בחינת מאפיינים של אופטי חיבורים באמצעות סריקה מיקרוסקופית Nearfield אופטי על ידי WITec

:: AZoNanotechnology סעיף

נושאים מקורה

רקע
הקדמה
חשיבותה של מהירות גבוהה החיבורים למידע התחבורה אנרגיה
יתרונות אופטי חיבורים
החיבורים מבוסס על ננו מתכת
חקירת-Surface Plasmon Polaritons באמצעות סריקה מיקרוסקופית Nearfield אופטי
בחינת ריבוי של Surface Plasmon-Polaritons על סרט גולף Patterned
תקציר

רקע

WITec היא יצרנית של מכשור בעל ביצועים גבוהים עבור יישומים מדעיים ותעשייתיים התמקדו פתרונות חדשים עבור בדיקה מיקרוסקופית סריקה אופטית.

הקדמה

המחקר של אלקטרוניקה ננו Photonics הקבוצה של פרופ 'Brongersma באוניברסיטת סטנפורד מתמקדת בייצור ואפיון בגודל ננומטרי התקנים אלקטרוניים ואופטיים. בתחום זה, פרופ 'Brongersma היא חוקרת את התכונות האופטיות של ננו מתכתיים. מבנים אלה לנצל את המאפיינים הייחודיים של excitations plasmon על משטחים מתכתיים כדי לספק את האפשרות של כליאת, העברת וטיפול באור בקנה מידה הרבה יותר קטן מאורך הגל של פוטונים האירוע.

חשיבותה של מהירות גבוהה החיבורים למידע התחבורה אנרגיה

לגבי התפתחויות עתידיות בתחום הננוטכנולוגיה, חיוני לספק ערוצי תקשורת המאפשרים מידע מבוקר תחבורה אנרגיה ברמה ננומטר. העיצוב של רשת צפופה של חיבורים אלקטרוניים שיכולים הקישור יחד מספר עצום של התקני ננו על שבב אינה משימה טריוויאלית. ירידות המגרש חתך מתכתי חיבורים מעורר חימום מקומי ועלייה זמן קבוע RC (עיכוב) של מבנים מחוברים.

יתרונות אופטי חיבורים

חיבורים אופטיים אינם מציגים בעיות כאלה. יתר על כן, אופטי חיבורים יש מידע הרבה יותר כושר הנשיאה בשל התדירות הגבוהה שלהם ההפעלה. למרבה הצער, חיבורים אופטיים רגילים לא לקצץ היטב. הירידה בגודל של רכיבים אופטיים דיאלקטרי מוגבל ביסודו על ידי להגביל את דיפרקציה של האור. מתן מנגנון המאפשר חיבור אופטי עם nanodevices הפרט מעבר לגבולות שנקבעו על ידי דיפרקציה היה מאוד להרחיב את יכולות עיבוד המידע של מבנים ננומטריים.

החיבורים מבוסס על ננו מתכת

ננו מתכת לעתים קרובות להחזיק בדיוק את השילוב הנכון של מאפיינים אלקטרוניים ואופטיים כדי להתמודד עם בעיות אלה על מנת להגשים את החלום של מהירויות עיבוד מהר יותר באופן משמעותי. מתכות נפוץ חיבור חשמל כגון Cu ואל לאפשר עירור של plasmon משטח-polaritons (SPPs). SPPs הם גלים אלקטרומגנטיים אשר מתפשטים לאורך ממשק מתכת דיאלקטרי לבין הם מצמידים את אלקטרונים חופשיים במתכת.

חקירת-Surface Plasmon Polaritons באמצעות סריקה מיקרוסקופית Nearfield אופטי

על מנת לחקור את פני השטח plasmon-polaritons (SPPs), הקבוצה של פרופ 'Brongersma משתמש WITec סריקה nearfield מיקרוסקופ אופטי alpha300 ס לניסויים בגלבו plasmonic, אלקטרוניקה ננו Photonics קבוצת בסטנפורד שינתה את S alpha300 לתוך פוטון סריקת מיקרוסקופ המנהור (PSTM). ב PSTM, SPPs יכול להיות נרגש לאורך מבנה מתכת או הקישוריות על ידי התמקדות לייזר עירור על המבנה באמצעות מיקרוסקופ אובייקטיבי. הפצת SPPs ניתן הדמיה באמצעות microfabricated WITec SNOM-שלוחה בדיקה. בדיקות אלה יש הצמצם משנה אורך הגל (בערך בקוטר 50 ננומטר) בשיא טיפ פירמידה חלולה שדרכה האור יכול להיות מפוזרים, הנאספים, וביים אז לקראת photodetector, כגון צינור מכפיל. האות זוהה מספק מדד של עוצמת האור המקומי ישירות מתחת קצה, ועל ידי סריקה קצה על פני המתכת, התפשטות של SPPs ניתן הדמיה. רזולוציה אופטית השגה עם ה-S alpha300 הוא בטווח של 50 ננומטר -100.

איור 1.) א (SEM התמונה של סרט Au שלתוכו סריג בראג כבר מפוברק באמצעות FIB. (ב) תמונה של גל PSTM SPP השיקה יחד בסרט מתכת לעבר הסורג בראג. השתקפות האחורי של SPP מתוצאות סריג בראג בהתבוננות דפוס עומד התאבכות גלים.

בחינת ריבוי של Surface Plasmon-Polaritons על סרט גולף Patterned

המבצע של alpha300 S במצב PSTM ניתן לתיאור על ידי חוקרת את הפצת SPPs על Au בדוגמת הסרט (איור 1 א). כאן, אלומת יונים ממוקדת (FIB) שימש להגדיר סדרה של חריצים מקבילים, המהווים סריג בראג לשקף גלים SPP. איור. 1b מראה תמונה PSTM גל SPP נרגש עם לייזר באורך גל 780 ננומטר מכוונת הסורג בראג. השתקפות האחורי של SPP מתוצאות צורמת את דפוס גל עומד נצפו הפרעות בתמונה. מ סוג זה של ניסוי, הגל של SPPs ניתן לקבוע בצורה ישירה לעומת התיאוריה.

ליתוגרפיה האלקטרון הקורה נעשה שימוש כדי לייצר 55 ננומטר עבה פסים Au בשקופית SiO ₂ כוס עם רוחבי פס החל nm 50-5 מיקרומטר. פסים Au הם אידיאליים עבור מחקרים תחבורה בסיסי מוליך גל כפי שהם קל לפברק, לא לחמצן, ולהציג תגובה plasmonic דומה איכותית כדי Cu ואל. איור. 2a מראה מיקרוסקופ אופטי של מכשיר אופייני המורכב באזור Au גדול שממנו SPPs ניתן להפעיל על גבי פסי המתכת של רוחב שונות. מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) תמונה של פס 250 ננומטר רחב מוצג הבלעה. החץ האדום מראה באופן סכמטי איך האור היא השיקה מנקודה לייזר ממוקדת לתוך פס רחב 1 מיקרומטר. תאנים. 2b, 2c, ו 2d PSTM להראות תמונות של SPPs נרגש ב 780 ננומטר ומתפשטים לאורך 3.0 מיקרומטר, 1.5 מיקרומטר, ו -0.5 מיקרומטר רחב פסים Au, בהתאמה. פס רחב 3.0 מיקרומטר יכולים לשמש כדי להפיץ אותות על כמה עשרות מיקרונים.

באיור 2. (א) תמונה מיקרוסקופיה אופטית של מצע SiO ₂ עם מערך של פסים Au המצורפת השיגור גדול שנוצר על ידי קרן אלקטרונים ליתוגרפיה. החץ האדום מתאר את שיגור SPP לתוך פס רחב 1 מיקרומטר. (B, C, ו - ד) תמונות של PSTM SPPs נרגש על 780 ננומטר ומתפשטים לאורך 3.0 מיקרומטר, 1.5 מיקרומטר, ו -0.5 מיקרומטר פסים רחב Au, בהתאמה.