Name: Epitaxial Nanostructured α-Quartz-Folien auf Silizium: Vom Material zu neuen Geräten (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-10-06T14:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 34 s
Description: Erfahren Sie die Mikrofabrikation nanostrukturierter α-Quarz-Mikrokanilevers auf Silizium-On-Isolator-Substraten mittels Dip-Beschichtung und Nanoimprint-Lithografie. Diese Methode ermöglicht die kostengünstige Integration piezoelektrischer Sensoren.

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Diese Arbeit wurde vom Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont 2020 der Europäischen Union (Nr.803004) finanziert.

1. Vorbereitung der Lösung
<ol><li>Bereiten Sie eine Lösung vor, die vorhydrolysiertes Tetraethylorthosilikat (TEOS) 18 h enthält, vor der Herstellung der Gelfolien in einer Dunstabzugshaube, in die ein Laborgleichgewicht und ein Magnetrührer gelegt werden.<ol>
<li>0,7 g Polyethylenglykolhexadecylether (Brij-58) und 23,26 g Ethanol in 50 ml Flasche geben und den Deckel der Flasche schließen und rühren, bis der Brij vollständig aufgelöst ist.</li>
		<li>1,5 g HCl 35% in Schritt 1.1.1 in den Kolben geben, schließen und 20 s rühren.</li>
		<li>4,22 g TEOS in Schritt 1.1.2 in den Kolben geben, schließen und 18 h rühren lassen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Herstellung von 1 M wässrige Lösung von Sr2+ kurz vor der Herstellung der Gelfolien, da eine gereifte Lösung in Form von Sr-Salz rezipitiert werden kann.<ol>
<li>Wiegen Sie 2,67 g SrCl2,6H2O in einem 10 ml Volumenkolben.</li>
		<li>10 ml Reinstwasser (z.B. Milli-Q) bis 10 ml in Schritt 1.2.1 in den Kolben geben und den Kolben mit einer Kunststoffkappe schließen und den Kolben vorsichtig schütteln, um das Strontiumchlorid aufzulösen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Fügen Sie 275 l der 1 M wässrigen Lösung von Sr2+ in die 10 ml Flasche mit der in Schritt 1.1 hergestellten Lösung und rühren Sie die Lösung für 10 min.</li>
</ol>2. Herstellung von Polydimethylsiloxan (PDMS) Schablonen
<ol><li>Vorbereitung der PDMS-Lösung nach Schritt 1.3.<ol>
<li>Mischen Sie 1 Teil des Härtungsmittels mit 10 Teilen des Elastomers in einem Becher auf der Waage. Rühren Sie die Mischung mit einem Glasstab, bis sie eine homogene Verteilung der Blasen erhält, und entfernen Sie sie in einer Vakuumkammer.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Replizieren Sie den Silizium-Master mit der PDMS-Lösung. Beachten Sie, dass wir für diese Arbeit einen siliziumgemusterten Master verwendet haben, der aus Säulen mit Durchmessern, Höhe und Trennabstand von 1 m besteht.<ol>
<li>Setzen Sie den Silizium-Master mit der strukturierten Face-up-Box in eine Kunststoffbox und füllen Sie die Box mit der PDMS-Lösung.</li>
		<li>Führen Sie die Kunststoffbox bei 70 °C für 2 h in den Ofen ein, um eine solide PDMS-Schablone zu erhalten.</li>
		<li>Trennen Sie die PDMS-Vorlage und den Silizium-Master. Schneiden Sie die PDMS-Vorlage mit einem Blatt auf die gewünschte Größe und bewahren Sie sie in einer sauberen Box auf.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Gelfolienabscheidung auf SOI (100) Substraten durch Dip-Beschichtung
<ol><li>Vorbereitung der Substrate<ol>
<li>Bereiten Sie 2 cm x 6 cm große Substrate vor, indem Sie einen 2-Zoll-p-Typ SOI-Wafer mit einer Dicke von 2/0,5/0,67 n (Si/SiO2/Si) in eine Richtung schneiden, die parallel oder senkrecht zur Waferebene mit einer Diamantspitze verläuft. Beachten Sie, dass die Leitfähigkeit der Silizium-Geräteschicht zwischen 1 und 10 Ω/cm liegen muss.</li>
		<li>Führen Sie die Substrate in einer Piranha-Lösung für 20 min ein, um mögliche Polymerrückstände zu beseitigen.</li>
		<li>Mit DI-Wasser, dann mit Ethanol reinigen und trocknen lassen oder Stickstofffluss verwenden. Dieser Schritt sollte direkt nach Schritt 1.3 ausgeführt werden.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Deposition einer Lösung, die vorhydrolysiertes Tetraethylorthosilikat (TEOS), Brij-58-Sulfactant und SrCl2 6H2O enthält.<ol>
<li>Um eine homogene Kieselsäurefolie zu erhalten, stellen Sie die Dip-Coater-Kammer unter den Bedingungen bei relativer Luftfeuchtigkeit von 40% und 25 °C Temperatur ein.</li>
		<li>Legen Sie einen Becher mit der Größe von ca. 5 cm x 1 cm x 8 cm unter das SOI-Substrat, das am Taucherarm hängt, und stellen Sie beim Eintauchen und Zurückziehen eine Tauchbeschichtungssequenz mit einer Geschwindigkeit von 300 mm/min her. Stellen Sie die Tauchzeit (Zeit an der Endposition) auf Null.</li>
		<li>Füllen Sie den Becher mit der in Schritt 1.3 vorbereiteten Lösung und warten Sie, bis die relative Luftfeuchtigkeit stabil wird, d.h. 40 % bzw. 25 °C.</li>
		<li>Führen Sie eine einzelne Tauchbeschichtung durch und warten Sie, bis der Film homogen wird.</li>
		<li>Führen Sie das SOI-Substrat bei 450 °C für 5 min in einen Ofen ein, um eine Dicke von 200 nm zu erhalten.</li>
		<li>Wiederholen Sie die Schritte 3.2.3 und 3.2.4 zweimal mehr, um eine Folie mit einer Dicke von ca. 600 nm zu produzieren. Um die Stabilität der Lösung zu gewährleisten, sollte ein Wiederholungsprozess in 1 h durchgeführt werden.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. Oberflächenmikro/Nanostrukturierung durch Soft-Imprint-Lithographie
<ol><li>Bereiten Sie die Mikro-/Nanostrukturen auf der Filmoberfläche unter den Bedingungen der relativen Luftfeuchtigkeit 40% und 25 °C Temperatur vor.<ol>
<li>Wiederholen Sie Schritt 3.2.3, um einen neuen Film auf SOI-Substrat zu deponieren.</li>
		<li>Legen Sie das SOI-Substrat nach Schritt 3.2.1 auf eine flache Oberfläche und legen Sie die in Schritt 2.2 hergestellte PDMS-Form auf das SOI-Substrat, während das Sol-Gel verdampft.</li>
		<li>Das SOI-Substrat mit der PDMS-Form in einem Ofen bei 70 °C für 1 min und dann bei 140 °C für 2 min in einem zweiten Ofen. Dann lassen Sie es zum Abkühlen.</li>
		<li>Entfernen Sie die PDMS-Form, um eine mikro-nanostrukturierte Gelfolie auf dem SOI-Substrat zu erhalten.</li>
		<li>Führen Sie das SOI-Substrat bei 450 °C für 5 min in einen Ofen ein, um eine mikro-nanostrukturierte Gelfolie mit 600 nm Höhe zu konsolidieren.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. Gelfilmkristallisation durch thermische Behandlung
<ol><li>Thermische Behandlung der Gelfolien auf SOI (100).<ol>
<li>Programmieren Sie die Rohrofenheizung von Raumtemperatur auf 1000 °C.</li>
		<li>Führen Sie die in einem Keramikboot platzierte Probe 5 Stunden lang bei 1000 °C in den Ofen ein. Bedecken Sie das Rohr während der gesamten thermischen Behandlung nicht, um den Ofen mit Luft zu sättigen. Schließlich erreichen Sie die Raumtemperatur durch Abkühlen des Ofens ohne programmierte Rampe.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. Gestaltung des Lithographie-Maskenlayouts
Die bei diesem Verfahren verwendete Maske wurde speziell für die Herstellung von Geräten auf dem SOI-Substrat mit epitaxialem nanostrukturiertem Quarz entwickelt. Alle Herstellungsprozesse werden auf der Quarzseite durchgeführt. Die Maske wurde so entworfen, dass in jedem Schritt negativer Tonwiderstand verwendet werden muss. Die Maske ist in vier verschiedenen Schritten organisiert, wie unten erläutert.
<ol><li>Mustern Sie den Quarz, um die Form des Auslegers zu bestimmen, und auch die Kontaktfläche der Quadratform von 30 x 30 m. So ist z. B. eine rechteckige Auslegerfläche im Größe 40 x 100 m aus 120 x 160 m Fläche mit negativem Widerstand geschützt und der Rest bis zur Siliziumschicht geätzt.</li>
	<li>Realisieren Sie die oberen und unteren Elektroden. Die obere Elektrode ist auf dem rechteckigen, geformten Auslegerbereich gemustert, und die untere Elektrode ist auf der 2 m dicken Siliziumschicht auf der geätzten Fläche von 30 x 30 m gemustert. Die Breite des oberen Kontakts ist 4 m kleiner als die gemusterte Auslegerfläche und die Größe des unteren Kontakts ist größer als die in Schritt 1 geätzte Fläche von 30 x 30 m.</li>
	<li>Ätzen Sie alle 2 m dicken Siliziumschichten in einer U-förmigen Fläche von 120 x 160 m um den rechteckigen Ausleger. Der geätzte Bereich ist wieder U-förmig, aber von jeder Seite 4 m kleiner, um den Auslegerbereich im letzten Schritt vor HF-Angriffen zu schützen.</li>
	<li>Lassen Sie den Ausleger mit BOE Radierung von SiO2los. Die geschützte Auslegerfläche ist 2 m größer als die tatsächliche Auslegerfläche. Der wichtigste Teil ist, die Oberfläche und die Rohlinge des Auslegers zu schützen.</li>
</ol>7. Reinigung der Quarzproben für den Ausleger-Mikroherstellungsprozess mit Piranha-Lösung
<ol><li>Bereiten Sie eine Piranha-Lösung vor, indem Sie bei Umgebungstemperatur langsam 10 ml Wasserstoffperoxid (H2O2) in 20 ml Schwefelsäure (H2SO4) geben. Diese Mischung erzeugt eine thermische Reaktion.<ol>
<li>Legen Sie die Proben in dieser Lösung für 10 min, um alle organischen Rückstände zu reinigen.</li>
		<li>Spülen Sie die Proben mit DI-Wasser und trocknen Sie sie mit Stickstoff.</li>
	</ol>
</li>
</ol>8. Schritt 1: Musterauslegerform auf dem Quarz-Dünnfilm
<ol><li>Der erste Lithographieprozess<ol>
<li>Spülen Sie die Proben mit Aceton, IPA, und blasen Sie dann trockenen Stickstoff.</li>
		<li>Legen Sie die Proben auf die Kochplatte bei 140°C für 10 min Entfeuchtung.</li>
		<li>Spin AZ2070 negative Fotoresist bei einer Geschwindigkeit von 4000 U/min für 30 s.</li>
		<li>Die Proben auf die Kochplatte legen, um bei 115 °C für 60 s weich zu backen.</li>
		<li>Setzen Sie die Probe mit 37,5 mJ.cm-2 UV-Dosis für 5 s aus.</li>
		<li>Die Probe auf die Kochplatte für die Nachbelichtung geben bei 115 °C für 60 s backen.</li>
		<li>Entwickeln Sie in MIF 726 Entwickler für 100 s bei Umgebungstemperatur, dann in DI-Wasser spülen und trockenen Stickstoff blasen. Die erwartete Dicke beträgt 5,5 m.</li>
		<li>Legen Sie die Probe auf die Kochplatte bei 125 °C für 10 min, um den Widerstand hart zu härten.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Reaktive Ionenätzung (RIE) der Quarzschicht<ol>
<li>Ätzen Sie den Quarz bis Zur Siliziumschicht mit RIE mit einem Gasdurchfluss von 60 sccm CHF3, 20 sccm 02und 10 sccm Ar bei 100 W HF-Leistung.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Reinigung der Widerstandsreste<ol>
<li>Mit Plasma bei einer Durchflussrate von 90 sccm 02 für 5 min reinigen.</li>
		<li>Wenn der erste Reinigungsschritt nicht ausreicht, lassen Sie die Probe im Entferner PG bei 80 °C, bis alle Widerstände entfernt sind.</li>
		<li>Dann die Probe in eine Piranha-Lösung (20 ml Schwefelsäure H2SO4 + 10 ml Wasserstoffperoxid H2O2)für 10 min geben. Dann in DI-Wasser abspülen und mit Stickstoff trocknen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>9. Schritt 2: Realisierung der unteren und oberen Elektrode
<ol><li>Der zweite Lithographieprozess<ol>
<li>Spülen Sie die Proben mit Aceton, IPA, und blasen Sie dann trockenen Stickstoff.</li>
		<li>Legen Sie die Proben auf die Kochplatte bei 140 °C für 10 min Entfeuchtung.</li>
		<li>Spin AZ2020 negative Fotoresist bei einer Geschwindigkeit von 4000 U/min für 30 s.</li>
		<li>Die Probe auf die Kochplatte geben, um sie bei 115 °C für 60 s zu softbake.</li>
		<li>Setzen Sie die Probe mit 23,25 mJ.cm-2 UV-Dosis für 3 s aus.</li>
		<li>Die Probe auf die Kochplatte für die Nachbelichtung geben bei 115 °C für 60 s backen.</li>
		<li>Entwickeln Sie in MIF 726 Entwickler für 50 s bei Umgebungstemperatur, dann in DI-Wasser spülen und trockenen Stickstoff blasen. Die erwartete Dicke beträgt 1,7 m.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Metallabscheidung für obere und untere Elektroden.<ol>
<li>50 nm Chrom mit einer Rate von 4 A/s und 120 nm Platin bei 2,5 A/s mit Elektronenstrahlverdampfung bei 10-6 mbar ablagern.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Metall-Abhebe<ol>
<li>Lassen Sie die Proben zuerst in Aceton und dann in IPA, bis der Metallabheber erfolgreich ist.</li>
		<li>Überprüfen Sie die Probe mit einem optischen Mikroskop und lassen Sie die Probe bei Bedarf im Entferner PG bei 80 °C, bis alle Metalle abhebt sind. Dann in DI-Wasser abspülen und trockenen Stickstoff blasen.</li>
		<li>Wenn Schritt 9.3.2 nicht ausreicht, legen Sie die Proben in einem Ultraschallreiniger in Aceton für 5 min. Wiederholen Sie diesen Vorgang so oft wie nötig.</li>
		<li>Spülen Sie die Proben mit Aceton, IPA, und blasen Sie dann mit Stickstoff trocken.</li>
	</ol>
</li>
</ol>10. Schritt 3: Musterung der Probe, um Si(100) Schicht zu ätzen
<ol><li>Der dritte Lithographieprozess<ol>
<li>Spülen Sie die Proben mit Aceton, IPA, und blasen Sie dann trockenen Stickstoff.</li>
		<li>Legen Sie die Proben auf die Kochplatte bei 140 °C für 10 min Entfeuchtung.</li>
		<li>Spin AZ2070 negative Fotoresist mit einer Geschwindigkeit von 2000 U/min für 30 s.</li>
		<li>Die Probe auf die Kochplatte für Softbake bei 115 °C für 60 s legen.</li>
		<li>Setzen Sie die Probe mit 37,5 mJ.cm-2 UV-Dosis für 5 s aus.</li>
		<li>Die Probe auf die Kochplatte für die Nachbelichtung geben bei 115 °C für 60 s backen.</li>
		<li>Entwickeln Sie in MIF 726 für 110 s bei Umgebungstemperatur, dann in DI-Wasser abspülen und mit Stickstoff trocken blasen. Die erwartete Dicke beträgt 5,9 m.</li>
		<li>Die Probe bei 125 °C 10 min auf die Kochplatte geben, um den Widerstand hart zu härten.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Reaktive Ionenätzung der Siliziumschicht<ol>
<li>Ätzen Sie die Siliziumschicht bis SiO2 Schicht mit RIE mit Gasdurchfluss von 60 sccm CHF3, 20 sccm 02 und 10 sccm Ar bei 100W HF Leistung.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Reinigung der Widerstandsreste<ol>
<li>Zuerst mit Plasma bei einer Durchflussrate von 90 sccm 02 für 5 min reinigen.</li>
		<li>Lassen Sie die Probe im Entferner PG bei 80 °C, bis alle Widerstände entfernt sind. Dann in DI-Wasser abspülen und trockenen Stickstoff blasen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>11. Schritt 4: Freilassen des Auslegers durch nasschemische Ätzung von SiO2
<ol><li>Der vierte Lithographieprozess<ol>
<li>Spülen Sie die Proben mit Aceton, IPA, und blasen Sie dann trockenen Stickstoff.</li>
		<li>Legen Sie die Proben auf die Kochplatte bei 140 °C für 10 min Entfeuchtung.</li>
		<li>Spin AZ2020 negative Fotoresist mit einer Geschwindigkeit von 2000 U/min für 30 s.</li>
		<li>Die Probe auf die Kochplatte für weiches Backen bei 115 °C für 60 s legen.</li>
		<li>Setzen Sie die Probe mit 37,5 mJ.cm-2 UV-Dosis für 5 s aus.</li>
		<li>Die Probe auf die Kochplatte für die Nachbelichtung geben bei 115 °C für 60 s backen.</li>
		<li>Entwickeln Sie in MIF 726 für 65 s bei Umgebungstemperatur. In DI-Wasser abspülen und dann trockenen Stickstoff blasen. Die erwartete Dicke beträgt 2,3 m.</li>
		<li>Legen Sie die Probe auf die Kochplatte bei 125 °C für 10 min, um den Widerstand hart zu härten.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Nassätzung der SiO2-Schicht mit gepufferter Oxidätzung (BOE)<ol>
<li>Boe 7:1-Lösung in einen Behälter auf Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE) geben.</li>
		<li>Legen Sie die Probe in diese Lösung und lassen Sie sie bei Umgebungstemperatur, bis alle SiO2 Schichten unter dem Ausleger geätzt sind. Dann in DI-Wasser abspülen und trockenen Stickstoff blasen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Reinigung der Widerstandsreste<ol>
<li>Spülen Sie die Proben mit Aceton, IPA, und blasen Sie dann trockenen Stickstoff.</li>
		<li>Bei Bedarf die Widerstandsreste mit Plasma bei einer Durchflussrate von 90 sccm O2 für 5 min reinigen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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</ol>

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Die vorgestellte Methode ist eine Kombination von Bottom-up- und Top-Down-Ansätzen zur Herstellung nanostrukturierter piezoelektrischer Quarz-Mikro-Fliestiler auf Si. Die Quartz/Si-MEMS-Technologie bietet große Vorteile gegenüber Schüttkosten in Bezug auf Größe, Stromverbrauch und Integrationskosten. Tatsächlich werden epitaxialer Quarz/Si MEMS mit CMOS-kompatiblen Verfahren hergestellt. Dies könnte die zukünftige Herstellung von Single-Chip-Lösungen für Multifrequenzgeräte erleichtern und gleichzeitig Miniaturisierung u...

Oxid-Nanomaterialien mit piezoelektrischen Eigenschaften sind entscheidend für die Entwicklung von Geräten wie MEMS-Sensoren oder Mikro-Energie-Harvester oder Speicher1,2,3. Mit zunehmender CMOS-Technologie wird die monolithische Integration hochwertiger epitaxialer piezoelektrischer Folien und Nanostrukturen in Silizium zum Thema der Erweiterung neuer neuartiger Geräte4. Darüber hinaus ist eine bessere Kontrolle der Miniaturisierung dieser Geräte erforderlich, um hohe Leistungen zu erzielen5,6. Neue Sensoranwendungen in Elektronik, Biologie und Medizin werden durch die Fortschritte in den Mikro- und Nanofabrikationstechnologien7,8ermöglicht.
Insbesondere α-Quarz ist weit verbreitet als piezoelektrisches Material und zeigt hervorragende Eigenschaften, die es dem Anwender ermöglichen, für verschiedene Anwendungen zu fertigen. Obwohl es einen niedrigen elektromechanischen Kupplungsfaktor hat, der seine Anwendungsbereiche für die Energiegewinnung begrenzt, machen seine chemische Stabilität und sein hoher mechanischer Qualitätsfaktor es zu einem guten Kandidaten für Frequenzregelungsgeräte und Sensortechnologien9. Diese Geräte wurden jedoch aus Massenquarzkristallen mikrobearbeitet, die die gewünschten Eigenschaften für die Gerätefertigung10aufweisen. Die Dicke des Quarzkristalls sollte so konfiguriert werden, dass die höchste Resonanzfrequenz vom Gerät aus erreicht werden kann, heute ist die niedrigste erreichbare Dicke 10 m11. Bisher wurden einige Techniken zum Mikromustern der Massenkristalle wie Faraday Käfig-Winkelradierung11, Laserinterferenz-Lithographie12und fokussierter Ionenstrahl (FIB)13 berichtet.
Kürzlich wurde die direkte und Bottom-up-Integration von epitaxialem Wachstum von (100) α-Quarz-Folie in Siliziumsubstrat (100) durch chemische Lösungsabscheidung (CSD)14,15entwickelt. Dieser Ansatz öffnete eine Tür, um die oben genannten Herausforderungen zu meistern und auch piezoelektrische Geräte für zukünftige Sensoranwendungen zu entwickeln. Die Anpassung der Struktur von α-Quarz-Folie auf Siliziumsubstrat wurde erreicht und es erlaubte, die Textur, Dichte und die Dicke der Folie16zu kontrollieren. Die Dicke der α-Quarz-Folie wurde von einigen hundert Nanometern auf den Mikron-Bereich erweitert, die 10- bis 50-mal dünner sind als die von Top-Down-Technologien auf Massenkristallen erhaltenen. Die Optimierung der Abscheidungsbedingungen, der Feuchtigkeit und der Temperatur der Dip-Beschichtung wurde ermöglicht, sowohl eine kontinuierliche nanostrukturierte kristalline Quarzfolie als auch ein perfektes nanoimbedrucktes Muster durch eine Kombination aus einer Reihe von Top-Down-Lithographietechniken zu erreichen17. Insbesondere ist die Soft Nanoimprint Lithographie (NIL) ein kostengünstiges, großflächiger Herstellungs- und Tisch-Equipment-basiertes Verfahren. Die Anwendung von weichem NIL, das Top-Down- und Bottom-up-Ansätze kombiniert, ist ein Schlüssel zur Herstellung von epitaxialen Quarz-Nanosäulen-Arrays auf Silizium mit einer präzisen Steuerung von Säulendurchmessern, Höhe und Zwischensäulenabständen. Darüber hinaus wurde die Herstellung von Kieselsäure-Nanosäule mit kontrollierter Form, Durchmesser und Periodizität auf Borosilikatglas für eine biologische Anwendung durchgeführt, um weiches NIL aus epitaxialem Quarzdünnschicht18anzupassen.
Bisher war die On-Chip-Integration von piezoelektrischen nanostrukturierten α-Quarz-MEMS nicht möglich. Hier zeichnen wir den detaillierten Engineering-Weg vom Material bis zur Gerätefertigung. Wir erklären alle Schritte für die Materialsynthese, weiches NIL und die Mikrofertigung des Geräts, um einen piezoelektrischen Quarzausleger auf SOI-Substrat19 freizugeben und diskutieren seine Reaktion als piezoelektrisches Material mit einigen Charakterisierungsergebnissen.

<table><tbody><tr><td>Aceton</td><td>Honeywell Riedel de Ha&euml; n</td><td>UN 1090</td><td></td></tr><tr><td>AZnLOF 2020 Negativlack</td><td>Mikrochemikalien</td><td>USAW176488-1BLO</td><td></td></tr><tr><td>AZnLOF 2070 Negativlack</td><td>Mikrochemikalien</td><td>USAW211327-1FK6</td><td></td></tr><tr><td>AZ 726 MIF Entwickler</td><td>Merck</td><td>DEAA195539</td><td></td></tr><tr><td>BOE (7:1)</td><td>Technic</td><td>AF 87.5-12.5</td><td></td></tr><tr><td>Brij-58</td><td>Sigma</td><td>9004-95-9</td><td></td></tr><tr><td>Chrom Neyco</td><td></td><td>FCRID1T00004N-F53-062317/FC79271</td><td></td></tr><tr><td>Tauchlackierer ND-R 11/2 F</td><td>Nadetec</td><td>ND-R 11/2 F</td><td></td></tr><tr><td>Wasserstoffperoxidlösung 30%</td><td>Carlo Erka Reagenzien DasitGroup</td><td>UN 2014</td><td></td></tr><tr><td>H2SO4</td><td>Honeywell Fluka</td><td>UN 1830</td><td></td></tr><tr><td>Isopropylalkohol</td><td>Honeywell Riedel de Ha&euml; n</td><td>UN 1219</td><td></td></tr><tr><td>Mask Aligner</td><td>EV Group</td><td>EVG620</td><td></td></tr><tr><td>PG-Entferner</td><td>MicroChem</td><td>18111026</td><td></td></tr><tr><td>Platin</td><td>Neyco</td><td>INO272308/F14508</td><td></td></tr><tr><td>PTFE-basierter Behälter</td><td>Teflon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Reaktives Ionenätzen (RIE)</td><td>Corial</td><td>ICP Corial 200 IL</td><td></td></tr><tr><td>SEMFEG</td><td>Hitachi</td><td>Su-70</td><td></td></tr><tr><td>SOI-Substrat</td><td>University Wafer</td><td>ID :3213</td><td></td></tr><tr><td>Strontiumchlorid-Hexahydrat</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>10025-70-4</td><td></td></tr><tr><td>SYLGARD TM 184 Silikonelastomer Kit</td><td></td> <td>Dow.000000840559</td><td></td></tr><tr><td>SYLGARD TM 184 Silikonelastomer Härter</td> <td>Dow.000000840559</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Tetraethylorthosilikat</td><td>Aldrich</td><td>78-10-4</td><td></td></tr><tr><td>Rohrofen</td><td>Carbolite</td><td>PTF 14/75/450</td><td></td></tr><tr><td>Vibrometer</td><td>Polytec</td><td>OFV-500D</td><td></td></tr><tr><td>2D XRD</td><td>Bruker</td><td>D8 Entdecken</td><td>Ausgestattet mit einem Eiger2 R 500 K 2D-Detektor</td></tr></tbody></table>

epitaxial nanostructured α-quartz-folien auf silizium: vom material zu neuen geräten

Epitaxial Nanostructured &alpha;-Quartz Films on Silicon: From the Material to New Devices

In dieser Arbeit zeigen wir einen detaillierten technischen Weg des ersten piezoelektrischen nanostrukturierten epitaxialen Quarz-basierten Mikrokwingers. Wir erklären Ihnen alle Schritte im Prozess, beginnend mit dem Material bis zur Gerätefertigung. Das epitaxiale Wachstum von α-Quarz-Folie auf SOI (100)-Substrat beginnt mit der Herstellung eines Strontium dotierten Kieselsäure-Sol-Gels und setzt sich mit der Abscheidung dieses Gels in dünnschichtiger Form in Dünnschichtform mit der Tauchbeschichtungstechnik unter atmosphärischen Bedingungen bei Raumtemperatur fort. Vor der Kristallisation des Gelfilms erfolgt die Nanostrukturierung auf der Filmoberfläche durch Nanoimprint-Lithographie (NIL). Das epitaxiale Filmwachstum wird bei 1000 °C erreicht, was eine perfekte Kristallisation des gemusterten Gelfilms zur Folge hat. Die Herstellung von Quarzkristallauslegervorrichtungen ist ein vierstufiger Prozess, der auf Mikrofabrikationstechniken basiert. Der Prozess beginnt mit der Formgebung der Quarzoberfläche, und dann folgt die Metallabscheidung für Elektroden. Nach dem Entfernen des Silikons wird der Ausleger aus dem SOI-Substrat gelöst, wodurch SiO2 zwischen Silizium und Quarz entfällt. Die Geräteleistung wird mit berührungslosen Laservibrometern (LDV) und Atomkraftmikroskopie (AFM) analysiert. Unter den verschiedenen Freischwingerabmessungen, die in dem hergestellten Chip enthalten sind, zeigte der in dieser Arbeit analysierte nanostrukturierte Ausleger eine Größe von 40 m Groß und 100 m Länge und wurde mit einer 600 nm dicken gemusterten Quarzschicht (Nanosäulendurchmesser und Trennabstand von 400 nm bzw. 1 m) präparat auf einer 2 m dicken Si-Geräteschicht hergestellt. Die gemessene Resonanzfrequenz betrug 267 kHz und der geschätzte Qualitätsfaktor Q der gesamten mechanischen Struktur betrug Q 398 bei niedrigen Vakuumbedingungen. Wir beobachteten die spannungsabhängige lineare Verschiebung des Auslegers mit beiden Techniken (z.B. AFM-Kontaktmessung und LDV). Daher der Nachweis, dass diese Geräte durch den indirekten piezoelektrischen Effekt aktiviert werden können.

Der Fortschritt der Materialsynthese und Gerätefertigung (siehe Abbildung 1) wurde schematisch dargestellt, indem verschiedene Schritte mit realen Bildern überwacht wurden. Nach den Mikroherstellungsprozessen beobachteten wir den Aspekt der nanostrukturierten Ausleger anhand der Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FEG-SEM)(Abbildung 2a-c). 2D Micro Röntgenbeugung kontrollierte die Kristallinität der verschiedenen Stapelschichten des Ausle...

Diese Arbeit präsentiert ein detailliertes Protokoll für die Mikrofertigung von nanostrukturierten α-Quarz-Ausleger auf einem Silizium-On-Insulator(SOI)-Technologiesubstrat ausgehend vom epitaxialen Wachstum von Quarzfolien mit dem Tauchbeschichtungsverfahren und dann der Nanostrukturierung des Dünnfilms mittels Nanoimprint-Lithographie.

Epitaxial Nanostructured α-Quartz-Folien auf Silizium: Vom Material zu neuen Geräten

In this work, we show a detailed engineering route of the first piezoelectric nanostructured epitaxial quartz-based microcantilever. We will explain all ...

Heutzutage sind quarzbasierte Sensoren durch den Miniaturisierungsprozess und die monolithische Integration dieses Materials auf Silizium begrenzt. Diese Engpässe werden nun mit der ersten chemischen Integration der epitaktischen Anforderungen in Form von hochwertigen Mikrocantilever überwunden. Aus technologischer Sicht öffnen diese neuartigen Quarzbauelemente die Tür zur Entwicklung eines kostengünstigen aktiven mikroelektromechanischen Systems aus bleifreien piezoelektrischen Oxidmaterialien, das hohe Kräfte und Massenempfindlichkeit bei gleichzeitiger Beibehaltung seines Qualitätsfaktors bietet.Beginnen Sie damit, einen Teil des Härters mit 10 Teilen Elastomer in einem Becherglas auf der Waage zu mischen. Rühren Sie diese Mischung mit einem Glasstäbchen um, bis eine homogene Verteilung der Luftblasen erreicht ist, füllen Sie dann den Master mit PDMS und entfernen Sie die Blasen in einer Vakuumkammer. Geben Sie das PDMS und den Silizium-Master für zwei Stunden bei 70 Grad Celsius in einen Ofen.Replizieren Sie den Silizium-Master mit der PDMS-Lösung, wie im Manuskript beschrieben. Bereiten Sie zwei x sechs Zentimeter große Substrate vor, indem Sie einen zwei Zoll großen P-Typ-SOI

epitaxial-nanostructured-quartz-films-on-silicon-from-material-to-new

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Polykristalline Silizium-Dünnschicht-Solarzellen auf Glas werden durch Ablagerung von Bor und Phosphor dotierten Silizium-Schichten durch Kristallisation, Defekt Passivierung und Metallisierung gefolgt hergestellt. Plasmonische Licht-Trapping wird durch Bildung Ag-Nanopartikel auf dem Silizium-Zelloberfläche mit einer diffusen Reflektor was zu ~ 45% Fotostrom Enhancement begrenzt eingeführt.

Polykristalline Silizium-Dünnschicht-Solarzellen mit Plasmonische-enhanced Light-Trapping

Verschiedene Verfahren werden beschrieben, um atomar definierten Vorlagen Epitaxieausrüstung komplexer Oxiddünnschichten vorzubereiten. Chemische Behandlungen von einkristallinen SrTiO 3 (001) und DyScO 3 (110) Substrate wurden durchgeführt, um atomar glatte, Einzelterminierten Oberflächen zu erhalten. Ca 2 Nb 3 O 10 - Nanoschichten wurden verwendet, um atomar definierten Vorlagen auf beliebigen Substraten zu schaffen.

Atomar definierte Vorlagen Epitaxieausrüstung komplexer Oxide Thin Films

Die Skalierbarkeit und Auflösung herkömmlicher optischer Manipulationstechniken sind durch Beugung begrenzt. Wir umgehen die Beugungsgrenze und beschreiben eine Methode zum optischen Transport von Nanopartikeln über einen Chip unter Verwendung einer Goldoberfläche, die mit einem Pfad aus eng beieinander liegenden C-förmigen plasmonischen Resonatoren strukturiert ist.

Herstellung und Betrieb eines Nano-Optical Fließband

Der Herstellungsprozess und experimentelle Charakterisierungstechniken, die für Einzelelektronenpumpen auf Basis von Silizium-Metalloxid-Halbleiter-Quantenpunkten relevant sind, werden diskutiert.

Silicium-Metall-Oxid-Halbleiter-Quantenpunkte für Einzelelektronen Pumping

Wir berichten über ein Protokoll zur Kombination der atomaren Messtechnik des Rastertunnelmikroskops für die Oberflächenstrukturierung mit der selektiven Atomlagenabscheidung und dem reaktiven Ionenätzen. In einem robusten Prozess, der zahlreiche atmosphärische Expositionen und Transporte umfasst, werden 3D-Nanostrukturen mit atomarer Messtechnik hergestellt.

Atomar Traceable Nanostrukturen

Es wird ein Protokoll für die Herstellung von piezoelektrischen makroporösen Epitaxieschichten aus Quarz auf Silizium durch Lösungschemie unter Verwendung von Tauchbeschichtung und thermischen Behandlungen an der Luft vorgestellt.

Herstellung von makroporösen Epitaxial-Quarz-Films auf Silizium durch Chemical Solution Deposition

Diese Arbeit beschreibt die Verfahren für das Wachstum und die Charakterisierung von kristallinen SrTiO 3 direkt auf Germaniumsubstrate durch Atomlagenabscheidung. Das Verfahren veranschaulicht die Fähigkeit eines all-chemischen Wachstumsverfahren zu Oxiden monolithisch auf Halbleitern für die Metalloxid-Halbleitervorrichtungen integriert werden.

Epitaxie Perowskit Strontiumtitanat auf Germanium über Atomic Layer Deposition

Die Isolierung von elektrischen und thermischen Effekten auf die elektrisch unterstützte Deformation (EAD) ist mit makroskopischen Proben sehr schwierig. Metallische Proben-Mikro- und Nanostrukturen zusammen mit einem kundenspezifischen Testverfahren wurden entwickelt, um die Auswirkungen des angewandten Stroms auf die Bildung ohne Joule-Erwärmung und Evolution von Versetzungen auf diesen Proben zu bewerten.

Eine neuartige Methode für<em&gt; In Situ</em&gt; Elektromechanische Charakterisierung von nanoskaligen Proben

Ein Protokoll für graphengestütztes Wachstum hochwertiger AlN-Folien auf nanogemusterten Saphirsubstraten wird vorgestellt.

Graphen-Assisted Quasi-van der Waals Epitaxy von AlN Film auf Nano-PatternEd Sapphire Substrat für ultraviolette Leuchtdioden

Dieser Artikel zeichnet den Lebenszyklus eines Siliziumnitrid-Membranresonators nach, vom Design über die Herstellung bis hin zur Charakterisierung.

Herstellung und Charakterisierung von Siliziumnitrid-Membranresonatoren mit hoher Güte

Das zweithermische Glühverfahren ermöglicht die Herstellung dünner Schichten aus Halbleiter-Silizium-Clathrat vom Typ II. Nachbehandlungen, einschließlich thermischem Pressen und reaktivem Ionenätzen, wurden durchgeführt, um die Materialeigenschaften zu verbessern. Dieser Ansatz bietet einen zugänglichen Weg für die Herstellung von abstimmbaren Clathratfolien, die für elektronische und photonische Bauelemente der nächsten Generation geeignet sind.

Herstellung und Optimierung von Typ II Silizium-Clathrat-Schichten

Erfahren Sie die Mikrofabrikation nanostrukturierter α-Quarz-Mikrokanilevers auf Silizium-On-Isolator-Substraten mittels Dip-Beschichtung und Nanoimprint-Lithografie. Diese Methode ermöglicht die kostengünstige Integration piezoelektrischer Sensoren.

Epitaxial Nanostructured α-Quartz-Folien auf Silizium: Vom Material zu neuen Geräten

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