光子学方法基于介电和半导体结构中E-和H-型MIE共振的激发已成为过去二十年来研究活动的对象。这些非质子共振技术被认为是创建新的超材料[1-6]并增加光电设备的量子产率[7,8]的途径。在这一领域的一个重要问题是可以设计MIE共鸣的特性。为实施MIE共振工程,可以在介电材料中实施从无定形到结晶状态的可逆过渡。特别是,可以使用结晶和进一步的激光诱导的这些SB 2 S 3谐振器[9]来实现SB 2 S 3纳米磁盘阵列中的可逆MIE共振调节。是一个理论上考虑了球形粒子的光散射,其介电常数在双倍频率下相对于入射光进行了调制,这表明有可能控制球体的MIE共振[10]。
飞秒直接激光写入(FS DLW)是在透明介电材料中产生3D光子微结构的强大方法[1,2]。后者在短时间内通过非线性过程吸收FS脉冲的能量,从而在μM规模的辐照面积(损伤轨道)内进行了永久性的材料修饰,从而导致折射率的热变化。激光波导(WGS)最近引起了极大的关注[1]。飞秒脉冲对激光WGS的铭文受益于快速制造时间,高精度,获得各种几何形状和活性材料。对于此类WG,达到了低至中等传播损失。wg激光器代表光子积分电路的构件之一[2]。如果设计正确,它们会受益于单模模式操作,低阈值和高光强度[3]。表面WG可以通过将非线性光学材料沉积导致脉冲激光通过evanescent-Field景偶联而进行功能化[4,5]。
Urrutia 等人 2 的文章从品质因数 (FoM) 的角度分析了多种光纤传感结构的性能,品质因数是折射率灵敏度 (RI) 与谐振半峰全宽 (FWHm) 之比。在该工作分析的结构中,必须强调两个结合电磁谐振和光纤的例子。第一个是倾斜光纤布拉格光栅 (TFBG),其中金属薄膜 3 的应用允许将这些结构的性能提升到 FoM 超过 1000。第二个是损耗模式谐振 (LMR),它基于高折射率介电材料(通常是金属氧化物 4,5 )的沉积。探索这种现象的最佳结构是 D 形光纤,其中可以使用保偏光纤 6 或在线偏振器和偏振控制器 7 来分离 TE 和 TM 分量。这种设置可以获得水中每 RI 单位数千 nm 的灵敏度,后一种情况下的 FoM 可达 2000 左右。
由于其优异的介电性能,玻璃可以作为表面离子阱制造中石英或蓝宝石的低成本替代材料。与高电阻率(5000 Ω·cm)硅衬底(20 MHz 时的典型损耗角正切为 1.5)相比[24],本文采用的玻璃衬底(Corning SGW 8.5)在 5 GHz 时的损耗角正切为 0.025,体积电阻率为 10 10 Ω·cm(数据可从产品信息表获得)。这省去了硅阱所需的射频屏蔽层和绝缘层,并使制造程序变得更加简单。此外,透明玻璃(波长为 300 至 2400 nm 的透射率为 90%)可以使光的传输和收集更加灵活,例如,通过在下面放置光纤和/或光电探测器。 [25]与其他介电材料(如蓝宝石和石英)相比,玻璃不仅成本低,而且可制造性更先进,可以实现高可靠性的玻璃通孔、[26,27]阳极键合、[28]
面等离子体共振,促进了先进传感器的发展。[2,3] 在介电材料上制造的纳米孔阵列——更普遍地说是由亚波长直径的孔组成的规则有序结构——构成了集成二维光子晶体和全介电超表面架构的基础,能够以前所未有的水平限制和操纵光(包括幅度、光谱和空间管理)。[4] 这种等离子体和全介电纳米结构的纳米制造的通常技术方法依赖于各种工具和方法,其中包括聚焦离子束、电子束、光刻、反应离子蚀刻等。[5,6] 这些制造方法成熟且性能高,然而它们速度慢,需要针对所用每种材料进行优化的几个步骤和技术,从而不可避免地增加了整个过程的总成本和复杂性。未来的先进设备现在要求除了利用完美控制的平面纳米图案(在 X 和 Y 维度)之外,还需要利用第三维度(Z)。[7] 特别是,深度至少达到几微米的纳米孔阵列排列可以大大拓宽纳米光子结构的可能设计和功能范围。[7,8] 然而,在材料表面制造具有圆柱形轮廓的如此深的孔的技术具有挑战性。[9–12] 因此,引入一种多功能的制造方法,将孔深度添加为一个直接且独立的自由度,有望形成先进的架构。在此背景下,我们探索超快激光加工作为在参考介电材料熔融石英表面创建深气孔的直接方法。所谓“直接”,是指通过一步工艺制造一个孔,只用一次激光照射即可烧蚀物质,无需任何额外处理(例如化学蚀刻[13]),也无需平移目标材料。[14] 尽管超短脉冲直接激光烧蚀的最终空间分辨率尚未达到足够的性能标准,无法与传统纳米制造工艺相媲美,无法制造功能性纳米光子元件,但我们的目标是表明它代表了一种替代和互补的解决方案,在速度、无掩模和一步工艺、不需要真空环境或化学品方面具有吸引人的优势。此外,纳米结构可以在单个
所有介电材料都具有电活性,即能够在施加的电场作用下改变其尺寸或形状。(Dang et al, 2012) 电活性聚合物 (EAP) 及其聚合物纳米复合材料由于其低模量、高应变能力、易于低成本加工和可定制的机电耦合特性,特别适用于从致动器、传感器到发电机等应用。通常,EAP 诱导的应变能力比刚性和易碎的电活性陶瓷高两个数量级。与形状记忆合金和聚合物相比,它们显示出更快的响应速度。(Yuan et al, 2019) 由于这些特性,EAP 可以与生物肌肉相媲美,并长期被称为“人造肌肉”。(Bar-Cohen, 2002) 社区甚至发布了一项挑战,要求开发一种由人造肌肉驱动的机械臂,以赢得与人类对手的腕力比赛。除了致动器之外,EAP 还显示出其在传感应用中的潜力,例如触觉传感、血压和脉搏率监测以及化学传感。(Wang 等人,2016 年)此外,EAP 甚至可以作为发电机中的关键活性材料。随着便携式电子设备(例如无线传感器和发射器)和无线微系统的功能不断增加,其能量需求也急剧增加。而电池的使用由于环境问题和有限的使用寿命而很麻烦,因此需要定期更换。解决这一挑战的明显解决方案是开发完全依赖从人体或周围环境中获取的能量的自供电系统。EAP 已被证明能够获取振动机械能(Lallart 等人,2012 年)和海浪能(Jean 等人,2012 年)。EAP 可以根据其所属的晶体类别(即中心对称或非中心对称)分为不同的亚组。当具有对称中心的介电材料受到电场刺激时,对称性将抵消阳离子和阴离子的运动,不会导致晶体的净变形。然而,化学键不是谐波的,键的非谐性会引起二阶效应,导致晶格的净变形很小。(Vijaya,2013)发现变形与电场的平方成正比,与电场的方向无关。这种效应称为电致伸缩。由于这种非谐波效应存在于所有介电体中,因此所有介电体都是电致伸缩材料。
在Terahertz(THZ)频率范围内产生单色电磁辐射,数十年来一直是一项艰巨的任务。在此,证明了介电材料KY(MOO 4)2中光音子单色子THZ辐射的发射。ky的分层晶体结构(MOO 4)2导致红外剪切晶格振动的能量低于3.7 MeV,对应于低于900 GHz的频率,而基于固体的单色辐射源很少见。直接通过5 ps长宽带Thz脉冲激发,ky中的红外活性光学振动(MOO 4)2重新发射窄带子Thz辐射作为数十无picseconds的时变偶极子,对于振荡器而言,频率低于1 THz,这对于振荡器而言异常长。如此长的连贯发射允许检测超过50个辐射的辐射,频率为568和860 GHz。与使用材料的化学稳定性相同的较长衰减时间表明,THZ技术中的各种可能应用。
芯片制造中使用的其他材料也适合使用 ICP-MS 进行分析,包括金属有机化合物,例如三甲基镓 (TMG)、三甲基铝 (TMA)、二甲基锌 (DMZ)、四乙氧基硅烷 (TEOS) 和三氯硅烷 (TCS)。此类化合物是用于在金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 和原子层沉积中生长薄金属膜或外延晶体层的前体。纯金属,例如 Al、Cu、Ti、Co、Ni、Ta、W 和 Hf,用作物理气相沉积 (PVD) 的溅射靶,以在晶圆表面形成薄金属膜。砷化氢气体 (AsH 3 ) 用作非硅半导体(例如 GaAs、AlGaAs 和 InGaAsN)的前体。高 k 介电材料包括 Zr、Hf、Sr、Ta 和稀土元素 (REE) 的氯化物和醇盐。这些材料中的每一种都有可接受的污染物水平限值,需要使用 ICP-MS 进行分析。
式中,T d 表示信号延迟,K为系数,DK表示介质材料的介电常数。可以看出,材料的介电常数越低,信号延迟越低,信号保真度越高。因此,在第五代通信技术深入发展的背景下,使用低k材料成为降低信号滞后时间的有效途径。一般在微电子领域常用的介质材料都是介电常数相对较低的材料。低介电材料是指介电常数高于空气(1)而低于二氧化硅(3.9)的材料,其值范围在1~3.9之间。低介电聚合物材料因具有易加工、热稳定性、电绝缘性等优点,被广泛应用于电子电工、电子集成、印刷电路板、通讯材料等领域。目前已知聚四氟乙烯(PTFE)[6, 7]、液晶聚合物(LCP)[8 – 10]、聚酰亚胺(PI)[11 – 14]等已广泛应用于电路板基材,环氧树脂、氰酸酯树脂等也作为优良的胶粘剂广泛用于电子设备的封装材料[15 – 17]。图1为环氧树脂、氰酸酯树脂和聚四氟乙烯的介电性能。
为了制备高击穿电压薄膜,对高击穿电压材料有许多要求,[5,12]例如,介电常数要尽可能大,介电材料在硅衬底上必须是热力学稳定的。[6,8,13]目前对击穿强度的研究工作都是在PECVD/LPCVD上进行的,[10,14]但本实验采用ICP-CVD模型制备氮化硅薄膜,可以提供更多的能量,促进反应气体的分解,制备出击穿强度更大的薄膜。氮化硅薄膜中的氢含量对薄膜的击穿强度影响很大。[15]在薄膜的成分中,Si-H键在薄膜的组成中起着基础性的作用,随着薄膜中氢含量的变化,薄膜的电学性质将发生变化。 [6,16,17]当薄膜中氢含量较高时,硅的悬挂键会被H填充,会增加薄膜的稳定性,提高击穿强度。[18]但关于H含量与薄膜击穿电压的关系,在ICP-CVD机上进行的实验很少,结论也不完善,因此本实验采用ICP-CVD机进行薄膜沉积。[19,20]