圣诞节,做个纳米级纯金贺卡送给ta!

  • DIYer: N3r0n
  • 制时间:大约12小时
  • 造难度: ★★★★★
  • GEEK指数: ★★★★★

圣诞节不久至,圣诞老公要忙起来了

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大三了仍浑浑噩噩,research上毫无建树。打算去lab离开大学去游山玩和半年,感谢并支撑我之爱人。圣诞节赶早到了,在平常闲暇之上顺手做了只稍贺卡送给你们。

切入正题 “史上最好小!纯金!圣诞贺卡”

因为涉及到绝多业内装备,一般DIYer重复起来会有紧,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。成本及待选择,资金充足就因故纯金,纯银或者别的金属也还足以。贺卡的尺寸取决于的你要是送的人口的会观测到分辨率。本来要做纳米(nm)级的,但是自己之爱侣就发光学显微镜,那即便不得不开微米级(μm)的哇。你可不想你的冤家没法观测到您的贺卡吧!

恐怕使得的部分背景知识:

  • 环视电子显微镜原理
  • 电子束刻画原理

双向电梯

  • 1   基本准备
  • 2   器材及材料
  • 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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手绘圣诞卡很特别,也生有心意,做这么一个圣诞卡朋友肯定会充分打动了。但是于眼睛分辨率极限的事态下,手绘肯定是勿可能的,我们得机械来助我们描绘有特别有些怪有些之文字与图纸,所以我们便设开来机器会看得掌握的规划,比如CAD。

 

唯比较费心的是,所有的形状必须是线,这就是需要手工画线。甚至文字还无可知采取CAD自带的增长文字选项,原因是以用电子束蚀刻时需要用另外的软件将图纸编程为电子束移动的轨道,识别范围才限于线段。我是把26单字母一个一个写出的,遇到S、B这样的拉动拐弯字母需要格外小心,得留心弧度的变动,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中断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,你恐怕得花费上简单只小时作出abcd来。

然后据此假名拼出正文吧。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,就设写生点特色之物。怪就可怜小学美术老师从没让好,造就了自家野兽派的画风。仿真逼真的圣诞树比如是:

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实质上是写不出去,试了长远,最后用疯狂草的作风终于花个一蔸看上去是那么回事的圣诞树。外加一株小点儿~

 

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装点了后还非称心,应该重打些什么吗。怕万如出一辙配太小了,朋友看不到是摹写为协调之。觉得应该选张朋友的肖像放大上去。嗯,需要平等摆像,改化黑白风格的,因为尺寸最为小,颜色之含义不深,显微镜下作出彩色的贺卡太考验人啦!
不见面PS,现学删背景,调对比度,明暗,因为当照片便偏暗,很多细节一调动对比度就从来不了,
又羞问人家又如一如既往摆放像啦,折腾了同等晚4,5独钟头终于将想只要之职能做出来呀。

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瞩目及时无非是视觉效果,同样用来编程的NPGS(纳米图形编程)系统而是免懂jpg图片,为了吃机器认下,开始以图像及画线,这和描红是一个道理。电子束很有点,如果因此来打满真个图像需要分外丰富之时日,而且免便利机器寿命,所以又是故一维线段占领二维空间,在每个像素的格点上费同样长小线段。为了抬高视觉效果,还是将线段改成为了环。继续优化已回落机器的工作时间,索性把圆圈改化了C字型,能望一截是一样截,而且像是下在有光明从过来的痛感,看上去更是有层次感。

 

2   器材和资料

软件:

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

硬件:

  • 围观电子显微镜(SEM)
  • 光束抑制器(Beam
    blanker),其实就是是一个平行电容板,可以偏转电子束,来支配某平区域是否要曝光。
  • 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

咱需要一个到底而亲水的表。简单的用相当离子氧气清新一下硅片就可了,打破表面的悬挂键还有一部分有机物,会于外部更加亲水。下文滴MMA的时刻会以表都匀扩散开,不然疏水的话液体会在表面形成一个圆球滚来滚去,就如荷叶上的水滴一样。

 

3.2   甩胶

实际上为就是是制作胶卷,等下电子束蚀刻的时候需要一个介质来“曝光”。

故此普通的光刻胶MMA甲基丙烯酸甲酯铺满整个硅片,甩胶机是行使真空吸住硅片,使该以快时仍能蹭在转台上。滴MMA时只顾不要滴到脚的阳台达成避免堵住真空洞,否则硅片在高速旋转的早晚会奇怪起。开及1万改,然后等待一分钟胶质被全匀的擦于硅片上即好了。匀质的均等层是再好不过的啊,不能够出气泡。甩的坏的言语虽设再次来过呀,MMA容易当丙酮下讲,可以浸泡在丙酮里去已经甩上之胶,然后吹干还重头来甩胶。

 

4   电子束蚀刻

电子束蚀刻是凭借利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,在硅片表面铺有同重叠光刻胶MMA,这种胶的特色是爱溶解于丙酮,同时为电子束照射后为会讲。使用电子束在那个表面移动,被射的区域分解后可以下显影剂MIBK彻底去除,而非受电子束照射过的区域不见面被MIBK溶解。显影以后,我们写图像的区域及的光刻胶都被失去除了,只剩余硅片的基底,剩余的局部依旧是出于光刻胶覆盖,像是负片的效力。

然后我们将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遮盖于负片上。贺卡的区域是由硅片-黄金直接触及,而从不写的区域是由硅片-光刻胶-黄金三交汇结的。

这把整片硅片放在丙酮里烫,光刻胶会被溶解,而其外部的黄金会和光刻胶一起打硅片上退出,而贺卡那部分盖凡金直接依附于硅片上,丙酮不克拿其分别开,也就是留了黄金做成的贺卡。

以此规律与胶片相机成像非常类似,光刻技术之精度受到光子在波长尺度上的散射影响。使用的只有波长越欠,光刻能够达到的精度越来越强。像Intel的45nm处理器就是用紫外线(UV)光刻技术打造出来的。但是光刻需要一个遮罩(mask)来遮掩,如果直接放在电脑上会污染遮罩,重新采用的讲话需要清洗,成本会怪高,Intel是当遮罩下重新加一个透镜用来聚焦,这样避免了遮罩的传染只是由于散射的故精度不强。
根据德布罗意的质波理论,电子是一样栽波长极缺乏的波。这样,电子束曝光的精度可以直达纳米级。电子束曝光需要之光阴长是它的一个重点缺点。

商业化的电子束蚀刻系统(EBL)很贵 (>$4M
USD),对一般研究来说,常见的措施是拿同华SEM改装成EBL,花费会稍微群(

写时间,在给定剂量的气象下如果曝光一个区域的时刻是因此之公式:

D·A=T·I

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

举个栗子,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,也就是是12上。这尚无包括载物台来回动与电子束被blanked?
偏转之时空,当然校准电子束和中途调整的时间呢没有算在里面。你得视EBL最酷的毛病就是是缓缓,这吗就算是自己何以当备的当儿全力压缩刻画的线条数。

NPGS软件的下好当官网找到。这里而大凡简简单单的使用,把办好的CAD文件由NPGS编写为操纵电子束移动及偏转的同样段落先后代码。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与时间。需要把这些信息输入到NPGS里。

再就是SEM和NPGS是少数拟系统,这也急需人工校准两个系统里的坐标误差,测量一个2X2之坐标轴转换矩阵来担保一定量仿照系统里的坐标对应同一个物体。

日后就得开蚀刻,贺卡因为尺寸比粗,用Picoamp(微微安)级的电流就可以了,用时1.14秒。为了能以后当显微镜下肆意的找到他,在外场做了三个号,尺寸为特别了多,可以据此10-9纳安级的电流,用时5秒多。

 

5   冲洗

和照相机胶片的显影相似,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好了。

 

6   蒸镀纯金

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君要这么的金柱一块。

今天国际金价上涨,用雪或者别的金属都是无可非议的选。

留学的法则就是用电流加热金块,使该走,金的蒸汽会落于硅片表面形成一致重叠都匀的薄膜,几十顶一百纳米即可。有很利索的探测器来测量薄膜的厚薄。

盖是适用蒸汽,务必注意重金属中毒。同时为要求极其高之真空度,10-6Torr(托),
需要等3-4只小时使得真空度达到规范,防止空气中之颗粒分子污染样品。

 

7   清洗

为蒸镀的历程被,全部的硅片表面还见面吃蒙上一致重叠纯金,而我辈仅仅想使描写上去的图腾来金子覆盖,那么余下的金必须叫全部错过丢。有接触浪费啊
T.T

当下为便是前文甩胶机甩上MMA的原因,被电子束照过之地方以经过冲后即使溶解掉了,蒸镀的早晚黄金可以一直依附在硅片表面上。而尚未为电子束照射的地方,冲洗的时从不影响,黄金下面是MMA胶片,而MMA又是当丙酮下可溶解。所以放在丙酮溶液里热一段时间等候黄金脱落。

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即时是漱口前的照,清洗后并眼睛都看不到金灿灿的黄金啦(这是产生多浪费呀)。

 

8   观察(扫描电镜)

依附光学显微镜和电子显微镜的相片。

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及时是眼的特写,你可以见见各个一个C字型图案都是一个直径50nm的纳米管。

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当末去除多余黄金时,文字也闹有会给丙酮冲洗掉。

光学显微镜的景深太小,字看明白的言辞人如就模糊了。还是SEM大景深看得较清楚,但是找起来其实太辛苦啦。写了森只,你为堪望好爱失败。

 

9   后记

May you all have a joyful Christmas.

由此网友们一如既往吐槽,本文难度由4星星修订为5星级….

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