圣诞节,做只纳米级纯金贺卡送给ta!

  • DIYer: N3r0n
  • 制作时间:大约12小时
  • 打造难度: ★★★★★
  • GEEK指数: ★★★★★

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圣诞节使来哪,提前做好贺卡迎接。然后再次送给喜爱的人儿。

大三了依然浑浑噩噩,research上决不建树。打算离开lab离开大学去游山玩和半年,感谢一同支持我的爱侣。圣诞节不久至了,在平常闲暇的时候顺手做了只小贺卡送给你们。

切入正题 “史上太小!纯金!圣诞贺卡”

以涉及到最多专业设备,一般DIYer重复起来会发生不便,不过你是物理系或者材料系的本科生会容易多,当然PhD就再度方便啦。成本达到用选择,资金雄厚就用纯金,纯银或者别的金属也还好。贺卡的大大小小取决于的公如果送的人数的能够体察到分辨率。本来要开纳米(nm)级的,但是自之情侣只生光学显微镜,那就是只能开微米级(μm)的呐。你可以想你的朋友没法观测到您的贺卡吧!

兴许立竿见影的局部背景知识:

  • 围观电子显微镜原理
  • 电子束刻画原理

双向电梯

  • 1   基本准备
  • 2   器材以及资料
  • 3   准备硅片
    • 3.1   清洗硅片
    • 3.2   甩胶
  • 4   电子束蚀刻
  • 5   冲洗
  • 6   蒸镀纯金
  • 7   清洗
  • 8   观察(扫描电镜)
  • 9   后记

 

1   基本准备

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手绘圣诞卡很要命,也大有意志,做如此一个圣诞卡朋友一定会异常打动了。但是当目分辨率极限的情事下,手绘肯定是免容许的,我们需要机械来帮咱写来十分有些坏粗的文及图纸,所以我们尽管使做来机器能够看得清楚的设计,比如CAD。

 

唯比较费心的凡,所有的形状必须是线条,这就是需要手工画线。甚至文字还无可知利用CAD自带的增长文字选项,原因是在用电子束蚀刻时欲利用另外的软件把图片编程为电子束移动的轨迹,识别范围才限于线段。我是把26单假名一个一个写出的,遇到S、B这样的拉动拐弯字母需要大小心,得留心弧度的变迁,为了让字母看上出顺滑,你得无停歇变化适用不同弧度的曲线还是沿着边缘一搁浅狂点用成千上万截细微的直线包围曲线,这同积分是一个道理
:)。所以少年们选个简单点之字吧,要是用自然的花体,你恐怕得费上个别只钟头作出abcd来。

下一场用假名拼出正文吧。为了看上去生动一点,只有文字是不够的,准备加些图片。既然是圣诞节嘛,就假设写点特色的物。怪就大小学美术老师没有让好,造就了自己野兽派的画风。仿真逼真的圣诞树比如这个:

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骨子里是打不出去,试了漫漫,最后用疯狂草的风格终于花个一棵看上去是那么回事的圣诞树。外加一蔸小片~

 

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装点了晚尚非顺心,应该再次打些什么呢。怕万等同配太小了,朋友看不到是形容为协调之。觉得应该选张朋友的肖像放大上去。嗯,需要平等摆设像,改化黑白风格的,因为尺寸最为小,颜色之义不死,显微镜下作出彩色的贺卡太考验人啊!
不见面PS,现学删背景,调对比度,明暗,因为本照片就偏暗,很多细节一调整对比度就从不了,
又害羞问人家还设一致摆相片啦,折腾了扳平夜4,5个小时终于把想如果之力量做下啦。

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瞩目这就是视觉效果,同样用来编程的NPGS(纳米图形编程)系统而免懂jpg图片,为了给机器认出来,开始在图像上画线,这同描红是一个理。电子束很粗,如果就此来作画满真个图像需要非常丰富的岁月,而且无便宜机器寿命,所以还要是用一维线段落占领二维空间,在每个像素的格点上消费一样长条小线段。为了丰富视觉效果,还是把线段改化了周。继续优化已压缩机器的干活时,索性把圆圈改成为了C字型,能望一段是均等段落,而且像是产着产生光明从过来的发,看上去更有层次感。

 

2   器材与素材

软件:

  • CAD类软件
  • 纳米图形编程系统(NPGS -Nanometer Pattern Generation System

硬件:

  • 环视电子显微镜(SEM)
  • 光束抑制器(Beam
    blanker),其实就算是一个平电容板,可以偏转电子束,来控制某平区域是否用曝光。
  • 真空热蒸发器(Vacuum Thermal Evaporator)
  • 转镀台(Spin coater)
  • 加热台(Hot plate)

化学药品:

  • 光刻胶甲基丙烯酸甲酯 MMA (methyl methacrylate)
  • 1g纯金

 

3   准备硅片

3.1   清洗硅片

咱们得一个根而亲水的表。简单的故相当离子氧气清新一下硅片就可以了,打破表面的悬挂键还有一些有机物,会被外部更加亲水。下文滴MMA的早晚会于外表都匀扩散开,不然疏水的话液体会在表形成一个球滚来滚去,就如荷叶上之水滴一样。

 

3.2   甩胶

骨子里呢就是是制作胶卷,等下电子束蚀刻的时节需要一个介质来“曝光”。

用便的光刻胶MMA甲基丙烯酸甲酯铺满所有硅片,甩胶机是使真空吸住硅片,使其当高速时仍然能蹭于打转台上。滴MMA时只顾不要滴到脚的平台达成避免堵住真空洞,否则硅片在高速旋转的当儿会奇怪出。开及1万改成,然后等待一分钟胶质被全匀的上于硅片上就吓了。匀质的一致重合是再好不过的哇,不能够发出气泡。甩的糟糕的话语虽如重来过啊,MMA容易当丙酮下说,可以浸泡在丙酮里去已经甩上的糊,然后吹干还重头来甩胶。

 

4   电子束蚀刻

电子束蚀刻是据用电子束在表面上制造图样的工艺,是光刻技术之拉开应用。
简略地,在硅片表面铺出相同层光刻胶MMA,这种胶的表征是轻溶解于丙酮,同时让电子束照射后也会解释。使用电子束在那个外表移动,被射的区域分解后好利用显影剂MIBK彻底剔,而未吃电子束照射过的区域不见面吃MIBK溶解。显影以后,我们写图像的区域达到的光刻胶都被失去除了,只剩下硅片的基底,剩余的一些依旧是出于光刻胶覆盖,像是负片的成效。

下一场我们把负片放去蒸发器里镀金,通过加温固体黄金有金蒸汽,这些金属蒸汽会均匀的掩盖于负片上。贺卡的区域是出于硅片-黄金直接触及,而从不写的区域是由于硅片-光刻胶-黄金三交汇结的。

这时候把整片硅片放在丙酮里烫,光刻胶会被溶解,而该表面的黄金会和光刻胶一起由硅片上退,而贺卡那有坐凡黄金直接附上在硅片上,丙酮不能够以那个分别开,也就算留给了黄金做成的贺卡。

此规律和胶片相机成像非常相近,光刻技术之精度受到光子在波长尺度上的散射影响。使用的才波长越短,光刻能够达到的精度越来越强。像Intel的45nm处理器就是采取紫外线(UV)光刻技术制造出的。但是光刻需要一个遮罩(mask)来遮,如果直白在电脑上会传遮罩,重新行使的话语需要清洗,成本会杀高,Intel是以遮罩下再也加一个透镜用来聚焦,这样避免了遮罩的传而由散射的因由精度不愈。
根据德布罗意的物质波理论,电子是平种波长极缺乏的波。这样,电子束曝光的精度可以达标纳米级。电子束曝光需要的年月长是它的一个重中之重症结。

商业化的电子束蚀刻系统(EBL)很贵 (>$4M
USD),对一般研究以来,常见的方法是把同大SEM改装成EBL,花费会稍为博(

挥洒时,在加以剂量的景象下一旦曝光一个区域之光阴是故者公式:

D·A=T·I

  • T=曝光时间
  • I=电子束电流
  • D=剂量
  • A=曝光区域

推个栗子,假要要曝光1cm2的区域,用10-3Coulombs/cm2(库仑/平方厘米)的剂量和1
nA
(纳安)的电流,那么我们只要就此时106秒,也就是12上。这还非包括载物台来回动与电子束被blanked?
偏转之时日,当然校准电子束和中途调整的工夫呢无算在里面。你得见见EBL最可怜的弱项就是是舒缓,这吗即是自身何以当备的时刻全力压缩刻画的线条数。

NPGS软件的利用好当官网找到。这里而大凡概括的采用,把善的CAD文件由NPGS编写为操纵电子束移动及偏转的一致段落先后代码。然后校准SEM的电子束,调节焦距,测量电子束的电流用来计算剂量和时。需要把这些消息输入到NPGS里。

再者SEM和NPGS是少套系统,这为需人工校准两独网内部的坐标误差,测量一个2X2的坐标轴转换矩阵来保管少模仿系统里之坐标对应同一个体。

尔后就是可做蚀刻,贺卡因为尺寸比小,用Picoamp(微微安)级的电流就得了,用时1.14秒。为了能够以后在显微镜下肆意之找到他,在外围做了三独记,尺寸为生了累累,可以就此10-9纳安级的电流,用时5秒多。

 

5   冲洗

跟相机胶片的印相似,把写好的硅片放在显影剂MIBK里,像晃动胶卷一样轻轻振动一分钟就吓了。

 

6   蒸镀纯金

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卿需要这样的金柱一块。

兹国际金价上涨,用雪或者别的金属都是科学的选取。

留学的法则就是用电流加热金块,使其走,金的蒸汽会落于硅片表面形成一致重叠都匀的薄膜,几十届一百纳米即可。有坏灵活的探测器来测量薄膜的厚薄。

为是适用蒸汽,务必注意重金属中毒。同时也求最好高之真空度,10-6Torr(托),
需要等待3-4单小时使得真空度达到标准,防止空气受之豆子分子污染样品。

 

7   清洗

因为蒸镀的过程中,全部之硅片表面还见面让挂上一样层纯金,而我辈才想如果描绘上去的美术来黄金覆盖,那么余下的钱财必须为通失去丢。有接触浪费啊
T.T

立即也就是是前文甩胶机甩上MMA的故,被电子束照过之地方以经过冲后便溶解掉了,蒸镀的时段黄金可以一直依附在硅片表面上。而并未叫电子束照射的地方,冲洗的时刻没影响,黄金下面是MMA胶片,而MMA又是在丙酮下好溶解。所以放在丙酮溶液里烧一段时间等候黄金脱落。

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立刻是洗前的相片,清洗后并眼睛都看不到金灿灿的黄金啦(这是发出差不多浪费呀)。

 

8   观察(扫描电镜)

屈居光学显微镜和电子显微镜的像。

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当下是双眼的特写,你得看到各级一个C字型图案都是一个直径50nm的纳米管。

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以晚去除多余黄金时,文字也闹部分会吃丙酮冲洗掉。

光学显微镜的景深太小,字看明白的语人如就模糊了。还是SEM大景深看得比清晰,但是找起来实在太辛苦啦。写了无数单,你吧足以看看那个易失败。

 

9   后记

May you all have a joyful Christmas.

通过网友们同样吐槽,本文难度由4星体修订为5星级….

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