Unter Berufung auf den bekannten inversen piezoelektrischen Effekt, bei dem die atomaren Dipole eine Belastung erzeugen, die der Anwendung eines elektrischen Feldes entspricht, können piezoelektrische Kristalle wie Lithiumniobat LiNbO3 (LN), Lithium-Tantalit LiTaO3 (LT) als elektromechanische Messumformer verwendet werden, um SAW für Mikroskalige Anwendungen1,2,3,4,5,6. Durch die Erzeugung von Verschiebungen bis zu 1 nm bei 10-1000 MHz überwindet SAW-getriebene Vibration die typischen Hindernisse des herkömmlichen Ultraschalls: geringe Beschleunigung, große Wellenlängen und große Gerätegröße. Die Forschung zur Manipulation von Flüssigkeiten und Schwebstoffhatik hat sich in letzter Zeit beschleunigt, mit einer großen Anzahl neuerund zugänglicher Bewertungen7,8,9,10.
Die Herstellung von SAW-integrierten mikrofluidischen Geräten erfordert die Herstellung der Elektroden – des interdigitalen Transducers (IDT)11– auf dem piezoelektrischen Substrat, um das SAW zu erzeugen. Die kammförmigen Finger erzeugen Kompression und Spannung im Substrat, wenn sie mit einem abwechselnden elektrischen Eingang verbunden sind. Die Herstellung von SAW-Geräten wurde in vielen Publikationen vorgestellt, ob mit abhebt ultravioletter Photolithographie neben Metallsputations- oder Nassätzverfahren10. Der Mangel an Wissen und Fähigkeiten bei der Herstellung dieser Geräte ist jedoch ein haupthindernis für den Eintritt in die Akustofluidik vieler Forschungsgruppen, auch heute noch. Für die Abhebetechnik12,13,14wird auf einer Oberfläche eine Opferschicht (photoresist) mit einem inversen Muster erstellt, so dass, wenn das Zielmaterial (Metall) auf dem gesamten Wafer abgelagert wird, es das Substrat in den gewünschten Bereichen erreichen kann, gefolgt von einem "Lift-off"-Schritt, um den verbleibenden Photoresist zu entfernen. Im Gegensatz dazu wird das Metall im Nassätzverfahren15,16,17,18zuerst auf dem Wafer abgelagert und dann photoresist mit einem direkten Muster auf dem Metall erzeugt, um den gewünschten Bereich vor dem "Ätzen" durch eine Metalletchant zu schützen.
In einem am häufigsten verwendeten Design, der geraden IDT, wird die Wellenlänge der Resonanzfrequenz des SAW-Geräts durch die Periodizität der Fingerpaare definiert, wobei die Fingerbreite und der Abstand zwischen den Fingern beide
/419sind. Um die elektrische Stromübertragungseffizienz und den Massenbelastungseffekt auf dem Substrat auszugleichen, wird die Dicke des auf dem piezoelektrischen Material abgelagerten Metalls auf ca. 1% der SAW-Wellenlänge20optimiert. Lokalisierte Erwärmung durch Ohmsche Verluste21, die möglicherweise einen vorzeitigen Fingerversagen verursachen, kann auftreten, wenn nicht genügend Metall abgelagert wird. Andererseits kann eine zu dicke Metallfolie aufgrund einer Massenbelastung zu einer Verringerung der Resonanzfrequenz des IDT führen und möglicherweise unbeabsichtigte akustische Hohlräume aus den IDTs erzeugen, wodurch die akustischen Wellen, die sie aus dem umgebenden Substrat erzeugen, isoliert werden. Dadurch variieren die gewählten Photoresist- und UV-Belichtungsparameter in der Abhebetechnik, je nach unterschiedlichen Ausführungen von SAW-Geräten, insbesondere der Frequenz. Hier beschreiben wir detailliert den Abhebeprozess zur Herstellung eines 100 MHz SAW-Erzeugungsgeräts auf einem doppelseitig polierten 0,5 mm dicken 128° Y-rotierten GESCHNITTENen LN-Wafer sowie den Nassätzprozess zur Herstellung des 100 MHz-Geräts gleicher Bauart. Unser Ansatz bietet ein mikrofluidisches System, das die Untersuchung einer Vielzahl von physikalischen Problemen und biologischen Anwendungen ermöglicht.