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Los temas cubiertos
Fondo
Introducción
La importancia de las interconexiones de alta velocidad de la Información y de transporte de energía
Ventajas de interconexiones ópticas
Interconexiones basados en nanoestructuras de metales
Superficie investigación de plasmones-polaritones Utilizando Microscopía óptica de campo cercano
La investigación de la Propagación de plasmón superficial-polaritones en una película de Golf con dibujos
Resumen
Fondo
WITEC es un fabricante de instrumentos de alto rendimiento para aplicaciones científicas e industriales se centraron en nuevas soluciones para la microscopía de sonda de barrido y óptica.
Introducción
La investigación de la electrónica y la fotónica a nanoescala grupo del Prof. Brongersma la Universidad de Stanford se centra en la fabricación y caracterización de tamaño nanométrico dispositivos electrónicos y ópticos. En este campo, el Prof. Brongersma está investigando las propiedades ópticas de nanoestructuras metálicas. Estas estructuras de explotar las propiedades únicas de las excitaciones de plasmones en superficies metálicas para proporcionar la posibilidad de limitar, transmisión y manipulación de la luz en una escala mucho más pequeña que la longitud de onda de los fotones incidentes.
La importancia de las interconexiones de alta velocidad de la Información y de transporte de energía
Para futuros desarrollos de la nanotecnología, es esencial para proporcionar canales de comunicación que permiten que la información controlada y transporte de energía a nivel nanométrico. El diseño de una densa red de interconexiones electrónicas que pueden unirse entre sí un enorme número de dispositivos a nanoescala en un chip no es una tarea trivial. Las reducciones en el terreno de juego y la sección transversal de interconexiones metálicas da lugar a un calentamiento local y un aumento en la constante de tiempo RC (retraso) de las estructuras de interconexión.
Ventajas de interconexiones ópticas
Interconexiones ópticas que no presentan estos problemas. Por otra parte, interconexiones ópticas tienen una información mucho mayor capacidad de carga debido a su frecuencia de operación. Por desgracia, interconexiones ópticas convencionales no escala bien recibido. La reducción en el tamaño de los componentes ópticos dieléctrico es fundamentalmente limitado por el límite de difracción de la luz. Proporcionar un mecanismo que permite la interconexión óptica con nanodispositivos individuo más allá de los límites establecidos por la difracción tremendamente sería ampliar las capacidades de procesamiento de la información de las estructuras a nanoescala.
Interconexiones basados en nanoestructuras de metales
Nanoestructuras metálicas a menudo poseen exactamente la combinación correcta de propiedades electrónicas y ópticas para abordar estas cuestiones con el fin de hacer realidad el sueño de las velocidades de procesamiento mucho más rápido. Los metales de uso común en la interconexión eléctrica, tales como cobre y aluminio permiten la excitación de plasmones de superficie-polaritones (SPP). SPP son ondas electromagnéticas que se propagan a lo largo de una interfase metal-dieléctrico y se acoplan a los electrones libres en el metal.
Superficie investigación de plasmones-polaritones Utilizando Microscopía óptica de campo cercano
Con el fin de investigar estos plasmones de superficie-polaritones (SPP), el grupo del Prof. Brongersma utiliza el WITEC de exploración de campo cercano microscopio óptico alpha300 S. Para los experimentos en guías de onda plasmónica, la electrónica a nanoescala y el Grupo de Fotónica de la Universidad de Stanford ha modificado el S alpha300 en un fotón microscopio de efecto túnel (PSTM). En el PSTM, SPP puede ser excitado por una estructura metálica o de interconexión, centrándose un láser de excitación de la estructura con un objetivo de microscopio. La propagación de la SPP se pueden obtener imágenes con una microfabricated WITEC SNOM-voladizo de la sonda. Estas sondas tienen una longitud de onda sub-apertura (alrededor de 50 nm de diámetro) en la cima de una punta piramidal hueca a través del cual la luz se dispersa, recogidos, y dirigió luego hacia un fotodetector, tales como un tubo fotomultiplicador. La señal detectada proporciona una medida de la intensidad de luz local directamente debajo de la punta, y mediante el escaneo de la punta sobre la superficie del metal, la propagación de la SPP se pueden visualizar. La resolución óptica puede lograr con la S alpha300 está en el rango de 50 nm -100.
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Figura 1. (A) imagen SEM de una película de Au en el que ha sido una rejilla de Bragg fabricadas con un FIB. (B) la imagen de una onda PSTM SPP lanzado a lo largo de la película de metal hacia la rejilla de Bragg. La reflexión posterior de la SPP de los resultados de rejilla de Bragg en la observación de un patrón de interferencia de ondas de pie.
La investigación de la Propagación de plasmón superficial-polaritones en una película de Golf con dibujos
El funcionamiento de la alpha300 S en el modo de PSTM se puede ilustrar mediante la investigación de la propagación de la SPP en una película de dibujos Au (Fig. 1a). Aquí, un haz de iones enfocado (FIB) se utilizó para definir una serie de ranuras paralelas, que sirven como una rejilla de Bragg para reflejar las ondas de SPP. Fig. 1b muestra una imagen de una onda PSTM SPP excitado con un láser de longitud de onda 780 nm y dirigido hacia la rejilla de Bragg. La reflexión posterior de la SPP de los resultados de rejilla en el patrón de interferencia de ondas de pie observar en la imagen. A partir de este tipo de experimento, la longitud de onda de la SPP se puede determinar de una manera directa y en comparación con la teoría.
Litografía por haz de electrones se ha utilizado para generar 55 nm de espesor Au rayas sobre un portaobjetos de vidrio de SiO2 con un ancho de banda que van desde 50 nm a 5 micras. Au rayas son ideales para los estudios fundamentales de guía de ondas de transporte ya que son fáciles de fabricar, no se oxidan, y exhiben una respuesta plasmónica cualitativamente similar al cobre y aluminio. Fig. 2a muestra una micrografía óptica de un dispositivo típico que consiste en una amplia zona de Au de la que SPP se puede lanzar en bandas de metal de diferente anchura. A microscopía electrónica de barrido (MEB) de una franja de ancho 250 nm se muestra como un recuadro. La flecha roja muestra esquemáticamente cómo la luz se pone en marcha a partir de un punto del láser centrado en una franja de 1 m de ancho. Higos. 2b, 2c y 2d muestran imágenes PSTM del SPP emocionado a 780 nm y la propagación a lo largo de 3,0 m, 1,5 m y 0,5 m de ancho rayas Au, respectivamente. La franja de 3,0 m de ancho se puede utilizar para propagar señales a través de varias decenas de micras.
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Figura 2. (A) Imagen de microscopía óptica de un sustrato de SiO 2 con una serie de rayas Au fijada a una gran plataforma de lanzamiento generado por litografía por haz de electrones. La flecha roja muestra el lanzamiento de un SPP en una franja de 1 m de ancho. (B, c, yd) las imágenes PSTM del SPP emocionado a 780 nm y la propagación a lo largo de 3,0 m, 1,5 m y 0,5 micras de ancho rayas Au, respectivamente.
Resumen
Con el S alpha300 utiliza en el modo PSTM, es posible que la imagen de propagación SPP directamente en las estructuras y dispositivos plasmónica de una arquitectura más compleja para determinar su comportamiento. Esto es muy diferente de los procedimientos de caracterización típica de dispositivos fotónicos en los que se ve el dispositivo como un cuadro negro con puertos de entrada y de salida. En tales casos, el funcionamiento del dispositivo se infiere de las respuestas medidas en los puertos de salida a los diferentes estímulos proporcionados a los puertos de entrada. El PSTM proporciona una clara ventaja al proporcionar un método directo para observar el funcionamiento interno de los dispositivos plasmónica, que ofrece una mirada dentro de la caja.
Fuente: Guiding Light en la nanoescala - Cliente Informe WITEC
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