Laser nano-structuring deep inside silicon using Bessel beams
Bessel ışını kullanılarak silisyum derinliklerinde lazer nano-yapılandırması
- Tez No: 657861
- Danışmanlar: PROF. DR. ONUR TOKEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 73
Özet
Silisyum (Si) için mevcut üretim yöntemleri, son derece gelişmiş olmalarına rağmen, sadece yonganın yüzeyi üzerinde kullanılmaktadırlar. Yüzey altı (yonga-içi) işlevsellik kazanmak için özgün üç-boyutlu lazer-yazma yöntemleri geliştirilmekte, fakat bu yöntemler mikro-üretim seviyesinde kalmakta ve 1-µm çözünürlük ile kısıtlı olmaktadırlar. Bu çözünürlük sınırını aşmak için, kırınım-sınırı ve yonga içerisinde karmaşık doğrusal-olmayan etkiler gibi çeşitli problemler bulunmaktadır. Bu tez, Si yonganın derinliklerinde ilk nano-üretim kabiliyetini göstermektedir. Elde edilen lazer-ile-yazılmış yapılar, yonganın yüzeylerine müdahale edilmeden üretilmekte, bir ve iki boyutta (1B ve 2B) kısıtlanmış yapıları nano-rejimde üretmeye olanak sağlamaktadır. Bu özgün üretim kabiliyetine, biçimlendirilmiş lazer demetleri kullanarak ve yeni gözlemlediğimiz bir tür tohumlama etkisi ile ulaştık. Bu yaklaşım, önceden oluşturulan çeşitli yonga-içi yapıların, bir çeşit tohumlama etkisi ile, çok daha küçük boyutlarda yapı üretilmesine izin vermesi ile mümkün olmuştur. Aynı zamanda, lazer polarizasyonunu yonga-içi yazım kontrolü için yeni bir parametre olarak gösterdik. Ayrıca, lazer atım süresi, demet faz deseni, polarizasyon ve lazer odaklanma şartları gibi parametrelerden faydalanarak, yonga-içinde kırınım-sınırının altında, çözünürlüğü 120 nm ± 25 nm olan yapıların üretimini gösterdik. Bu şekilde son teknoloji yonga-içi üretim çözünürlüğünü yaklaşık on kat ileriye taşıdık. Bu yaklaşım ile kavramsal seviyede bir optik eleman göstermek amacı ile yonga-içi bir demek ızgarası ürettik ve %90'a varan verimle çalıştığını gösterdik. Teknolojik olarak önemli Si için bu yeni üretim kabiliyetinin, nano-fotonik, mikro/nano-akışkanlar, fotonik-elektronik entegrasyonu ve mikro / nano-elektromekanik (MEMS/NEMS) uygulamalar için de önemli bir potansiyele sahip olduğu değerlendirilebilir.
Özet (Çeviri)
Current nano-fabrication methods for silicon (Si), while excellent, are limited to its surface. Novel laser-lithography methods are emerging to introduce subsurface (in-chip) functionality to Si, however, the state-of-the-art is at the microfabrication level, with resolution limited to $>$ 1 µm. Multiple challenges exist for breaking this fabrication barrier, such as the diffraction-limit and complex limiting nonlinear effects inside silicon. This thesis demonstrates the first nanofabrication capability deep inside silicon, achieved without altering the wafer above or below fabricated structures, with confinement in one- and two-dimensions at the nanoscale. We achieve this by exploiting nonlinear energy localization due to structured laser beams and also a new seeding-type effect. The approach is based on pre-formed laser-written in-chip structures enabling the controlled formation of even smaller features. We also demonstrate laser polarization as a new parameter for in-chip fabrication control. Further, by exploiting a combination of parameters, including pulse energy, Bessel beam phase pattern, polarization and the laser focusing conditions, we demonstrate the first in-chip structures that are beyond the diffraction limit in terms of feature size, with resolution down to 120 nm ± 25 nm, thus, improving the state-of-the-art by about an order of magnitude. In order to demonstrate a proof-of-concept optical element, we fabricated the first in-chip nano-gratings, shown to be operating with an efficiency approaching 90%. This new nanofabrication capability, demonstrated for the important technological material silicon, may have significant implications for nano-photonics, micro/nano-fluidics, photonic-electronic integration, and micro/nano-electromechanical systems (MEMS/NEMS)-type systems.
Benzer Tezler
- Nanostructuring using metal assisted etching
Başlık çevirisi yok
MEHMET UMUT KÜÇÜKBAYRAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
BiyomühendislikAlbert-Ludwigs-Universität Freiburg im BreisgauDR. FIRAT GÜDER
- Engineering the nonlinear dynamics of photonic systems: Demonstration of the soliton-similariton fiber laser and nonlinear laser lithography
Fotonik sistemlerin doğrusal olmayan dinamiklerinin yönetimi: Soliton-similariton fiber lazer ve doğrusal olmayan lazer litografisinin gösterilmesi
BÜLENT ÖKTEM
Doktora
İngilizce
2013
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY
- Surface enhanced raman spectroscopy of the plasmonic nanogratings obtained by laser induced periodic surface structuring
Lazerle periyodik yüzey yapılandırması ile elde edilen plazmonik nano-kırınım ağlarının yüzey artırımlı raman spektroskopisi
SERENA NUR ERKIZAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPAN BEK
- Modelling and simulation of laser induced periodic surface structuring
Lazer kaynaklı periyodik yüzey yapılandırmasının modellenmesi ve simülasyonu
MAHMUT SİNAN YAYLA
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ IHOR PAVLOV
- Application of chemical mechanical polishing process on titanium based medical implants
Kimyasal mekanik cilalama prosesinin titanyum bazlı medikal implantlarda uygulanması
ZEYNEP ÖZDEMİR GÜLER
Doktora
İngilizce
2017
BiyomühendislikÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜL BAHAR BAŞIM DOĞAN