この材料は、ミネソタ大学、ツインシティーズでのスタートアップ資金によってサポートされている作業に基づいています。この作業の一部はキャラ施設、ミネソタ州、MRSECプログラムを介して、NSFが資金を提供する材料研究施設ネットワーク（www.mrfn.org）のメンバーの大学で行いました。この作品の部分もNNCIプログラムを通じて、NSFからの部分的なサポートを受けるミネソタナノセンターで行われました。

注意：これらの合成に使用される化学物質のいくつかは非常に可燃性、毒性があり、そして触ったり吸入時の刺激や重度の臓器損傷を与える可能性があります。取り扱う際は、適切な個人用保護具（PPE）を着用してください。 まず、金（Au）ナノピラーアレイの層（図2A-C及び図2E-G）の調製<ol><li> 金電気めっきのための銅（Cu）のシード層の調製（図2a、b及び図2E、F） <ol><li> 4「高抵抗率のシリコン（Si）ウェハを使用します。： -基質として（抵抗560 840Ω・cm程度）をSiウェハはN型ドープされ、一方の側（ 図2a、e）の上に研磨します。 </li><li>後で使用するために2.5センチメートル個×2センチメートルにSiウエハをカット。 </li><li> SiとCuとの間の接着層として、電子ビーム（Eビーム）蒸着法を用いてシリコンサンプルの5 nmのクロム（Cr）層を堆積させます。 </li><li>使用して、既存のCr層の上に10nmのCu層を堆積させます金メッキのためのシード層として電子ビーム蒸着法（ 図2b、F）。 </li></ol></li><li> 金ナノピラーアレイ（図2c、g）を電気めっき <ol><li> ナノピラーアレイをパターニングします <ol><li> 60秒間、2000rpmでセクション1.1で調製した試料にスピンコートフォトレジスト。 </li><li> 60秒間115℃のホットプレート上のサンプルを焼きます。 </li><li> 22秒のためのナノピラーパターンの数千人が含まれているのCrフォトマスクを用いて紫外線（UV） -光（〜15ミリワット/ cm 2の電力）の下でフォトレジストを公開します。 </li><li>撹拌しながら90秒間現像液を用いて開発します。 </li><li>脱イオン（DI）水でサンプルをすすぎ、空気銃でサンプルをブロードライ。 </li></ol></li><li> 金ナノピラーアレイを電気めっき <ol><li>電極接続のためのCuシード層を露出させるためにアセトンでサンプル上のフォトレジストの上部を取り外します。 </li><li> SAMを接続しますクランプワイヤを使用して、ソースメータの負端子にPLE（Cuシード層）。この場合、サンプルは、電気めっきプロセス中のアノードです。 </li><li>ソースメータの正端子にプラチナのピース（Pt）からコーティングされたSi（サンプルと同じ大きさ）を接続します。 Ptが電気めっきプロセス中にカソードです。 </li><li>金めっき液中のPtカソードとCu陽極の両方を水没。約1センチの距離で互いに対向する2つの電極を保管してください。 </li><li>ソースメータをオンにして、8分間のサンプルに1.12 V.電気めっき金の一定の電圧を供給（蒸着速度：〜100ナノメートル/分）。 </li><li>フォトレジストを除去するためにアセトンに続いてDI水でサンプルを洗浄します。 </li><li>再びDI水でサンプルをすすぎ、ブロー乾燥空気銃で。 </li><li>顕微鏡下で電気めっきされた金ナノピラーアレイを点検します。 </li><li>プロフィル（の厚さのAuナノピラーの厚さを測定金ナノピラー）は〜800nmです。 注：定電流セットアップはまた、金ナノピラーを電気めっきするために使用することができます。定電圧定電流セット・アップの両方において、金電気めっきのために使用される理想的な電流及び電圧が試行錯誤することによって達成することができます。 </li></ol></li></ol></li></ol>金ナノピラー（図2d、h）の間のナノギャップの2作成<ol><li> Cr及びCuの層の除去 <ol><li>銅色が消えるまでのCuエッチング液にサンプルを沈めます。 </li><li> DI水でサンプルをすすぎ、ブロー乾燥空気銃で。 </li><li>顕微鏡下でのAuナノピラーを点検します。 </li><li> 10秒間Crマスクのエッチング液に試料を浸します。 </li><li> DI水でサンプルをすすぎ、ブロー乾燥空気銃で。 </li><li>顕微鏡下でのAuナノピラーを点検します。 </li></ol></li><li> ナノスケールの酸化アルミニウムの製造アルミニウム（Al 2 O 3）隙間 <ol><li> ALDシステムチャムを加熱200°CまでのBER。 </li><li>室内の中央にサンプルを置きます。 </li><li>真空チャンバーをポンプダウンし、100（蒸着速度：〜1Å/サイクル）にサイクル数を設定します。 </li><li>順次交互に均一に試料上にAl 2 O 3層を堆積させるためにチャンバ内に0.015秒の時間で0.015秒と水（H 2 O）蒸気の時間で、トリメチルアルミニウム（TMA）ガスをパルス。各パルス間の時間間隔は5秒です。 TMAパルスの間、チャンバ圧力は10トルであり、H 2 O蒸気パルスの間の圧力は2トルです。 </li><li>堆積の各サイクルの間のチャンバをパージし、真空。預金は100サイクルのための Al 2 O 3と、チャンバから試料を取り出します。 </li><li>エリプソメーターを用いて、ALD の Al 2 O 3の厚さを測定します。 </li></ol></li></ol> Au薄膜（図2I-l及び図2メートル-p）の第2層の調製<ol><li> 金電気めっきのためのCuシード層の調製（図2I、M） <ol><li>電子ビーム蒸発器のサンプルホルダーの中央にサンプルを置きます。 </li><li>電子ビーム蒸発器におけるサンプルの回転をオフにします。 </li><li> Al 2 O 3とCuとの間の接着層として作用するサンプルに5nmのCr層を堆積させます。試料回転することなく、電子ビーム蒸着法を使用してください。 </li><li>デポジット金電気めっきのためのシード層としてサンプル回転なしに電子ビーム蒸着法を使用して、既存のCr層の上に10nmの銅。 </li></ol></li><li> Au薄膜を電気めっき（図2J、n）は、 <ol><li>クランプワイヤを使用して、ソースメータの負端子に試料（Cuシード層）を接続します。この場合、サンプルは、電気めっきプロセス中のアノードです。 </li><li>ソースメータの正端子に白金カソードを接続します。 </li><li>白金カソードとCu anod両方を水没金めっき液の電子。約1センチの距離で互いに対向する2つの電極を保管してください。 </li><li>ソースメータをオンにして、1.35 Vの定電圧を設定し、16分間のサンプル上にAuを電気メッキ。 </li><li> DI水でサンプルをすすぎ、ブロー乾燥空気銃で。 </li><li>電気メッキ、Auと顕微鏡下で以前に電気メッキされたAuナノピラーアレイを点検します。 </li><li>プロフィルで金ナノピラーの厚さを測定（金ナノピラーの厚さは〜400 nmです）。 注：セクション1.2.2におけるAuメッキと同様に、定電流のセットアップは、Au薄膜を電気めっきするためにも使用することができます。定電圧定電流セット・アップの両方において、金電気めっきのために使用される理想的な電流及び電圧が試行錯誤することによって達成することができます。 </li></ol></li><li> Cr及びCuの層の除去（図2K、O） <ol><li> 10秒間のCuエッチング液にサンプルを沈めます。 </li><li> DI水ANとサンプルをすすぎますDブロー乾燥空気銃を持ちます。 </li><li>顕微鏡下でのAuナノピラーを点検します。 </li><li> 10秒間Crマスクのエッチング液に試料を浸します。 </li><li> DI水でサンプルをすすぎ、ブロー乾燥空気銃で。 </li><li>顕微鏡下でのAuナノピラーを点検します。 注：別の方法として、Cr及びCuの（ステップ3.3）を除去した後に、第2の電気メッキAu層の上に金の余分な層を堆積させるために、再び金めっき液中にサンプルを沈めます。この追加のAu層は、第2のAu層の合計の厚さを増加させ、Au層とAl 2 O 3層（ 図2I、P）との間の良好な接触を確実にします。 </li></ol></li></ol> C字型SRR（図2Q-sおよび図2U-W）の4定義<ol><li> C字型SRRをパターニングする（図2Q、U） <ol><li> 60秒間2000rpmでコートをサンプル上にフォトレジストをスピン。 </li><li> 60秒間115℃のホットプレート上のサンプルを焼きます。 </li><li&gt;は、UV光の下でフォトレジスト22秒のためのCrフォトマスクと（〜15ミリワット/ cm 2の出力）を公開します。 </li><li>撹拌しながら90秒間現像液を用いて開発します。 </li><li> DI水でサンプルをすすぎ、空気銃でサンプルをブロードライ。 </li></ol></li><li> イオンミル（図2R、Vおよび図2S、W）を用いて、C-形状定義 <ol><li>両面にCu導電性テープを用いたイオンミル試料ホルダー上の試料を取り付けます。 </li><li> 6°Cにイオンミル室をクールダウン。 </li><li>イオンミル300 Vのビーム電圧と30分間〜125ミリアンペアのビーム電流を有するサンプル。 </li><li>サンプルを取り出し、C字型の外側金ナノピラーを検査します。 </li><li> AuをC字型の外にまだ表示されている場合、ステップ4.2.3と4.2.4を繰り返します。 </li><li>フォトレジストを除去するためにアセトン中で試料を超音波処理。 </li><li> DI水でサンプルをすすぎ、ブロー乾燥空気銃で。 </li><li>顕微鏡下でサンプルを検査します。 </li><li>繰り返しステップ4.2.6と4.2。7フォトレジストが完全に除去されない場合。 注：別の方法として、酸素を適用するフォトレジストを除去する前に、フォトレジストに軟化手順に耐えます。しかし、超音波処理浴が該当する場合、フォトレジストを除去するための最も効果的な方法です。 </li></ol></li></ol>エアナノギャップのための Al 2 O 3の5の取り外し（図2トン、x）は、 <ol><li> Al 2 O 3を除去するために5分間、5％フッ化水素（HF）溶液中にサンプルを浸します。 </li><li> DI水でサンプルをすすぎ、ブロー乾燥空気銃で。 </li></ol>

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著者らは、開示することは何もありません。

この製造技術は、電子ビームリソグラフィと自己組織化などの既存の方法を介して、ナノスケールの構造体を作成するための重要な利点を有します。まず、ナノスケールの構造体は、電子ビームリソグラフィプロセスでは実用的ではないナノピラーアレイを備えたフォトマスクを用いて大面積（ウェハ全体）にわたって実現することができます。第二に、製造プロセスは、電子ビームリソグラフィーに比べ、はるかに速くより簡単、かつ安価であり、従来のウェハスケール微細加工プロセスを使用します。第三に、原子スケールのナノギャップを容易に正確に制御特徴サイズを有するALDプロセスによって作成することができます。 試料回転せずにCr及びCuの電子ビーム蒸発は最小限に側壁堆積を用いて基板上に直接Cr及びCuの堆積を可能にします。金のみソースメータに接続されたCuシード層上に電気めっきすることができるので、これは、次の金電気めっきプロセスのために重要です。 Cu層以来金ナノピラーの上のsは、基板上にCu層で切断され、Auが、基板上に電気めっきすることはできません。品質と電気めっきのAuの厚さは、電気めっき電圧/電流、電気めっき時間に依存します。より高い電圧/電流は、高い堆積速度をもたらします。しかしながら、高電圧/電流は、低品質のAu堆積をもたらすことができます。低品質で電気めっきAuが標準のAu材料に比べて低い電気伝導性を有するだけでなく、弱い共振挙動と共振ピークの下の大きさにつながる、SRRを循環する変位電流の強さを低減したAu、中の空隙の多く。したがって、適切な電圧/電流は、高品質のAuナノピラーを達成するために不可欠です。電気めっき時間と電圧/電流も正確にAu薄膜（金の第二層）の厚さは金ナノピラー（金の第1層）のそれよりも小さいことを確認するために制御されるべきです。 の Al 2 O 3層を達成することができます。 ALDによって堆積したAl 2 O 3の堆積速度と品質は、チャンバ内の反応温度に依存します。 200℃以上の反応温度は、高品質の Al 2 O 3膜を達成することをお勧めします。サイクル数と温度を正確に所望の厚さのAl 2 O 3層を得るために制御することができます。ナノギャップ（ 図3H）の大きさは、ナノピラーベースのSRRの高いQ値を実現するために重要です。ナノギャップの大きさの増加は、高いQ値をもたらすナノギャップ内部のエネルギー貯蔵を増加させます。しかし、ナノギャップの大きさが制限なく増加させることができません。ナノギャップの大きさは約50nmを超えると、金ナノピラー間の変位電流が劇的に低下し、Nを通過することができません肛門のギャップ、共振応答の消失につながります。 Al 2 O 3のナノギャップの大きさが2nm未満である場合に加えて、金堆積のための電解電圧は、Auナノピラーとの導通を生じ破壊誘電体バリアアルミニウム（Al 2 O 3ナノギャップ）、缶及び金ナノピラー（第一の金層）の上に電気めっき第二のAu層をもたらす金めっき液。この制限は、Auナノピラー間の誘電体バリアを壊すことなく、超薄型の Al 2 O 3のギャップを達成するために困難につながります。 有限要素法（FEM）は、SRRの（ 図3I及び3K）をシミュレートするために使用されました。透過スペクトルにおける3つの共振ピークはSRRの先頭（第1）モード、第二（2 回目 ）モード、および第三の（ 第3）モードとして知られています。 10 nmのアルとナノピラーベースのSRRの透過スペクトル<sub&gt; 2 O 3ギャップと10nmのエアギャップは、テラヘルツ時間領域分光法（ 図3Jおよび3リットル）を用いて測定しました。すべての測定された透過スペクトルを作製ナノピラーベースのSRRが予想されるデザインを満たしていることを証明する、シミュレートされたデータと一致しています。 連続した金属薄膜と誘電体のナノスケールのギャップとの組み合わせは、Q値よりも（より45倍の周囲450の超高Q因子をもたらす従来のフィルムベースのSRRに比べてより多くのエネルギーを貯蔵するための構造を提供します従来の薄膜ベースのSRR）と大きな周波数シフトの（薄膜ベースのSRRの周波数シフトよりも約17倍）。このビデオジャーナルに示すユニークな製造技術は、大面積にわたってナノピラー形成SRRの何千もの製作を可能にします。金ナノピラーの形成は、主にSRRの表面積およびナノスケールのギャップベット数が増加するのでWEEN金ナノピラーは、（電荷）エネルギー蓄積量を高め、超高Q因子を高感度につながる達成することができます。また、ナノピラーベースのSRRに適用される物質は、ナノギャップの内側に提示されている高い選択性につながるナノピラーベースのSRRの大きな周波数シフトが生じ、ナノギャップの誘電率の変化に寄与する。したがって、ナノピラーベースのSRRは、Auメッキを用いて作製し、ALD技術は非常に急性化学的および生体分子センシングユニットに最適です。

テラヘルツ（テラヘルツ）メタマテリアル（MMS）は、生物医学的センサーと周波数アジャイル装置1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11のために開発されています。テラヘルツMMセンサの感度と周波数選択性を向上させるために、ナノピラーベースのスプリットリング共振器（SRR）は、（超高品質因子を有するテラヘルツ共鳴を励起するためにナノピラーアレイを金（Au）の内部で発生する変位電流を使用して設計されていますQ因子）（〜450）（ 図1）12。ナノピラーベースのSRRは、高Q値および有望なセンシング能力、そのようなnanostructurの製造を示しているにもかかわらず大面積にわたって高アスペクト比（40以上）とナノスケールのギャップ（サブ10 nm）を持つESが困難な13のまま。 ナノスケール構造体を製造するために最も一般的に使用される技術は、電子ビームリソグラフィ（EBL）14、15、16、17です。しかしながら、EBLの解像度静止によるビームスポットサイズ、電子散乱、レジストの特性、及び現像工程18、19に限定されます。また、原因遅い処理時間に大きな面積にわたってEBLを用いてナノ構造体を作製するのは実用的ではなく、大規模なプロセス20がかかり。ナノ構造を達成するための別の戦略は、自己組織化技術21,22を使用することです。溶液と、utilの中で自己集合金属ナノキューブ（NCS）によります静電相互作用とのNC間のポリマーリガンドの結合をizing、ナノスケールのギャップをきちんと整理1次元NCアレイは、23を達成することができます。ナノギャップの大きさは、NCの間にポリマーリガンドに依存し、異なる分子量24、25、26と異なるポリマー材料を適用することによって制御することができます。自己組織化は、スケーラブルでコスト効率の高いナノ構造体23を実現するための強力な手法です。しかし、製造プロセスは、従来のマイクロ及びナノ製造工程に比べて複雑であり、ナノギャップの大きさの制御は、電子デバイス用途のために十分に正確ではありません。 ⅰ）製造プロセスを適用することが容易であり、慣例と互換性があります正常にナノピラーベースのSRRを製造するためには、新規の製造方法は、以下の目標を達成するために考案されるべきですアルマイクロおよびナノ製造プロセス。 ⅱ）大面積にわたって製作が適用されます。 iii）は、ナノギャップの大きさを容易かつ正確に0.1 nmの分解能で制御することができ、10nm以下に縮小することができます。 新規な製造方法はナノピラーベースのSRRを製造するために電気めっきプロセスの組み合わせと原子層堆積（ALD）プロセスを用いて実証されます。電気めっきは、低コストの自己充填プロセスであるため、大面積にわたって構造を作製することは容易です。 ALDは、正確に処理中の反応サイクルにより制御することができる化学蒸着（CVD）プロセスです。 ALD薄膜の分解能は0.1nmであることができ、薄膜は、ナノスケールのギャップ27、28を作成するのに適した高品質で均一にコーティングされます。 10ナノメートルのギャップ以下でナノピラーベースSRRアレイが正常に6 mmの×6mmの領域上に製造することができます。両方のimulatedと測定されたテラヘルツ透過スペクトルは、変位電流によって媒介ナノピラーベースSRRの実行可能性を証明する、Q値と大きな周波数シフト超で共振挙動を示します。詳細な製造プロセスは、プロトコルセクションに説明されており、ビデオプロトコルは、開業医が、製造プロセスを理解し、ナノピラーベースSRRの製造に関連する一般的なミスを回避するのに役立つことができます。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1240">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Silicon Wafer</td>
			<td style="width:295px;">Siltronic AG</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td style="width:437px;">100mm diameter, N-type, one-side polish, resitivity: 560-840 &#937;&#8226;cm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Chromium</td>
			<td style="width:295px;">Kurt J. Lesker Company</td>
			<td style="width:199px;">EVMCR35J</td>
			<td>99.95% pure</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Copper</td>
			<td style="width:295px;">Kurt J. Lesker Company</td>
			<td style="width:199px;">EVMCU40QXQJ</td>
			<td>99.99% pure</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">E-Beam Evaporator System</td>
			<td style="width:295px;">Rocky Mountain Vacuum Tech.</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>RME-2000</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">S1813 Positive Photoresist</td>
			<td style="width:295px;">Microposit</td>
			<td style="width:199px;">10018348</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Spinner</td>
			<td style="width:295px;">Best Tools</td>
			<td style="width:199px;">S0114031123</td>
			<td>SMART COATER 100</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Mask Aligner</td>
			<td style="width:295px;">Midas</td>
			<td style="width:199px;">MDA-400LJ</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Digital Hot Plate</td>
			<td style="width:295px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:199px;">HP131725</td>
			<td>Super-Nuvoa series, maximum temperature: 370 degree C</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">MF319 Developer</td>
			<td style="width:295px;">Microposit</td>
			<td style="width:199px;">10018042</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Acetone</td>
			<td style="width:295px;">Fisher Chemical</td>
			<td style="width:199px;">A18P-4</td>
			<td style="width:437px;">N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Isopropyl Alcohol</td>
			<td style="width:295px;">Fisher Chemical</td>
			<td style="width:199px;">A416-4</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Gold 25 ES RTU</td>
			<td style="width:295px;">Technic Inc.</td>
			<td style="width:199px;">391427</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Source Meter</td>
			<td style="width:295px;">Keithley</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>2612 System SourceMeter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Microscope</td>
			<td style="width:295px;">Omax</td>
			<td style="width:199px;">NJF-120A</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Profilometer</td>
			<td style="width:295px;">Tencor Instruments</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>Alpha-Step 200</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">APS Copper Etchant 100</td>
			<td style="width:295px;">Transfene Company, Inc.</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">CE-5 M Chromium Mask Etchant</td>
			<td style="width:295px;">Transfene Company, Inc.</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Atomic Layer Deposition System</td>
			<td style="width:295px;">Cambridge Nano Tech inc.</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>Savannah series</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Ion Mill Etching System</td>
			<td style="width:295px;">Intlvac Thin Film</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>Nanoquest series</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Ultrasonic Cleaner</td>
			<td style="width:295px;">Crest Ultrasonics</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>Powersonic series</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Hydrofluoric Acid</td>
			<td style="width:295px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">244279</td>
			<td>Diluted to 5%</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:311px;">Field Emission Gun Scanning Electron Microscope</td>
			<td style="width:295px;">Jeol Ltd.</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>JEOL 6700 series</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of nanopillar-based split ring resonators for displacement current mediated resonances in terahertz metamaterials

SRRは、このような共振器を周囲温度および圧力などの環境の特性に影響されないので、テラヘルツ（テラヘルツ）スプリットリング共振器（SRR）メタマテリアル（MMS）は、ガス、化学物質、および生体分子センシング応用のために研究されてきました。テラヘルツ周波数の電磁放射が、特に生体分子センシングの応用のための重要な条件である、生体適合性です。しかし、品質係数（Q値）と従来の薄膜ベースのスプリットリング共振器の周波数応答は、（SRR）MMSは、センサーとしての感度及び選択性を制限する、非常に低いです。この作業、新規ナノピラーベースのSRRのMMでは、変位電流を利用して、従来の薄膜系のMMよりも約45倍である450 Qファクタアップを強化するように設計されています。強化されたQファクタの他に、ナノピラーベースMMSは伝統により得られるシフトと比較し（17倍より大きい周波数シフトを誘発しますアル薄膜ベースMMS）。そのため大幅に強化されたQ値と周波数シフトだけでなく、生体適合性の放射線の特性の、テラヘルツナノピラーベースのSRRは、生体材料への損傷や歪みを誘発することなく、高感度と選択性を有する生体分子センサーの開発のための理想的なのMMです。新規の製造プロセスは、変位電流媒介テラヘルツのMM用ナノピラーベースのSRRを構築することが実証されています。二段階の金（Au）、電気めっき法、原子層堆積（ALD）プロセスは、金ナノピラーの間にサブ10nmのスケールのギャップを作成するために使用されます。 ALDプロセスは、コンフォーマルコーティングプロセスであるので、ナノメートルスケールの厚さの均一な酸化アルミニウム（Al 2 O 3）層を実現することができます。順次の Al 2 O 3とAu、最密充填のAu- の Al 2 O 3 -Auナノスケールの Al 2 O 3ギャップを有する構造がすることができます間のスペースを埋めるために別のAu薄膜を電気めっきすることにより、製作。ナノギャップの大きさが十分に正確に0.1ナノメートルの精度を有するALDプロセスの堆積サイクルを制御することによって定義することができます。

<html>製造方式は、各ステップ（ 図2a-X）を示します。光学像（ 図2Y-AC）及び走査型電子顕微鏡（SEM）画像（ 図2AD-AG）は、異なる製造工程におけるナノピラーベースのSRRのために収集しました。アニメーション（ 図2a-c）は、電気メッキ金ナノピラーの第1層と電気めっきAu膜の第二の層だけでなく、それらの間に作成されたナノギャップを示しています。 図2dは、Al 2 O 3ナノギャップおよび空気ナノギャップの両方を有するナノピラーベースSRRの断面スキームを示します。 SEM画像は、Auナノピラー間のナノピラーベースSRRアレイおよびナノスケールのギャップ（ 図2af、2AG、3E-H）のために収集しました。 Al 2 O 3ナノギャップおよび空気ナノギャップを有するサンプルの両方シミュレートし、測定透過スペクトル（ 図3I-L）を示しました。 <html> 1 &quot;&gt;：&quot; =キープtogether.within-ページFO」jove_content <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/55289/55289fig1.jpg" /> 図1：変位電流によって媒介ナノピラーベースのSRRの説明図。電場Eによって2枚の金属板二つナノピラーの間に誘導した（a、b）は変位電流（I D）。 （c）は金ナノピラーの何千によって定義されたナノピラーベースのSRRの概略（H：ナノピラーの高さ、A：対向面積と、d：ナノギャップサイズ; リットル ：ナノピラーとεの幅：ナノギャップ内の誘電率） 。 （d）の薄膜ベースのSRRとナノピラーベースのSRRのQ値。周りの450のQファクタは、10nmのナノギャップの大きさを有するナノピラーベースSRRを用いて達成することができます。数値は、高度な光学材料12からの許可を得て適応されます。ig1large.jpg &quot;ターゲット=&quot; _空白 &quot;&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/55289/55289fig2.jpg" /> 図2：ナノピラーベースのSRRの製造スキーム。 （ - トン ）3DアニメーションとナノピラーベースのSRRの製造工程の断面模式図。 （Y - 交流 ）異なる製造工程でのナノピラーベースのSRRの光学像。 （ 広告 - AG）ナノピラーベースの異なる製造工程でのSRRだけでなく、5ナノメートルの Al 2 O 3のギャップ（AG）のSEM像。数値は、高度な光学材料12からの許可を得て適応されます。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55289/55289fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> 図3：ナノピラーベースのSRRのキャラクタリゼーション。 （ - d）のナノピラーベースのSRRの製造スキーム。 （E - H）ナノピラーベースSRRのSEM像。 （I）のAl 2 O 3ナノギャップナノピラーベースSRRのシミュレーション透過スペクトル。 （J）は、Al 2 O 3ナノギャップナノピラーベースSRRの透過スペクトルを測定しました。 （k）は 、エアナノギャップナノピラーベースのSRRの模擬透過スペクトル。 （l）は、空気ナノギャップナノピラーベースSRRの透過スペクトルを測定しました。数値は、高度な光学材料12からの許可を得て適応されます。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55289/55289fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。&lt;</a>/ A&gt;

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Fabrication of Nanopillar-Based Split Ring Resonators for Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials

設計および新規ナノピラーベースのスプリットリング共振器（SRR）の製造のためのプロトコルが提供されます。

テラヘルツメタマテリアルにおける変位電流仲介共鳴のためのナノピラーベースのスプリットリング共振器の作製

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR ...

fabrication-nanopillar-based-split-ring-resonators-for-displacement

Nanyang Technological University

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7.7K ビュー.  University of Minnesota. 設計および新規ナノピラーベースのスプリットリング共振器（SRR）の製造のためのプロトコルが提供されます。 

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Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe their electromagnetic properties to the structure of their constituents, instead of the atoms that compose them. For example, sub-wavelength metal wires can be arranged to possess an effective electric permittivity that is either positive or negative at a given frequency, in contrast to the metals themselves 2. This unprecedented control over the behaviour of light can potentially lead to a number of novel devices, such as invisibility cloaks 3, negative refractive index materials 4, and lenses that resolve objects below the diffraction limit 5. However, metamaterials operating at optical, mid-infrared and terahertz frequencies are conventionally made using nano- and micro-fabrication techniques that are expensive and produce samples that are at most a few centimetres in size 6-7. Here we present a fabrication method to produce hundreds of meters of metal wire metamaterials in fiber form, which exhibit a terahertz plasmonic response 8. We combine the stack-and-draw technique used to produce microstructured polymer optical fiber 9 with the Taylor-wire process 10, using indium wires inside polymethylmethacrylate (PMMA) tubes. PMMA is chosen because it is an easy to handle, drawable dielectric with suitable optical properties in the terahertz region; indium because it has a melting temperature of 156.6 &deg;C which is appropriate for codrawing with PMMA. We include an indium wire of 1 mm diameter and 99.99% purity in a PMMA tube with 1 mm inner diameter (ID) and 12 mm outside diameter (OD) which is sealed at one end. The tube is evacuated and drawn down to an outer diameter of 1.2 mm. The resulting fiber is then cut into smaller pieces, and stacked into a larger PMMA tube. This stack is sealed at one end and fed into a furnace while being rapidly drawn, reducing the diameter of the structure by a factor of 10, and increasing the length by a factor of 100. Such fibers possess features on the micro- and nano- scale, are inherently flexible, mass-producible, and can be woven to exhibit electromagnetic properties that are not found in nature. They represent a promising platform for a number of novel devices from terahertz to optical frequencies, such as invisible fibers, woven negative refractive index cloths, and super-resolving lenses.

Metamaterials at terahertz frequencies offer unique opportunities, but are challenging to fabricate in bulk. We adapt the fabrication procedure for microstructured polymer optical fibers to inexpensively fabricate metamaterials potentially on an industrial scale. We produce polymethylmethacrylate fibers containing ~10 &mu;m diameter indium wires separated by ~100 &mu;m, which exhibit a terahertz plasmonic response.

ファイバー描画法を用いたメタマテリアルの作製

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

工学

Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

Refractive index (RI) sensing is a powerful noninvasive and label-free sensing technique for the identification, detection and monitoring of microfluidic samples with a wide range of possible sensor designs such as interferometers and resonators 1,2. Most of the existing RI sensing applications focus on biological materials in aqueous solutions in visible and IR frequencies, such as DNA hybridization and genome sequencing. At terahertz frequencies, applications include quality control, monitoring of industrial processes and sensing and detection applications involving nonpolar materials.
Several potential designs for refractive index sensors in the terahertz regime exist, including photonic crystal waveguides 3, asymmetric split-ring resonators 4, and photonic band gap structures integrated into parallel-plate waveguides 5. Many of these designs are based on optical resonators such as rings or cavities. The resonant frequencies of these structures are dependent on the refractive index of the material in or around the resonator. By monitoring the shifts in resonant frequency the refractive index of a sample can be accurately measured and this in turn can be used to identify a material, monitor contamination or dilution, etc.
The sensor design we use here is based on a simple parallel-plate waveguide 6,7. A rectangular groove machined into one face acts as a resonant cavity (Figures 1 and 2). When terahertz radiation is coupled into the waveguide and propagates in the lowest-order transverse-electric (TE1) mode, the result is a single strong resonant feature with a tunable resonant frequency that is dependent on the geometry of the groove 6,8. This groove can be filled with nonpolar liquid microfluidic samples which cause a shift in the observed resonant frequency that depends on the amount of liquid in the groove and its refractive index 9.
Our technique has an advantage over other terahertz techniques in its simplicity, both in fabrication and implementation, since the procedure can be accomplished with standard laboratory equipment without the need for a clean room or any special fabrication or experimental techniques. It can also be easily expanded to multichannel operation by the incorporation of multiple grooves 10. In this video we will describe our complete experimental procedure, from the design of the sensor to the data analysis and determination of the sample refractive index.

The procedure for implementing a refractive index sensor for terahertz frequencies based on a grooved parallel-plate waveguide geometry is described here. The method yields a measurement of the refractive index of a small volume of liquid through monitoring of the shift in the resonant frequency of the waveguide structure

平行平板導波センサを用いたテラヘルツマイクロ流体センシング

Refractive index (RI) sensing is a powerful noninvasive and label-free sensing technique for the identification, detection and monitoring of microfluidic ...

Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on photoconduction, which has been one of the most commonly used techniques for terahertz generation 1-8. Terahertz generation in a photoconductive emitter is achieved by pumping an ultrafast photoconductor with a pulsed or heterodyned laser illumination. The induced photocurrent, which follows the envelope of the pump laser, is routed to a terahertz radiating antenna connected to the photoconductor contact electrodes to generate terahertz radiation. Although the quantum efficiency of a photoconductive emitter can theoretically reach 100%, the relatively long transport path lengths of photo-generated carriers to the contact electrodes of conventional photoconductors have severely limited their quantum efficiency. Additionally, the carrier screening effect and thermal breakdown strictly limit the maximum output power of conventional photoconductive terahertz sources. To address the quantum efficiency limitations of conventional photoconductive terahertz emitters, we have developed a new photoconductive emitter concept which incorporates a plasmonic contact electrode configuration to offer high quantum-efficiency and ultrafast operation simultaneously. By using nano-scale plasmonic contact electrodes, we significantly reduce the average photo-generated carrier transport path to photoconductor contact electrodes compared to conventional photoconductors 9. Our method also allows increasing photoconductor active area without a considerable increase in the capacitive loading to the antenna, boosting the maximum terahertz radiation power by preventing the carrier screening effect and thermal breakdown at high optical pump powers. By incorporating plasmonic contact electrodes, we demonstrate enhancing the optical-to-terahertz power conversion efficiency of a conventional photoconductive terahertz emitter by a factor of 50 10.

We describe methods for the design, fabrication, and experimental characterization of plasmonic photoconductive emitters, which offer two orders of magnitude higher terahertz power levels compared to conventional photoconductive emitters.

プラズモニック光伝導テラヘルツエミッターの設計、製作、および実験特性

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on ...

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information support1,2,3. In this context, metal nanowires are especially desirable for realizing dense routing networks4. A prerequisite to operate such shared nanowire-based platform relies on our ability to electrically contact individual metal nanowires and efficiently excite surface plasmon polaritons5 in this information support. In this article, we describe a protocol to bring electrical terminals to chemically-synthesized silver nanowires6 randomly distributed on a glass substrate7. The positions of the nanowire ends with respect to predefined landmarks are precisely located using standard optical transmission microscopy before encapsulation in an electron-sensitive resist. Trenches representing the electrode layout are subsequently designed by electron-beam lithography. Metal electrodes are then fabricated by thermally evaporating a Cr/Au layer followed by a chemical lift-off. The contacted silver nanowires are finally transferred to a leakage radiation microscope for surface plasmon excitation and characterization8,9. Surface plasmons are launched in the nanowires by focusing a near infrared laser beam on a diffraction-limited spot overlapping one nanowire extremity5,9. For sufficiently large nanowires, the surface plasmon mode leaks into the glass substrate9,10. This leakage radiation is readily detected, imaged, and analyzed in the different conjugate planes in leakage radiation microscopy9,11. The electrical terminals do not affect the plasmon propagation. However, a current-induced morphological deterioration of the nanowire drastically degrades the flow of surface plasmons. The combination of surface plasmon leakage radiation microscopy with a simultaneous analysis of the nanowire electrical transport characteristics reveals the intrinsic limitations of such plasmonic circuitry.

Silver nanowires can simultaneously transport electrons and optical information in the form of surface plasmons. A procedure is described here to realize such a shared circuitry and the limitations at propagating both information carriers are evaluated.

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

超伝導共振器の作製と評価

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic nanoscale patch antennas. This includes a detailed procedure for the fabrication of thin films with a well-controlled thickness over macroscopic areas using layer-by-layer deposition of polyelectrolyte polymers, namely poly(allylamine) hydrochloride (PAH) and polystyrene sulfonate (PSS). These polyelectrolyte spacer layers serve as a dielectric gap in between silver nanocubes and a gold film. By controlling the size of the nanocubes or the gap thickness, the plasmon resonance can be tuned from about 500 nm to 700 nm. Next, we demonstrate how to incorporate organic sulfo-cyanine5 carboxylic acid (Cy5) dye molecules into the dielectric polymer gap region of the nanopatch antennas. Finally, we show greatly enhanced fluorescence of the Cy5 dyes by spectrally matching the plasmon resonance with the excitation energy and the Cy5 absorption peak. The method presented here enables the fabrication of plasmonic nanopatch antennas with well-controlled dimensions utilizing colloidal synthesis and a layer-by-layer dip-coating process with the potential for low cost and large-scale production. These nanopatch antennas hold great promise for practical applications, for example in sensing, ultrafast optoelectronic devices and for high-efficiency photodetectors.

A protocol for the colloidal synthesis of silver nanocubes and fabrication of plasmonic nanoscale patch antennas with sub-10 nm gaps is presented.

プラズモニクスとナノフォトニクスでのアプリケーションのためのNanopatchアンテナのコロイド合成

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres can be thought as a store of energy with a huge variety of applications: compact laser sources, highly sensitive biochemical sensors and nonlinear phenomena. A protocol for the fabrication of both the microspheres and coupling system is given. The couplers described here are tapered fibers. Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS). A proof of the cavity-enhanced phenomenon is given by the lack of correlation among the pump, signal and idler: a resonant mode has to exist in order to obtain the pair of signal and idler. In the case of hyperparametric oscillations (four wave mixing and stimulated anti-stokes Raman scattering), the modes must fulfill the energy and momentum conservation and, last but not least, have a good spatial overlap.

Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS).

微小球ウィスパリングギャラリーモード共振器で刺激ストークスとAntistokesラマン散乱

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres ...

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit manipulation, and integrated single-photon detectors. Here, we present the key aspects of preparing and testing a silicon photonic quantum chip with an integrated photon source and two-photon interferometer. The most important aspect of an integrated quantum circuit is minimizing loss so that all of the generated photons are detected with the highest possible fidelity. Here, we describe how to perform low-loss edge coupling by using an ultra-high numerical aperture fiber to closely match the mode of the silicon waveguides. By using an optimized fusion splicing recipe, the UHNA fiber is seamlessly interfaced with a standard single-mode fiber. This low-loss coupling allows the measurement of high-fidelity photon production in an integrated silicon ring resonator and the subsequent two-photon interference of the produced photons in a closely integrated Mach-Zehnder interferometer. This paper describes the essential procedures for the preparation and characterization of high-performance and scalable silicon quantum photonic circuits.

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum systems. Presented here is a method for preparing and testing a silicon photonic chip for quantum measurements.

シリコンリング共振器光子源における量子干渉の測定

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, interface precipitation, and mini-emulsion. In all methods, well-defined, micrometer-sized spheres are obtained from a self-assembling process in solution. The vapor diffusion method can result in spheres with the highest sphericity and surface smoothness, yet the types of the polymers able to form these spheres are limited. On the other hand, in the mini-emulsion method, microspheres can be made from various types of polymers, even from highly crystalline polymers with coplanar, &#960;-conjugated backbones. The photoluminescent (PL) properties from single isolated microspheres are unusual: the PL is confined inside the spheres, propagates at the circumference of the spheres via the total internal reflection at the polymer/air interface, and self-interferes to show sharp and periodic resonant PL lines. These resonating modes are so-called "whispering gallery modes" (WGMs). This work demonstrates how to measure WGM PL from single isolated spheres using the micro-photoluminescence (&#181;-PL) technique. In this technique, a focused laser beam irradiates a single microsphere, and the luminescence is detected by a spectrometer. A micromanipulation technique is then used to connect the microspheres one by one and to demonstrate the intersphere PL propagation and color conversion from coupled microspheres upon excitation at the perimeter of one sphere and detection of PL from the other microsphere. These techniques, &#181;-PL and micromanipulation, are useful for experiments on micro-optic application using polymer materials.

Protocols for the synthesis of microspheres from polymers, the manipulation of microspheres, and micro-photoluminescence measurements are presented.

光共振器およびレーザ応用のためのポリマーマイクロスフェアの作製

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present an advanced method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics. The proposed process addresses several fabrication issues, including large area processing. Specifically, the protocol describes a process for fabricating ultra-thin color films using an electron beam evaporator for oblique angle deposition of germanium (Ge) and gold (Au) on silicon (Si) substrates.&#160; Film porosity produced by the oblique angle deposition induces color changes in the ultra-thin film. The degree of color change depends on factors such as deposition angle and film thickness. Fabricated samples of the ultra-thin color films showed improved color tunability and color purity. In addition, the measured reflectance of the fabricated samples was converted into chromatic values and analyzed in terms of color. Our ultra-thin film fabricating method is expected to be used for various ultra-thin film applications such as flexible color electrodes, thin film solar cells, and optical filters. Also, the process developed here for analyzing the color of the fabricated samples is broadly useful for studying various color structures.

We present a detailed method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics for optical coatings. The oblique angle deposition technique using an electron beam evaporator allows improved color tunability and purity. Fabricated films of Ge and Au on Si substrates were analyzed by reflectance measurements and color information conversion.

斜め蒸着を使用してメディアを高吸収極薄カラー フィルムの作製

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...