Fabricación De Cavidades Uniformes A Nanoescala A Través De La Unión Directa De Obleas De Silicio

Stephen R. D. Thomson; Justin K. Perron; Mark O. Kimball; Sarabjit Mehta; Francis M. Gasparini

doi:10.3791/51179

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Artículo de método

Fabricación De Cavidades Uniformes A Nanoescala A Través De La Unión Directa De Obleas De Silicio

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DOI:

10.3791/51179

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9 de enero de 2014

Stephen R. D. Thomson¹ , Justin K. Perron²^,³ , Mark O. Kimball⁴ , Sarabjit Mehta⁵ , Francis M. Gasparini¹

¹Department of Physics, The State University of New York at Buffalo, ²Joint Quantum Institute, University of Maryland, ³The National Institute of Standards and Technology, ⁴Cryogenics and Fluids Branch, NASA Goddard Space Flight Center, ⁵HRL Laboratories

En este artículo

Resumen

Se describe un método para unir permanentemente dos obleas de silicio con el fin de realizar un recinto uniforme. Esto incluye la preparación de obleas, la limpieza, la unión RT y los procesos de recocido. Las obleas (células) enlazadas resultantes tienen uniformidad de recinto ~1%^1,2. La geometría resultante permite mediciones de líquidos y gases confinados.

Resumen

Las mediciones de la capacidad calorífica y la fracción superfluida de ^{confinados 4}se han realizado cerca de la transición lambda utilizando obleas de silicio litographically modeladas y unidas. A diferencia de los confinamientos en materiales porosos a menudo utilizados para este tipo de experimentos^3,las obleas unidas proporcionan espacios uniformes prediseñados para el confinamiento. La geometría de cada celda es bien conocida, lo que elimina una gran fuente de ambigüedad en la interpretación de los datos.

Excepcionalmente planas, de 5 cm de diámetro, 375 μm de espesor, las obleas de Si con aproximadamente 1 μm de variación sobre toda la oblea se pueden obtener comercialmente (de Semiconductor Processing Company, por ejemplo). El óxido térmico se cultiva en las obleas para definir la dimensión de confinamiento en la dirección z. A continuación, se graba un patrón en el óxido utilizando técnicas litográficas para crear un recinto deseado tras la unión. Se perfora un agujero en una de las obleas (la parte superior) para permitir la introducción del líquido a medir. Las obleas se limpian² en soluciones RCA y luego se ponen en una cámara microlimpie donde se enjuaguen con agua desionizada^4. Las obleas se unen en RT y luego se recocido a ~ 1,100 ° C. Esto forma un vínculo fuerte y permanente. Este proceso se puede utilizar para hacer recintos uniformes para medir las propiedades térmicas e hidrodinámicas de líquidos confinados desde el nanómetro hasta la escala de micrómetros.

Introducción

Cuando las obleas de silicio limpias entran en contacto íntimo en RT, se sienten atraídas entre sí a través de las fuerzas de van der Waals y forman enlaces locales débiles. Esta unión se puede hacer mucho más fuerte mediante el recocido a temperaturas más altas^5,6. La unión se puede hacer con éxito con superficies de SiO₂ a Si o SiO₂a SiO_2. La unión de obleas de Si se utiliza más comúnmente para el silicio en dispositivos aislantes, sensores y actuadores basados en silicio y dispositivos ópticos⁷. El trabajo descrito aquí toma la unión directa de obleas en una dirección diferente al usarla para lograr recintos b....