtigheden af High Speed ​​Interconnect for information og Energi Transport
Fordele ved optisk Interconnect
Interconnects Baseret på Metal Nanostrukturer
Undersøgelse af overflade plasmon-polaritoner Brug Scanning Nearfield optisk mikroskopi
Undersøge udbredelsen af overflade plasmon-polaritoner på et mønstret Golf Film
Resumé

Baggrund

WITEC er en producent af high-performance instrumentering til videnskabelige og industrielle applikationer med fokus på nye løsninger til optisk og Scanning Probe Microscopy.

Indledning

Forskningen af ​​Nanoscale Elektronik og Photonics gruppen af ​​Prof. Brongersma ved Stanford University er fokuseret på fremstilling og karakterisering af nanometer-store elektroniske og optiske enheder. På dette område er Prof. Brongersma undersøge de optiske egenskaber af metalliske nanostrukturer. Disse strukturer udnytte de unikke egenskaber ved plasmon excitationer på metalliske overflader for at give mulighed for at begrænse, transmission og manipulere lys på en skala langt mindre end bølgelængden af ​​hændelsen fotoner.

Vigtigheden af ​​High Speed ​​Interconnect for information og Energi Transport

For den fremtidige udvikling inden for nanoteknologi, er det vigtigt at give kommunikationskanaler, der tillader kontrolleret oplysninger og energitransport på nanometer niveau. Udformningen af ​​et fintmasket net af elektronisk forbinder, der kan knytte sammen et enormt antal af nanoskala enheder på en chip er ikke en triviel opgave. Reduktioner i banen og tværsnit af metalliske forbinder giver anledning til lokal opvarmning og en stigning i RC tidskonstant (forsinkelse) af indbyrdes forbundne strukturer.

Fordele ved optisk Interconnect

Optisk forbinder ikke udviser sådanne problemer. Hertil kommer, optisk interconnects har en langt højere oplysninger bæreevne på grund af deres højere driftsfrekvens. Desværre, konventionelle optiske interconnects ikke indskrænke godt. Den reduktion i størrelse af dielektriske optiske komponenter er grundlæggende begrænset af diffraktion grænsen af ​​lys. Forudsat en mekanisme, der muliggør optisk sammenkobling med individuelle nanodevices ud over de grænser, som diffraktion ville voldsomt udvide informationsbehandling kapaciteter nanoskala strukturer.

Interconnects Baseret på Metal Nanostrukturer

Metal nanostrukturer ofte besidder præcis den rette kombination af elektroniske og optiske egenskaber til at tackle disse spørgsmål med henblik på at realisere drømmen om en betydelig hurtigere behandling hastigheder. De metaller, der almindeligvis anvendes i elektriske sammenkobling såsom Cu-og Al tillader excitation af overflade plasmon-polaritoner (SPPs). SPPs er elektromagnetiske bølger, der udbreder sig langs en metal-dielektriske interface og er koblet til den frie elektroner i metallet.

Undersøgelse af overflade plasmon-polaritoner Brug Scanning Nearfield optisk mikroskopi

For at undersøge disse overflade plasmon-polaritoner (SPPs), gruppen af Prof. Brongersma bruger WITEC scanning nearfield optisk mikroskop alpha300 S. For eksperimenter på plasmoniske bølgeledere, har Nanoscale Elektronik og Photonics Group på Stanford ændret alpha300 S til en foton scanning tunneling mikroskop (PSTM). I PSTM, kan SPPs være begejstret langs en metal-struktur eller koble ved at fokusere en excitation laser på strukturen ved hjælp af et mikroskop mål. Udbredelsen af SPPs kan afbildes ved hjælp af en microfabricated WITEC SNOM-cantilever sonde. Disse sonder har et sub-bølgelængde blænde (ca. 50 nm i diameter) i spidsen af ​​en hul pyramideformede spids, hvorigennem lyset kan blive spredt, indsamles, og derefter rettet mod en fotocelle, såsom en fotomultiplikator rør. De fundne signal giver et mål for den lokale lysintensitet direkte under spidsen, og ved at scanne vælte metaloverflade, kan udbredelsen af ​​SPPs skal afbildes. Den optiske opløsning opnås med den alpha300 S er i intervallet 50 -100 nm.

Figur 1. (A) SEM billede af en Au film, hvor et Bragg rist er blevet fremstillet ved hjælp af en FIB. (B) PSTM billede af en SPP bølge lanceret langs metalfilm mod Bragg risten. Bagsiden afspejling af SPP fra Bragg risten resulterer i, at observation af en stående bølge interferensmønster.

Undersøge udbredelsen af ​​overflade plasmon-polaritoner på et mønstret Golf Film

Driften af alpha300 S i PSTM tilstand kan illustreres ved at undersøge udbredelsen af SPPs på en mønstret Au film (fig. 1a). Her blev en fokuseret ionstråle (FIB), der anvendes til at definere en række parallelle riller, der tjener som Bragg rist til at reflektere SPP bølger. Fig. 1b viser et PSTM billede af en SPP bølge begejstret med en 780 nm bølgelængde laser og rettet mod Bragg risten. Bagsiden afspejling af SPP fra risten resultater i den stående bølge interferensmønster observeret i billedet. Fra denne type forsøg, kan bølgelængden af ​​SPPs bestemmes på en ligefrem måde og i forhold til teori.

Elektronstråle litografi er blevet brugt til at generere 55 nm tyk Au striber på en SiO ₂ objektglas med stribe bredder fra 50 nm til 5 m. Au striber er ideelle for de grundlæggende bølgeleder transport undersøgelser, da de er nemme at fremstille, ikke oxiderer, og udviser et kvalitativt tilsvarende plasmoniske reaktion på Cu-og Al. Fig. 2a viser en optisk mikrograf af en typisk enhed, der består af et stort Au område, hvorfra SPPs kan lanceres på metal striber af varierende bredde. En scanning elektron mikroskopi (SEM) billede af en 250 nm bred stribe er vist som en indsat. Den røde pil viser skematisk hvordan lyset løber af stablen fra et fokuseret laser plet i en 1 μm bred stribe. Figner. 2b, 2c og 2d viser PSTM billeder af SPPs begejstret over 780 nm og formerings langs 3,0 μm, 1,5 μm og 0,5 μm brede Au striber, hhv. Den 3,0 μm brede striber kan bruges til at sprede signaler over flere snese mikron.

Figur 2. (A) optisk mikroskopi billede af en SiO ₂ substrat med en vifte af Au striber knyttet til en stor søsætning genereret af elektronstråle litografi. Den røde pil illustrerer iværksættelse af en SPP i en 1 μm bred stribe. (B, c og d) PSTM billeder af SPPs begejstret over 780 nm og formerings langs 3,0 μm, 1,5 μm og 0,5 μm brede Au striber, hhv.

Resumé

Med alpha300 S anvendes i PSTM mode, er det muligt at billedet SPP udbredelse direkte i plasmoniske strukturer og enheder af mere komplekse arkitektur til at bestemme deres adfærd. Dette er helt anderledes end typiske karakterisering procedurer for fotoniske enheder, hvor enheden er opfattes som en sort boks med input og output porte. I sådanne tilfælde er enheden fungerer udledes af svarene målt ved output-porte på forskellige stimuli leveret på indgangsporte. Den PSTM giver en klar fordel ved at tilbyde en direkte metode til at observere de indre funktioner af plasmoniske enheder, der tilbyder et kig inde i boksen.

Kilde: Guiding Light på nanoskala - Kunden Rapport fra WITEC

For mere information om denne kilde kan du besøge WITEC .