Структура с киральными электромагнитными свойствами и способ ее изготовления (варианты)

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано в микрооптомеханике, технике СВЧ, инфракрасного, видимого, ультрафиолетового и рентгеновского диапазона, где нужны структуры с киральными электромагнитными свойствами. Сущность изобретения: в структуре с киральными электромагнитными свойствами, содержащей искусственный твердотельный киральный элемент, киральный элемент выполнен в виде многослойной оболочки с функциональным электромагнитным слоем киральной геометрической формы, причем кривизна оболочки обеспечена напряженными формообразующими слоями. Предложены два варианта способа изготовления структуры с киральными электромагнитными свойствами. Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей и области применения структур с киральными электромагнитными свойствами, повышение селективности взаимодействия структур с волнами различной круговой поляризации, расширение спектрального диапазона электромагнитного излучения, в котором реализуются киральные электромагнитные свойства искусственных структур на основе твердотельных элементов, повышение воспроизводимости заданных киральных электромагнитных свойств структуры, расширение возможностей интеграции структур с киральными электромагнитными свойствами с интегральными схемами, повышение прочности структур с киральными электромагнитными свойствами. 3 н. и 28 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

1. Структура с киральными электромагнитными свойствами, содержащая искусственный твердотельный киральный элемент, отличающаяся тем, что киральный элемент выполнен в виде многослойной оболочки с функциональным электромагнитным слоем киральной геометрической формы, причем кривизна оболочки обеспечена напряженными формообразующими слоями.

2. Структура по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена в виде массива одинаковых или различных киральных элементов в виде оболочек, связанных между собой посредством общего для оболочек слоя, и/или подложки, или объемной матрицы.

3. Структура по п.1, отличающаяся тем, что формообразующие слои выполнены в виде псевдоморфных монокристаллических пленок веществ, имеющих в свободном состоянии различные периоды кристаллической решетки; функциональный электромагнитный слой выполнен из металла, полупроводника или диэлектрика; толщина оболочек равна от 10^-10 до 10^-5 м.

4. Структура по п.1, отличающаяся тем, что формообразующие слои выполнены с использованием пары материалов GaAs и InGaAs, или Si и SiGe, или Au и Ti, или Au и Ni, или Cr и SiGe, или Cr и Si.

5. Структура по п.2, отличающаяся тем, что она выполнена с заданной неоднородностью массива, обеспечивающей неоднородность киральных электромагнитных свойств.

6. Структура по п.1, отличающаяся тем, что форма и материал кирального элемента выбраны так, что значения резонансных частот электромагнитных колебаний киральных элементов заданы в пределах диапазона рабочих частот электромагнитного излучения.

7. Структура по п.1 или 2, отличающаяся тем, что конструктивные элементы структуры выполнены с использованием материалов, изменяющих свои электромагнитные свойства под действием электромагнитного излучения.

8. Структура по п.1 или 2, отличающаяся тем, что киральный элемент/киральные элементы выполнены в виде оболочки, упруго деформируемой в пределах, обеспечивающих изменение киральных электромагнитных свойств структуры.

9. Структура по п.2, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена управляющими полупроводниковыми элементами, изменяющими киральные электромагнитные свойства структуры.

10. Способ изготовления структуры с киральными электромагнитными свойствами, отличающийся тем, что на подложке изготавливают многослойный пленочный элемент, причем материалы, геометрию и внутренние напряжения его слоев задают обеспечивающими впоследствии киральные электромагнитные свойства готовой структуры, при этом на стадии изготовления пленочного элемента создают формообразующие напряженные слои, функциональный электромагнитный слой, а затем путем отделения пленочного элемента от подложки трансформируют его под действием внутренних напряжений в оболочку, представляющую собой киральный элемент.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что при изготовлении многослойного пленочного элемента на подложке формируют все конструктивные слои пленочного элемента, при этом посредством планарной технологии формируют рисунки слоев, в том числе рисунки, задающие контуры пленочного элемента, причем рисунок функционального электромагнитного слоя формируют обеспечивающим приобретение этим слоем киральной формы при трансформации пленочного элемента в оболочку.

12. Способ по п.10 или 11, отличающийся тем, что толщину многослойного пленочного элемента задают от 10^-10 до 10^-5 м, причем выполняют функциональный электромагнитный слой с рисунком, не симметричным как относительно направления изгибания, так и направления, перпендикулярного направлению изгибания, при этом рисунки слоев пленочного элемента формируют с помощью литографии; последующее отделение пленочного элемента от подложки осуществляют путем удаления материала элемента, лежащего под пленочным элементом, обеспечивая за счет этого направленное изгибание пленочного элемента.

13. Способ по п.10, отличающийся тем, что на подложке предварительно выращивают жертвенный слой, отделение пленочного элемента от подложки осуществляют путем селективного бокового травления жертвенного слоя.

14. Способ по п.10, отличающийся тем, что отделение пленочного элемента от подложки осуществляют путем селективного травления подложки.

15. Способ по п.10, отличающийся тем, что формообразующие слои формируют путем эпитаксии из кристаллических веществ с различными постоянными решетки, соблюдая условия псевдоморфного роста, или формообразующие слои формируют из металлов, имеющих различные коэффициенты термического расширения и модули Юнга, функциональный электромагнитный слой выполняют из металла, или полупроводника, или диэлектрика.

16. Способ по п.10, отличающийся тем, что формообразующие слои выполняют с использованием пары материалов GaAs и InGaAs, или Si и SiGe, или Au и Ti, или Au и Ni, или Cr и SiGe, или Cr и Si.

17. Способ по п.10, отличающийся тем, что на подложке изготавливают массив одинаковых или разных многослойных пленочных элементов, имеющих связь или не имеющих связи между собой посредством общего слоя, сохраняющегося при отделении пленочных элементов от подложки и трансформации их в оболочку.

18. Способ по п.10, отличающийся тем, что после формирования оболочек их переносят с подложки на другой несущий элемент или размещают в объеме трехмерной матрицы.

19. Способ по п.10 или 18, отличающийся тем, что при изготовлении структуры используют материалы, изменяющие свои электромагнитные свойства под действием электромагнитного излучения.

20. Способ по п.10, отличающийся тем, что в структуре формируют управляющий полупроводниковый элемент, обуславливающий изменение киральных электромагнитных свойств структуры.

21. Способ изготовления структуры с киральными электромагнитными свойствами, отличающийся тем, что на подложке изготавливают многослойный пленочный элемент, причем материалы, геометрию и внутренние напряжения его слоев задают обеспечивающими киральную форму оболочки, образующейся при отделении пленочного элемента от подложки, затем путем отделения пленочного элемента от подложки трансформируют его под действием внутренних напряжений в оболочку киральной формы, после чего наносят на оболочку функциональный электромагнитный слой, обеспечивая его киральную форму.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что при изготовлении многослойного пленочного элемента на подложке формируют многослойную твердотельную пленку, содержащую формообразующие слои, внутренними напряжениями которых относительно друг друга обеспечена впоследствии локальная кривизна готовой оболочки, методами планарной технологии формируют рисунки слоев, в том числе рисунки, задающие контуры пленочного элемента, нанесение функционального электромагнитного слоя осуществляют путем химического осаждения.

23. Способ по п.21 или 22, отличающийся тем, что толщину многослойного пленочного элемента задают от 10^-10 до 10^-5 м, причем контуры пленочного элемента формируют не симметричными как относительно направления его изгиба под действием внутренних напряжений, так и направления, перпендикулярного направлению его изгиба, при этом рисунки слоев пленочного элемента формируют с помощью литографии, последующее отделение пленочного элемента от подложки осуществляют путем удаления материала элемента, лежащего под пленочным элементом, обеспечивая за счет этого направленное изгибание пленочного элемента.

24. Способ по п.21, отличающийся тем, что на подложке предварительно выращивают жертвенный слой, отделение пленочного элемента от подложки осуществляют путем селективного бокового травления жертвенного слоя.

25. Способ по п.21, отличающийся тем, что отделение пленочного элемента от подложки осуществляют путем селективного травления подложки.

26. Способ по п.21, отличающийся тем, что формообразующие слои формируют путем эпитаксии из кристаллических веществ с различными постоянными решетки, соблюдая условия псевдоморфного роста, или формообразующие слои формируют из металлов, имеющих различные коэффициенты термического расширения и модули Юнга, функциональный электромагнитный слой выполняют из металла.

27. Способ по п.21, отличающийся тем, что формообразующие слои выполняют с использованием пары материалов GaAs и InGaAs, или Si и SiGe, или Au и Ti, или Au и Ni, или Cr и SiGe, или Cr и Si.

28. Способ по п.21, отличающийся тем, что на подложке изготавливают массив одинаковых или разных многослойных пленочных элементов, имеющих связь или не имеющих связи между собой посредством общего слоя, сохраняющегося при отделении пленочных элементов от подложки и трансформации их в оболочку.

29. Способ по п.21, отличающийся тем, что после формирования киральных элементов их переносят с подложки на другой несущий элемент или размещают в объеме трехмерной матрицы.

30. Способ по п.21 или 29, отличающийся тем, что при изготовлении структуры используют материалы, изменяющие свои электромагнитные свойства под действием электромагнитного излучения.

31. Способ по п.21, отличающийся тем, что в структуре формируют управляющий полупроводниковый элемент, позволяющий изменять киральные электромагнитные свойства структуры.