Herstellung eines mikrostrukturierten Chips mit kontrollierter Dicke für die kryogene Elektronenmikroskopie mit hohem Durchsatz

Dieses Protokoll ist wichtig, um die Dicke der Bildgröße auf der Nanoskala zu regulieren, um Proteine und Nanomaterialien unterschiedlicher Größe erfolgreich mit Kryo-EM zu beobachten. Die Herstellungstechnik des Mem ermöglicht die Massenproduktion des Mikrochips. Es ermöglicht auch die Auswahl von Tiefen und Designs der Mikromusterbrunnen. Abhängig von den experimentellen Zwecken.

Die Technik kann dazu beitragen, die Effizienz der Hochdurchsatz-3D-Strukturanalyse von Biomolekülen zu verbessern, die für die kommerzielle Wirkstoffforschung verwendet wird, und dann können dünne Wafer und Mikrochips mit risikobehafteten Silizium-Nitromembranen schwierig sein. Es ist wichtig, den Wafer nicht zu biegen oder Kräfte senkrecht zum Siliziumnitratfenster aufzubringen. Beginnen Sie mit dem Mustern des Fotolacks oder PR, indem Sie einen Siliziumnitrid-abgeschiedenen Siliziumwafer mit Hexamethyldisilazan-Lösung abdecken und dann den Wafer bei 3000 U / min für 30 Sekunden auf einem Spin-Coder beschichten.

Backen Sie den beschichteten Wafer bei 95 Grad Celsius für 30 Sekunden auf einer Heizplatte, um die Wasseroberfläche hydrophob zu machen und mit dem PR eine gute Beschichtungsleistung zu gewährleisten. Als nächstes beschichten Sie den Wafer mit einem positiven PR und backen Sie ihn 90 Sekunden lang bei 100 Grad Celsius. Ein spinbeschichteter PR hat eine Dicke von 500 Nanometern. Setzen Sie den PR-beschichteten Wafer fünf Sekunden lang ultraviolettem Licht durch eine Chrommaske mit einem Aligner aus.

Entwickeln Sie die PR eine Minute lang mit einem Entwickler und spülen Sie sie zweimal aus, indem Sie den Wafer in entionisiertes Wasser tauchen. Trocknen Sie dann den PR-strukturierten Wafer, indem Sie Stickstoffgas auf die Wasseroberfläche blasen. Dem Muster der PR folgend. Verwenden Sie einen im Labor gebauten reaktiven Ionenätzer mit einer Hochfrequenzleistung von 50 Watt und mit Schwefelhexafluoridgas mit drei Standardkubikzentimetern pro Minute.

Um das belichtete Siliziumnitrid mit einer Rate von sechs Angström pro Sekunde zu ätzen. Beseitigen Sie die PR, indem Sie den Siliziumnitrid-gemusterten Wafer 30 Minuten lang bei Raumtemperatur in Aceton tauchen. Anschließend wird der Wafer zweimal in entionisiertem Wasser gespült und der Wafer mit Stickstoffgas getrocknet.

Um das belichtete si zu ätzen, tauchen Sie den Siliziumnitrid-strukturierten Wafer in frisch zubereitete Kaliumhydroxidlösung. Unter ständigem Rühren können an der gegenüberliegenden Seite des strukturierten Wafers die freistehenden Siliziumnitridfenster beobachtet werden. Reinigen Sie den geätzten Wafer, indem Sie ihn mehrmals in ein entionisiertes Wasserbad tauchen.

Anschließend trocknen Sie den Wafer an der Luft. Um die Ätzrückstände zu entfernen, drücken Sie leicht mit einer Pinzette auf die Grenzen der Chipanordnung und erhalten Sie eine Anordnung von Chips, die mikrostrukturiert werden sollen. Dann tauchen Sie das Chip-Array für 30 Sekunden in frisch zubereitete Kaliumhydroxidlösung, dann spülen Sie es zweimal, blasen Sie die Chips mit Stickstoffgas und trocknen Sie sie eine Stunde lang an der Luft.

Für die feste Unterstützung bereiten Sie einen leeren 525-Mikrometer-Siliziumwafer mit der Spin-Beschichtung vor, wie zuvor gezeigt. Vor dem Backen des Wafers an den Chipperstrahl auf dem Siliziumwafer angeschlossen und befolgen Sie das zuvor beschriebene Verfahren, um den Mikromuster-Siliziumwafer zu erhalten. Beseitigen Sie die PR, indem Sie den Musterchipsatz über Nacht in eine reine Methyl-Zwei-Litanol-Lösung bei 60 Grad Celsius tauchen.

Am nächsten Tag spülen Sie den Chipsatz zweimal mit entionisiertem Wasser ab. Nach dem Trocknen des Musterchipsatzes mit Stickstoff werden die PR-Rückstände mit einem Sauerstoffplasmaprozess unter Verwendung von 100 Normkubikzentimetern Sauerstoffgas pro Minute bei einer Hochfrequenzleistung von 150 Watt für eine Minute mit dem reaktiven Ionenätzer eliminiert. Später tauchen Sie die mikrostrukturierten Chips für 30 Sekunden in Kaliumhydroxidlösung, um die PR-Rückstände vollständig zu entfernen.

Anschließend spülen und trocknen Sie den Chipsatz vollständig ab. Verdünnen Sie zwei Milligramm pro Milliliter Graphenoxid oder Lösung 10 Falten mit entionisiertem Wasser und beschallen Sie die verdünnte Lösung für 10 Minuten, um die Aggregate der Blätter aufzubrechen. Dann zentrifugieren Sie auf die verdünnte Lösung bei 300 mal G für 30 Sekunden bei Raumtemperatur.

Verwenden Sie einen Glimmentlader mit 15 Millionen Ampere, um die mit Silizium geätzte Seite des Mikromusterchips eine Minute lang zu entladen und die Oberfläche des Chips mit einer positiven Ladung zu rendern. Wenn Sie fertig sind, lassen Sie drei Mikroliter der Lösung auf die Glimmentladungsseite des Mikromusterchips fallen. Nach einer Minute die überschüssige Lösung auf dem Chip mit Filterpapier abtupfen.

Waschen Sie den übertragenen Chip mit entionisierten Wassertröpfchen auf einer Paraffinfolie und tupfen Sie den Überschuss mit Filterpapier ab. Wiederholen Sie den Fallwurfvorgang zweimal auf der übertragenen Seite und einmal auf der gegenüberliegenden Seite. Trocknen Sie den übertragenen Chip über Nacht bei Raumtemperatur.

Während des Fotolithographieverfahrens wurden die Designs der Mikromusterchips mit verschiedenen Designs der Chrommaske manipuliert. Die Anzahl und die Abmessungen der freistehenden Siliziumnitridmembranen wurden kontrolliert. Es wurde beobachtet, dass die hergestellten mikrostrukturierten Chips bis zu 25.000 aufgehängte Löcher aufweisen konnten.

Das Ramen-Spektrum am Fenster zeigte die repräsentativen Spitzen der Zusätzlich zeigten die mehrfach orientierten hexagonalen Brechungsmuster, dass die Fenster aus der Mehrschicht bestanden. Die Struktur und Tiefe des Mikrolochs mit Fenstern wurde mit Rasterelektronenmikroskopie und Rasterkraftmikroskopie untersucht. In den Bildern wurde eine Well-Struktur des Mikrolochs mit dem Fenster beobachtet, die die Möglichkeit des Designs des Mikromusterchips mit Fenstern bestätigt. Mit Hilfe des mikrostrukturierten Chips wurden einige biologische Proben und anorganische Nanopartikel mit dem Kryo-Elektronenmikroskop abgebildet.

Die Optimierung der Bedingungen wie reine Schichtdicke durch Intensität und Entwicklungszeit für die Mikrostrukturierung in Abhängigkeit von der Größe und dem Design der Muster ist wichtig. Durch die Anwendung von Nanomustertechniken wie FIB oder sogar Lithographen können einige Mikrometermuster erzeugt werden, die die Anwendungen dieses Mikrogeräts erweitern können, wo es mit anderen analytischen Techniken verwendet wird.