Zwei Herstellungstechniken, Lift-off und Nassätzung, werden bei der Herstellung von interdigitalen Elektrodenwandlern auf einem piezoelektrischen Substrat beschrieben, Lithiumniobat, das weit verbreitet ist, um Oberflächen-Akustikwellen zu erzeugen, die jetzt einen breiten Nutzen in der Mikro- bis nanoskaligen Fluidik finden. Die produzierten Elektroden werden gezeigt, um effizient Megahertz-Ordnung Rayleigh Oberflächen-Akustikwellen zu induzieren.
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Methodenartikel
Herstellung von Oberflächen-Akustikwellengeräten auf Lithium-Niobat
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Die Manipulation von Flüssigkeiten und Partikeln durch akustische Betätigung in kleinem Maßstab unterstützt das schnelle Wachstum von Lab-on-a-Chip-Anwendungen. Megahertz-Order-Oberflächen-Akustikwellengeräte (SAW) erzeugen enorme Beschleunigungen auf ihrer Oberfläche, bis zu 108 m/s2, was wiederum für viele der beobachteten Effekte verantwortlich ist, die die Akustofluidik definieren: akustisches Streaming und akustische Strahlungskräfte. Diese Effekte wurden für die Handhabung von Partikeln, Zellen und Flüssigkeiten im Mikromaßstab – und sogar im Nanomaßstab – verwendet. In diesem Beitrag zeigen wir zwei hauptgefertigte Methoden von SAW-Geräten auf Lithiumniobat: Die Details der Abhebe- und Nassätztechniken werden Schritt für Schritt beschrieben. Repräsentative Ergebnisse für das auf dem Substrat abgelagerte Elektrodenmuster sowie die Leistung der auf der Oberfläche erzeugten SAW werden detailliert dargestellt. Fertigungstricks und Fehlerbehebung werden ebenfalls abgedeckt. Dieses Verfahren bietet ein praktisches Protokoll für die Herstellung und Integration von Hochfrequenz-SAW-Geräten für zukünftige Mikrofluidikanwendungen.
Einleitung
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-....
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Protokoll
1. SAW-Gerätefertigung über die Abhebemethode
- Führen Sie die Wafer-Lösungsmittelreinigung in einer Reinraumanlage der Klasse 100 durch Eintauchen des 4" (101,6 mm) LN-Wafers in Aceton, gefolgt von Isopropylalkohol (IPA), dann entionisiertem Wasser (DI-Wasser), jeweils in einem Beschallungsbad für 5 min. Nehmen Sie den Wafer auf und blasen Sie die Oberfläche trocken mit Stickstoff (N2) Gasstrom, um das verbleibende DI-Wasser aus dem Wafer zu entfernen.
VORSICHT: Führen Sie das Aceton und IPA-Eintauchen in eine Dunstabzugshaube aus. Vermeiden Sie Inhalation und Hautkontakt mit IPA. Vermeiden Sie Haut- und Augenkontakt mit Aceton. Nicht schlucken.....
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Ergebnisse
Die zu messende IDT ist so konzipiert, dass sie eine Resonanzfrequenz bei 100 MHz aufweist, da die Fingerbreite und der Abstand zwischen ihnen 10 m betragen und eine Wellenlänge von 40 m erzeugen. Abbildung 1 zeigt das SAW-Gerät und IDT, die mit dieser Methode hergestellt wurden.
Mit einem oszillierenden elektrischen Signal, das auf die Resonanzfrequenz des IDT abgestimmt ist, kann SAW über die Oberfläche des piezoelektrischen Materials erzeugt werden. Der LDV misst die Schwin.......
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Diskussion
SAW-Geräte, die aus beiden Methoden hergestellt werden, sind in der Lage, nützliche Wanderwellen auf der Oberfläche zu erzeugen, und diese Methoden unterstützen komplexere Prozesse, um andere Designs zu erzeugen. Die Resonanzfrequenz ist in der Regel etwas niedriger als der vorgesehene Wert, aufgrund der Massenbelastungswirkung des oben abgelagerten Metalls. Es gibt jedoch noch einige Punkte, die diskutiert werden sollten, um Probleme zu vermeiden.
Lift-off-Methode
Die Wahl.......
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Danksagungen
Die Autoren danken der University of California und der NANO3-Einrichtung an der UC San Diego für die Bereitstellung von Mitteln und Einrichtungen zur Unterstützung dieser Arbeit. Diese Arbeiten wurden zum Teil an der San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) von UCSD durchgeführt, einem Mitglied der National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, die von der National Science Foundation (Grant ECCS-1542148) unterstützt wird. Die hier vorgestellte Arbeit wurde großzügig durch ein Forschungsstipendium der W.M. Keck Stiftung unterstützt. Die Autoren sind auch dankbar für die Unterstützung dieser Arbeit durch das Office of Naval Research (über Grant 12368098).
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Absorber | Dragon Skin, Smooth-On, Inc., Macungie, PA, USA | Dragon Skin 10 MEDIUM | |
| Verstärker | Mini-Schaltkreise, Brooklyn, NY, USA | ZHL– 1– 2W– S+ | |
| Kamera | Nikon, Minato, Tokio, Japan | D5300 | |
| Chromätzmittel | Transene Company, INC, Danvers, MA, USA | 1020 | |
| Entwickler | Futurrex, NJ, USA | RD6 | |
| Entwickler | EMD Performance Materials Corp., Philidaphia, PA, USA | AZ300MIF | |
| Würfelsäge | Disco, Tokio, Japan | Disco Automatik Würfelsäge 3220 | |
| Goldätzmittel | Transene Company, INC, Danvers, MA, USA | Typ TFA | |
| Lochbohrer | Dremel, Mount Prospect, Illinois | Modell # 4000 | 4000 Hochleistungs-Rotationsmikroskop mit variabler Geschwindigkeit |
| Amscope, Irvine, CA, USA | IN480TC-FL-MF603 | ||
| Laser-Doppler-Vibrometer (LDV) | Polytec, Waldbronn, Deutschland | UHF-120 | 4" doppelseitig poliert 0,5 mm dick 128°; Y-gedrehter Schnitt Lithium-Niobat |
| Lithium-Niobat Substrat | PMOptics, Burlington, MA, USA | PWLN-431232 | |
| Mask Aligner | Heidelberg Instruments, Heidelberg, Deutschland | MLA150 | Der Herstellungsprozess wird darin durchgeführt. |
| Nano3 Reinraumanlage | UCSD, La Jolla, CA, USA | ||
| Negativer Fotolack | Futurrex, NJ, USA | NR9-1500PY | |
| Oszilloskop | Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, USA | InfiniiVision 2000 X-Serie | |
| Positiver Fotolack | AZ1512 | Denton Discovery 18 Sputtersystem | |
| Signalgenerator | NF Corporation, Yokohama, Japan | WF1967 Multifunktionsgenerator | Wafer Dipper 4" |
| Sputterabscheidung | Denton Vacuum, NJ, USA | Denton 18 | |
| Teflon Wafer | Dipper ShapeMaster, Ogden, IL, USA | SM4WD1 |
Referenzen
- Ding, X., et al. Standing surface acoustic wave (SSAW) based multichannel cell sorting. Lab on a Chip. 12 (21), 4228-4231 (2012).
- Langelier, S. M., Yeo, L. Y., Friend, J. UV epoxy bonding for enhanced SAW transmission and microscale acoustofluid....
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Nachdrucke und Genehmigungen
