Luận văn thạc sĩ VNU UET nghiên cứu chế tạo và khảo sát đặc trưng của vi thấu kính trên cơ sở màng micro nano SU 8 ứng dụng trong hệ thống quang MEMS,NEMS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Cao Việt Anh Nghiên cứu chế ta ̣o và khảo sát đă ̣c trưng của vi thấ u kính sở màng micro-nano SU-8 ứng du ̣ng ̣ thố ng quang MEMS/NEMS LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANO HÀ NỘI - 2017 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Cao Viêṭ Anh Nghiên cứu chế ta ̣o và khảo sát đă ̣c trưng của vi thấ u kính sở màng micro-nano SU-8 ứng du ̣ng ̣ thố ng quang MEMS/NEMS Chuyên ngành: Vật liệu linh kiện nano Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANO Người hướng dẫn khoa ho ̣c: TS Bùi Đình Tú Người đồng hướng dẫn khoa ho ̣c: TS Nguyễn Thi Minh Hằ ng ̣ HÀ NỘI - 2017 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Trong suốt q trình thực hồn thành luận văn em nhận quan tâm giúp đỡ nhiệt tình tập thể thầy cơ, hướng dẫn Nhân dịp cho em gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới: TS Bùi Đin ̀ h Tú và TS Nguyễn Thi ̣ Minh Hằ ng, thầy hướng dẫn ân cần, nhiệt tình, tạo điều kiện tốt nhất, truyền đạt nhiều kiến thức kinh nghiệm quý báu thời gian em làm luâ ̣n văn Em xin gửi lời cảm ơn đến Trung tâm Nano Năng lượng, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đa ̣i ho ̣c Quố c Gia Hà Nô ̣i tạo điều kiện cho em làm việc mơi trường để hồn thiện thêm kỹ năng, kinh nghiệm trình học tập sống Em xin gửi lời cảm ơn tới tập thể cán bộ, thầy cô khoa Vật lý Kỹ thuật Công nghệ Nano, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nô ̣i tạo điều kiện cho em suốt thời gian học tập nghiên cứu Phịng thí nghiệm Khoa Th.S Ngũn Hải Bình Phịng thí nghiệm trung tâm Nano lượng trực thuộc trường Đại học Khoa học tự nhiên, người giúp đỡ em nhiều trình thu thập tài liệu, thực nghiệm, xử lý phân tích kết đo đạc Luận văn thực hỗ trợ kinh phí Đề tài Nghị định thư Việt Nam – Đài Loan (mã số: 25/2014/HĐ-NĐT) và hỗ trơ ̣ mô ̣t phầ n bởi đề tài QG.16.26 Và cuối cùng, cho em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới bố mẹ người thân gia đình Những người bên cạnh động viên em vượt qua khó khăn sống học tập Trong q trình làm luận văn khó tránh khỏi sai sót, mong nhận ý kiến đóng góp thầy, Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nô ̣i, ngày tháng năm 2017 Ho ̣c viên Cao Viê ̣t Anh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luâ ̣n văn này là công trình nghiên cứu của dưới sự hướng dẫn của TS Bùi Đình Tú và TS Nguyễn Thi ̣Minh Hằ ng và sự hỗ trơ ̣ của nhóm nghiên cứu Các kế t quả đưa luâ ̣n văn này là thực hiê ̣n Các thông tin, tài liêụ tham khảo từ các nguồ n sách, ta ̣p chí, bài báo sử du ̣ng tro ̣ng luâ ̣n văn đề u đươ ̣c liê ̣t kê danh mu ̣c các tài liê ̣u tham khảo Hà Nô ̣i, ngày tháng năm 2017 Ho ̣c viên Cao Viêṭ Anh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC MỞ ĐẦU TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm quang hình học 1.1.1 Khái niệm thấu kính 1.1.2 Phân loại thấu kính 1.1.2.a Thấu kính hơ ̣i tu ̣ 1.1.2.b Thấu kính phân kì 1.1.3 Thành phần thấu kính 1.1.4 Sự ta ̣o ảnh thấ u kính 1.1.5 Ứng du ̣ng của thấ u kính 1.2 Vai trò ứng du ̣ng của vi thấ u kính ̣ thố ng quang MEMS/NEMS 11 1.2.1 Quy trin ̀ h chế ta ̣o các sản phẩ m từ công nghê ̣ MEMS/NEMS 11 1.2.2 Ứng dụng thấu kính hệ thống quang MEMS/NEMS 15 1.3 Kế t luâ ̣n 18 THỰC NGHIỆM 19 2.1 Phần mềm mô 19 2.2 Hóa chất trang thiết bị chế tạo 21 2.2.1 Photoresist SU-8 21 2.2.2 Quay phủ, quang khắ c, hotplate 22 2.2.2.a Xử lý bề mă ̣t mẫu 22 2.2.2.b Máy quay phủ (Spin Coating) WS-650MZ 23 23 2.2.2.c Quang khắc 24 2.2.2.d Bếp nung (hot plate) 26 2.3 Quy trình chế tạo 27 2.4 Thiết bị đo đạc 29 2.4.1 Hê ̣ đo đô ̣ dày mảng mỏng (Alpha - step) 29 2.4.2 Hê ̣ đo khảo sát tính chấ t của thấ u kính 30 2.5 Kế t luâ ̣n 30 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3.1 Kế t quả mô phỏng 31 3.2 Kế t quả thực nghiê ̣m chế ta ̣o 35 3.2.1 Khảo sát hiǹ h thái bề mă ̣t của vi thấ u kính 35 3.2.1.a Thấ u kiń h có kích thước đáy khác 36 3.2.1.b Thấ u kính cùng kích thước đáy 38 3.2.2 Khảo sát các đă ̣c trưng của vi thấ u kiń h 40 KẾT LUẬN 44 TÀ I LIỆU THAM KHẢO 45 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC HÌ NH ẢNH Hình 1-1 Các loa ̣i thấ u kính bản Hình 1-2 Các loa ̣i thấ u kính hội tụ [5] Hình 1-3 Các loa ̣i thấ u kính phân kỳ [5] Hình 1-4 Quang hình ho ̣c thấ u kiń h mỏng đơn giản Hình 1-5 Sóng xiên qua ̣ hai thấ u kinh song song đơn giản Hình 1-6 Các thành phầ n quang của kiń h hiể n vi phòng thí nghiê ̣m 11 Hình 1-7 (a) vi thấ u kính đươ ̣c đă ̣t mô ̣t sơ ̣i quang, (b) kích thước của vi thấ u kiń h [11] 15 Hình 1-8 (a) Mô hình hoa ̣t đô ̣ng, (b) hình ảnh thực tế của thấ u kính, (c) các thành phầ n của ̣ thố ng [8] 16 Hình 1-9 Sự tương phản giữa bức ảnh không và có sử du ̣ng thấ u kính [2] 16 Hình 1-10 Sơ đồ ̣ thố ng thiế t kế [7] 17 Hình 1-11 Mô hin ̀ h cảm biế n tích hơ ̣p các linh kiêṇ quang sử du ̣ng để phát hiê ̣n Asen 18 Hình 2-1 Giao diêṇ của phầ n mề m mô phỏng 19 Hình 2-2 Các bước lầ n lươ ̣t quá trình mô phỏng 19 Hình 2-3 Giao diêṇ bước cho ̣n vâ ̣t liê ̣u đế 20 Hình 2-4 Sự phu ̣ thuô ̣c của chiế t suấ t SU-8 vào bước sóng 20 Hình 2-5 Giao diêṇ cho ̣n bước sóng nguồ n sáng 21 Hình 2-6 Cấ u trúc của photoresist SU-8 22 Hình 2-7 Buồ ng xử lý mẫu 23 Hình 2-8 Máy quay phủ Suss MicroTech bảng điều khiển 23 Hình 2-9 Sơ đồ hệ quay li tâm 24 Hình 2-10 Thiết bị quang khắ c hai mặt (double-side aligner) 25 Hình 2-11 Ngun lý quang khắc Phịng thí nghiệm thuộc Trung tâm Nano Năng lượng (Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học quốc gia Hà Nội) 25 Hình 2-12 Mă ̣t na ̣ (mask) dùng để quang khắ c 26 Hình 2-13 Hotplate 26 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 2-14 Sơ đồ quy trình chế ta ̣o 27 Hình 2-15 Tố c đô ̣ quay và đô ̣ dày của màng photoresist SU-8 [1] 27 Hình 2-16 Năng lươ ̣ng chiế u sáng tương ứng với các đô ̣ dày màng khác [1] 28 Hình 2-17 Các thấ u kính hoàn chỉnh có đô ̣ cong và tiêu cự khác sau đã đươ ̣c chế ta ̣o 29 Hình 2-18 Hê ̣ đo đô ̣ dày màng mỏng Alpha-step 29 Hình 2-19 Sơ đồ ̣ thố ng quang khảo sát tiń h chấ t quang của thấ u kính 30 Hình 2-20 Hê ̣ đo khảo sát tin ́ h chấ t của ̣ thố ng quang 30 Hình 3-1 Mô phỏng thấ u kính có bán kính đáy mm với đô ̣ cong bán kiń h mm 32 Hình 3-2 Mô phỏng thấ u kính có bán kiń h đáy mm với đô ̣ cong bán kiń h mm 32 Hình 3-3 Mô phỏng thấ u kiń h có bán kiń h đáy mm với bán kính mă ̣t cong mm 33 Hình 3-4 Hình ảnh biể u thi cươ ̣ ̀ ng đô ̣ truyề n qua thấ u kính có bán kiń h đáy mm và bán kin ́ h mă ̣t cong là mm 33 Hình 3-5 Tiń h toán đô ̣ cao thực tế của vi thấ u kính 34 Hình 3-6 Đô ̣ cao của giế ng quang khắ c SU-8 35 Hình 3-7 Hình ảnh các giế ng SU-8 với bán kính lầ n lươ ̣t là 1,5 mm, mm và 1,2 mm đươ ̣c quan sát bằ ng kin ́ h hiể n vi quang ho ̣c (5x) 35 Hình 3-8 Hình ảnh thực tế các giế ng SU-8 sau đươ ̣c quang khắ c với lầ n lươ ̣t bán kính đáy là 1,5 mm, mm 1,2 mm 36 Hình 3-9 Thấ u kin ́ h bán kính đáy mm 36 Hình 3-10 Thấ u kính bán kính đáy 1,2 mm 37 Hình 3-11 Thấ u kính bán kính đáy 1,5 mm 37 Hình 3-12 Hình ảnh thực tế sự thay đổ i đô ̣ cao của các vi thấ u kính với các bán kiń h đáy lầ n lươ ̣t là 1,5 mm, mm, 1,2 mm 37 Hình 3-13 Thấ u kính đươ ̣c hình thành từ giế ng đươ ̣c nhỏ 0,6 μl 38 Hình 3-14 Thấ u kính đươ ̣c hình thành từ giế ng đươ ̣c nhỏ 0,8 μl 39 Hình 3-15 Thấ u kính đươ ̣c hình thành từ giế ng đươ ̣c nhỏ μl 39 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3-16 Hiǹ h ảnh thực tế sự thay đổ i đô ̣ cao của các vi thấ u kính với bán kiń h đáy là mm 40 Hình 3-17 Các điể m ảnh sau chiế u nguồ n sáng qua các thấ u kính chế ta ̣o chu ̣p qua kính hiể n vi quang ho ̣c 42 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1 Các thông số mô phỏng thấ u kính 21 Bảng 3-1 Thông số thấ u kính cầ n mô phỏng 31 Bảng 3-2 Bảng số liêụ mô phỏng bán kính đáy 1mm 34 Bảng 3-3 So sánh các thấ u kính có bán kính đáy khác 38 Bảng 3-4 So sánh các thấ u kính có khố i lươ ̣ng nhỏ SU-8 khác 40 Bảng 3-5 Tổ ng hơ ̣p các kế t quả thu đươ ̣c 41 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 32 Hình 3-1 Mô phỏng thấ u kính có bán kính đáy 1mm với độ cong bán kính mm Kế t quả mô phỏng thấ u kiń h có bán kính đáy là 1mm với bán kiń h mă ̣t cong của thấ u kính là mm sẽ cho ta đươ ̣c thấ u kính có tiêu cự là 7,048 mm và đa ̣t đươ ̣c tỉ lê ̣ truyề n ánh sáng qua của thấ u kính là 71.43% (Hình 3-1) Kế t quả này so với thông số ở Bảng 3-1 vẫn chưa đa ̣t yêu cầ u đă ̣t (tỉ lê ̣ thấ u kiń h cho ánh sáng truyề n qua hô ̣i tu ̣ chưa đa ̣t yêu cầ u), đó chúng tiế p tu ̣c mô phỏng bằ ng cách thay đổ i bán kin ́ h các mă ̣t cong thấ u kính Hình 3-2 Mô phỏng thấ u kính có bán kính đáy 1mm với độ cong bán kính mm Hình 3-2 cho chúng ta thấ y đươ ̣c kế t quả mô phỏng thấ y kính có bán kính đáy là 1mm và bán kính mă ̣t cong mm Mô phỏng cho thấ y thấ u kính này cho ta tiêu cự f là 8,809 mm và tỉ lê ̣ ánh sáng truyề n qua hô ̣i tu ̣ la ̣i 89.6% Thấ u kiń h này khá phù hơ ̣p với các yêu cầ u đă ̣t Để tố i ưu thêm các thấ u kiń h, sẽ tiế p tu ̣c mô phỏng thay đổ i bán kiń h mă ̣t cong LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 33 Hình 3-3 Mô phỏng thấ u kính có bán kính đáy mm với bán kính mặt cong mm Kế t qủa mô phỏng thấ u kính có bán kiń h đáy mm với bán kính mă ̣t cong của thấ u kin ́ h là mm sẽ cho ta đươ ̣c thấ u kính có tiêu cự f là 10,57 mm và có tỉ lê ̣ ánh sáng truyề n qua hô ̣i tu ̣ la ̣i là 94,9% So với các thông số ở bảng Bảng 3-1 thì thấ u kiń h mô phỏng này đa ̣t đươ ̣c yêu cầ u đă ̣t Hình 3-4 Hình ảnh biể u thi ̣ cường độ truyề n qua thấ u kính có bán kính đáy là mm và bán kính mặt cong là mm Quan sát Hiǹ h 3-4 ta thấ y gầ n chỉ có mô ̣t đỉnh, thể hiêṇ sự tâ ̣p trung của ánh sáng sau hô ̣i tu ̣, các đỉnh nhiễu xung quanh nhỏ, không đáng kể Mô LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 34 phỏng cho thấ y thấ y vi thấ u kính gầ n cho ánh sáng qua và hô ̣i tu ̣ ta ̣i mô ̣t điểm không bi ̣tán xa ̣ ngoài hoă ̣c bi ̣hấ p thu ̣ Bảng 3-2 Bảng số liê ̣u mô phỏng các thấ u kính có bán kính đáy mm Vi thấ u kính Bán kin ́ h cong thấ u kính (mm) Tiêu cự (mm) 7,048 8,809 10,57 Đô ̣ truyề n qua (%) 71,43 89,6 94,9 Như vâ ̣y đố i chiế u số liêụ Bảng 3-2 với Bảng 3-1 ta nhâ ̣n thấ y rằ ng thấ u kiń h có bán kin ́ h đáy mm với bán kính cong của thấ u kính là mm phù hơ ̣p với yêu cầ u đă ̣t để mô phỏng Như vâ ̣y theo kế t quả mô phỏng, chúng nhâ ̣n thấ y rằ ng các thấ u kiń h thay đổ i bán kính đáy và đô ̣ cong, đô ̣ cao của thấ u kiń h thì các thấ u kiń h sẽ thay đổ i tính chấ t của chúng tiêu cự, cường đô ̣ truyề n cao, điể m ảnh Do đó ở phầ n thực nghiê ̣m, chúng sẽ chế ta ̣o các thấ u kính với sự thay đổ i của bán kính đáy và đô ̣ cong, đô ̣ cao của thấ u kiń h nhằ m tìm sự tố i ưu hóa công nghệ chế ta ̣o vi thấ u kính Tính toán đô ̣ cao thực tế của vi thấ u kính: Hình 3-5 Tính toán độ cao thực tế của vi thấ u kính Dựng mô ̣t cung tròn AB tâm O,từ O ta dựng đường thẳ ng OD cắ t đoa ̣n thẳ ng AB ta ̣i trung điể m D, cắ t cung tròn ta ̣i điể m C Do tam giác OAD vuông ta ̣i D nên ta có: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 35 ̂= cos 𝐷𝑂𝐴 𝐴𝐷 𝐴𝑂 ̂ Như vâ ̣y ta sẽ tính đươ ̣c góc 𝐷𝑂𝐴 Mă ̣t khác ta la ̣i có tam giác OAC cân ta ̣i O (do OA = OC ) nên: ̂ = 1800 – 𝐶𝑂𝐴 ̂ 𝑂𝐶𝐴 Xét tam giác ACD vuông ta ̣i D ̂= tan 𝑂𝐶𝐴 𝐴𝐷 𝐶𝐷 ⟹ Như vâ ̣y biế t đươ ̣c bán kiń h cong và bán kiń h đáy của vi thấ u kính, ta có thể tìm đươ ̣c đô ̣ cao của thấ u kính và ngươ ̣c la ̣i 3.2 Kế t quả thư ̣c nghiêm ̣ chế ta ̣o 3.2.1 Khảo sát hình thái bề mă ̣t của vi thấ u kính Dựa vào các kế t quả mô phỏng đươ ̣c, chúng chế ta ̣o lầ n lươ ̣t các thấ u kiń h với các kích thước khác và đô ̣ cao khác để so sánh Chúng sẽ chế ta ̣o các thấ u kính có bán kiń h đáy mm, 1,2 mm 1,5 mm với đô ̣ cao của giế ng quang khắ c là 18 μm Hình 3-6 Độ cao của giế ng quang khắ c SU-8 Hình 3-7 Hình ảnh các giế ng SU-8 với bán kính lầ n lượt là 1,5 mm, mm và 1,2mm được quan sát bằ ng kính hiể n vi quang học (5x) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 36 Hình 3-8 Hình ảnh thực tế các giế ng SU-8 sau được quang khắ c với lầ n lượt bán kính đáy là 1,5 mm, mm 1,2 mm 3.2.1.a Thấ u kính có kích thước đáy khác Chúng chế ta ̣o các thấ u kính có các bán kính đáy lầ n lươ ̣t là 1, 1,2 và 1,5 mm Khi cùng nhỏ cùng mô ̣t khố i lươ ̣ng dung dich ̣ SU-8 là μl, chúng ta lầ n lươ ̣t nhâ ̣n đươ ̣c các vi thấ u kiń h có đô ̣ cao khác (Bảng 3-3) Hình 3-9 Thấ u kính bán kính đáy mm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 37 Hình 3-10 Thấ u kính bán kính đáy 1,2 mm Hình 3-11 Thấ u kính bán kính đáy 1,5 mm Hình 3-12 Hình ảnh thực tế sự thay đổ i độ cao của các vi thấ u kính với các bán kính đáy lầ n lượt là 1,5 mm, mm, 1,2 mm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 38 Quan sát các kế t quả thu đươ ̣c ta thấ y rằ ng nhỏ cùng mô ̣t khố i lươ ̣ng dung tić h thì đố i với các giế ng có bán kính đáy càng nhỏ ta sẽ thu đươ ̣c các vi thấ u kính có các đô ̣ cao càng lớn Các thấ u kính thu đươ ̣c cong đề u, đe ̣p cân bằ ng, đố i xứng Đă ̣c biê ̣t, Hin ̀ h 3-11 ta quan sát đươ ̣c chân của vi thấ u kính đã chế ta ̣o không đươ ̣c phẳ ng mà la ̣i lõm xuố ng Nguyên nhân ở là nhỏ dung dich ̣ SU-8 vào giế ng đã không bi lấ ̣ p đầ y nên hình thành hiêṇ tươ ̣ng vâ ̣y Ngoài còn các yế u tố khác ảnh hưởng đế n viê ̣c ta ̣o thành các vi thấ u kính bao gồ m nhiê ̣t đô ̣ ủ nhiê ̣t, đô ̣ nhớt của dung dich ̣ SU-8 Bảng 3-3 So sánh các thấ u kính có bán kính đáy khác Vi thấ u kính Bán kin ́ h đáy (mm) 1,2 1,5 Khố i lươ ̣ng SU-8 (μl) 1 Đô ̣ cao thấ u kính (mm) 0.375 0.32 0.23 3.2.1.b Thấ u kính cùng kích thước đáy Cách thứ hai để thay đổ i tiêu cự lẫn đô ̣ cao của thấ u kính, chúng chế ta ̣o các thấ u kiń h có cùng kích thước sẽ thay đổ i dung tích dung dich ̣ SU-8 nhỏ vào các giế ng Chúng cho ̣n chế ta ̣o vi thấ u kính có bán kính đáy là 1mm và sẽ lầ n lươ ̣t nhỏ khố i lươ ̣ng dung dich ̣ là 0,6 μl, 0,8 μl và μl và thu đươ ̣c các kế t quả sau Hình 3-13 Thấ u kính được hình thành từ giế ng được nhỏ 0,6 μl LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 39 Hình 3-14 Thấ u kính được hình thành từ giế ng được nhỏ 0,8 μl Hình 3-15 Thấ u kính được hình thành từ giế ng được nhỏ μl Qua sát các kế t quả thu đươ ̣c ta cũng nhâ ̣n đươ ̣c các thấ u kính có đô ̣ cao khác nên tiêu cự của chúng cũng sẽ ảnh hưởng và khác Các thấ u kiń h thu đươ ̣c cong đề u, đep̣ và khá cân bằ ng Đố i với các giế ng có cùng mô ̣t bán kính, nhỏ dung dich ̣ SU-8 vào với dung tích càng nhỏ sẽ cho ta đươ ̣c các thấ u kiń h có đô ̣ cao càng thấ p, tiêu cự sẽ càng nhỏ Ngươ ̣c la ̣i đố i với các giế ng nhỏ dung dich ̣ SU-8 vào với dung tić h càng lớn sẽ cho ta đươ ̣c các thấ u kiń h có đô ̣ cao càng lớn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 40 Hình 3-16 Hình ảnh thực tế sự thay đổ i độ cao của các vi thấ u kính với bán kính đáy là mm Bảng 3-4 So sánh các thấ u kính có khố i lượng nhỏ SU-8 khác Vi thấ u kin ́ h Bán kin ́ h đáy (mm) 1 Khố i lươ ̣ng SU-8 0,6 0,8 Đô ̣ cao thấ u kính (mm) 0,25 0,35 0,4 3.2.2 Khảo sát các đă ̣c trưng của vi thấ u kính Quá trình khảo sát đo đa ̣c các đă ̣c trưng của vi thấ u kính đươ ̣c thực hiêṇ bằ ng mô ̣t ̣ đo quang ho ̣c đã trình bày ở mu ̣c 2.4.2 Đă ̣c trưng của vi thấ u kiń h bao gồ m tiêu cự, điể m ảnh và kích thước điể m sáng Cách thức đo sẽ sau: Ta chiế u nguồ n sáng trực tiế p vào nguồ n thu để tìm kích thước của nguồ n sáng, sau đó ta sẽ đă ̣t thấ u kính ở giữa nguồ n sáng và nguồ n thu, dich ̣ chuyể n nguồ n thu cho thu nhâ ̣n đươ ̣c mô ̣t điể m sáng hô ̣i tu ̣ sáng và rõ nét nhấ t Khoảng cách dich ̣ chuyể n của nguồ n thu chính là tiêu cự của thấ u kính ta chế ta ̣o Điể m sáng nhâ ̣n đươ ̣c chúng sẽ đươ ̣c thu kích thước Ở phía cuối nguồn thu lắp thêm máy đo cường độ ánh sáng truyền qua, trước sau chiếu qua thấu kính, từ tính tỉ lệ truyền qua thấu kinh Các kế t quả đo đươ ̣c thể hiê ̣n ở Bảng 3-5 Thông số ̣ đo:  Nguồ n sáng có bước sóng đỏ 650 nm  Thấ u kiń h và nguồ n sáng đươ ̣c đă ̣t cách cm Tổ ng hơ ̣p các kế t quả thu đươ ̣c ta sẽ có đươ ̣c bảng sau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 41 Bảng 3-5 Tổ ng hợp các kế t quả thu được Vi thấ u kiń h Bán kin ́ h đáy (mm) 1,2 1,5 1 Khố i lươ ̣ng SU-8 nhỏ vào (μl) 1 0,6 0,8 Tiêu cự (mm) 7.5 6,3 4.8 4.2 5.2 Kích thước điể m ảnh (μm) 400 179 142 196 220 Tỉ lệ truyền qua (%) 85% 78,5% 76,4% 79,1% 82% Trên Hình 3-17 là ảnh kin ́ h hiể n vi quang ho ̣c (5x) ba thấ u kính có bán kiń h đấ y lầ n lươ ̣t là 1,5 mm, 1,2 mm và mm đươ ̣c nhỏ dung dich ̣ SU-8 μl và hai thấ u kính có bán kin ̣ SU-8 0,6 μl, 0,8 ́ h đáy là 1mm lầ n lươ ̣t đươ ̣c nhỏ dung dich μl Chúng sẽ thay đổ i tiêu cự của kính hiể n vi quang ho ̣c cho quan sát đươ ̣c các điể m sáng hô ̣i tu ̣ của kính hiể n vi đo đa ̣c các điể m sáng quan sát đươ ̣c So sánh Hin ̀ h 3-7 là nguồ n sáng chiế u vào thấ u kiń h với điể m ảnh quan sát đươ ̣c Hình 3-17 ta thấ y các thấ u kiń h có hoa ̣t đô ̣ng tố t, có sự hô ̣i tu ̣ thu nhỏ la ̣i ta ̣i mô ̣t điể m sáng Các kích thước điể m sáng nhỏ, sáng rõ So sánh các thấ u kin ̣ SU-8 lần ́ h có cùng bán kính đáy nhỏ dung dich lươ ̣t μl, 0,6 μl, 0,8 μl cho ta thấ u kiń h có tiêu cự giảm dầ n và kích thước các điể m sáng cũng giảm theo LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 42 a) b) c) d) e) Hình 3-17 Các điể m ảnh sau chiế u nguồ n sáng qua các thấ u kính chế tạo chụp qua kính hiển vi quang học a) Thấ u kinh có bán kính đáy 1,5 mm, nhỏ dung di ̣ch SU-8 1μl b) Thấ u kính có bán kính đáy 1,2 mm, nhỏ dung di ̣ch SU-8 μl c) Thấu kính có bán kính đáy mm, nhỏ dung di ̣ch SU-8 μl d) Thấ u kính có bán kính đáy mm, nhỏ dung di ̣ch SU-8 0,6 μl e) Thấ u kính có bán kính đáy mm, nhỏ dung di ̣ch SU-8 0,8 μl LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 43 Như vâ ̣y, với viê ̣c nhỏ các dung tích SU-8 khác với các giế ng có bán kính đáy khác nhau, chúng có thể ta ̣o các vi thấ u kính có tiêu cự, kích thước khác nhau, đủ đáp ứng đươ ̣c yêu cầ u ghép vào ̣thớ ng quang MEMS/NEMS Các vi thấu kính chế tạo hoạt động tốt, có tính chất tương đồng với kết mô Như vậy, sử dụng phương pháp mô phần mềm OSLO giúp giảm thời gian tăng tính hiệu chế tạo vi thấu kính MEMS Đây là mơ ̣t phương pháp mới, dễ thực hiên, ̣ giá thành la ̣i rẻ Tuy nhiên phương pháp này vẫn còn mô ̣t số điề u cầ n khắ c phu ̣c cầ n kiể m soát đươ ̣c đúng dung tích SU-8 cầ n nhỏ vào, nhiêṭ đô ̣ và thời gian ủ nhiêt,̣ đô ̣ nhớt của SU-8 để cho các thấ u kiń h nhâ ̣n đươ ̣c sẽ cong đề u hơn, tròn và cân bằ ng đố i xứng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 44 KẾT LUẬN Với viê ̣c chế ta ̣o các thấ u kính nhờ vào ̣thố ng thiế t bi ta ̣ ̣i phòng thí nghiê ̣m Micro-Nano, luâ ̣n văn đã chế ta ̣o thành công các thấ u kính có đă ̣c điể m quang ho ̣c khác phù hơ ̣p vào ̣ thố ng quang MEMS/NEMS Luâ ̣n văn đã thu đươ ̣c mô ̣t số kế t quả sau: - Tìm hiể u về thấ u kiń h, phân loa ̣i và cách vẽ ảnh qua các thấ u kính đó - Tìm hiể u về MEMS/NEMS, các bước quy trình chế ta ̣o và ứng du ̣ng của MEMS/NEMS vào thực tế - Chế ta ̣o thành công thấ u kính có bán kiń h đáy lầ n lươ ̣t là mm, 1,2 mm và 1,5 mm có đă ̣c điể m quang ho ̣c khác Như vâ ̣y chúng ta có thể làm chủ đô ̣ng về công nghê ̣, chế ta ̣o các thấ u kiń h theo cầ u mong muố n bằ ng cách thay đổ i bán kiń h đáy hoă ̣c khố i lươ ̣ng dung tích SU-8 nhỏ vào các giế ng Viê ̣c ta ̣o thành thấ u kính ở sức căng bề mă ̣t, nhiê ̣t đô ̣ thời gian ủ và độ nhớt của dung dich ̣ SU-8 Phương hướng phát triển tương lai : Đánh giá lắ p ghép các thấ u kính chế ta ̣o đươ ̣c vào ̣ thố ng cảm biế n phát hiê ̣n Asen nước, kiể m tra sự lắ p ghép của thấ u kin ́ h đã chế ta ̣o vào ̣ thố ng quang MEMS/NEMS LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 45 TÀ I LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Trần Trác, Diệp Ngọc Anh (2004), Quang học, Khoa vật lý, Trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh Tiếng Anh MicroChem Corp, SU-8 datasheet, http://www.microchem.com/ProdSU83000.htm Sihai Chen, (2002), “Monolithic integration technique for microlens arrays with infrared focal plane arrays,” Infrared Physics & Technology pp 109– 112 Y S Cherng and G D S Su, (2014), J Micromech Microeng, 22, 0250071-8 Eustace L Dereniak, Teresa D Dereniak, “Geometrical and trigonometrical optics optic-laser ”, The university of Arizona Dirk Englund, Andrei Faraon, IIya Fushman, Nick Stoltz, Pierre Petroff, Jelena Vuckovic, (2007), “Controlling cavity reflectivity with a single quantum dot”, Physics Letters Douglas S Goodman, “Geometric optics”, Polaroid Cambrigde, Massachusetts K Y Hung,(2008), “Electrostatic-Force-Modulated Microaspherical Lens for Optical Pickup Head,”Journal of Icroelectromechanical Systems,Volume 17, No 2, pp 370-380 Minh Hang Nguyen, Hai Binh Nguyen, Tuan Hung Nguyen, Xuan Manh Vu, Jain Ren Lai, Fan Gang Tseng, Te Chang Chen, and Ming Chang Lee, (2016), “SU-8 Lenses: Simple Methods of Fabrication and Application in Optical Interconnection Between Fiber/LED and Microstructures”, Journal of Electronic Materials 10 Minh Hang Nguyen, Chia Jung Chang, Minh Chang Lê and Fan Gang Tseng (2011), “ SU8 3D prisms with ultra small inclined angle for low-insertionloss fiber/waveguide interconnection ”, Optics Express, Volume 19, pp 18956-18964 11 Jiseok Lim, (2006), “Demonstration of two-dimensional fluidic lens for integration into microfluidic flow cytometers,” Applied Physics Letters 89, pp 061106-1 - 061106-3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 46 12 Wei Liang, Yanyi Huang, Yong Xu, Reginald K Lee, Amnon Yariv, (2005), “Highly sensitive fiber Bragg grating refractive index sensors”, Physics Letters 13 H Ottevaere and H Thienpont, (2006), “ Comparing glass and plastic refractive microlenses fabricated with different technologies”, Journal of Optics A : Pure and Applied Optics, Volume 8, Number 14 Abraham J Qavi, Adam L Washburn, Ji-Yeon Byeon, Ryan C Balley, (2009), “Label-free technologies for quantitative multiparameter biological analysis”, Anal Bioanal Chem 15 F Schiappelli, (2004), “Efficient fiber-to-waveguide coupling by a lens on the end of the optical fiber fabricated by focused ion beam milling,” Microelectronic Engineering V73–74, pp 397–404 16 H C Wei and G D J Su, (2012),J Micromech Microeng, 22, 025007-1-8 17 J Yan, W Ou and Y Ou, (2012), Semiconductors, 33, 034008-1-4 18 Yingying Zhao,(2013), “An LED-induced fluorescence detection system with integrated on-chip lens based on microfluidic chips technology,” Photon Lasers Med, pp 51–57 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... linh kiê ̣n quang sử dụng để phát hiê ̣n Asen [8] Ở Hình 1-12 thấu kính chế tạo vật liệu SU- 8 lắp ghép vào hệ thống quang Trong hệ thống quang với thấu kính, vị trí tương đối phần tử quang học... phần quang kính hiển vi thấu kính rọi sáng (tụ sáng), thấu kính hội tụ (vật kính) thị kính Mặc dù khơng thường không mô tả thành phần tạo ảnh, tính chất tạo ảnh nguyên tố thấu kính nhóm thấu kính. .. số dụng cụ sử dụng quang hệ ghép thuộc nhóm có kính hiển vi, kính thiên văn, kính vi? ??n vọng, camera Hình 1-6 Các loại thấu kính khơng phổ biến [1] Ngồi dạng hình học phổ biến mơ tả trên, thấu kính