Summary
Описан метод постоянного склеивания двух кремниевых пластин, чтобы реализовать единый корпус. Это включает в себя подготовку пластины, очистка, RT связи, и annealing процессов. Полученные кабальные (клетки) имеют однородность корпуса 1%1,2. Полученная геометрия позволяет измерять ограниченные жидкости и газы.
Abstract
Измерения теплоемкости и сверхтекучей фракции ограниченного 4Он был выполнен вблизи перехода ламбды с использованием литографически узорчатых и кабально соединенных кремниевых пластин. В отличие от заточений в пористых материалах, частоиспользуемых для этих типов экспериментов 3,кабенные обеспечивают заранее разработанные единые пространства для заключения. Геометрия каждой ячейки хорошо известна, что устраняет большой источник двусмысленности в интерпретации данных.
Исключительно плоские, диаметром 5 см, толщиной 375 мкм вафель Si с вариацией около 1 мкм по всей пластине можно получить на коммерческой основе (например, от компании по переработке полупроводников). Тепловой оксид выращивается на вафлях для определения измерения затякония в z-направлении. Шаблон затем травления в оксиде с использованием литографических методов, с тем чтобы создать желаемый корпус при склеивании. Отверстие просверлено в одной из пластин (вверху), чтобы обеспечить введение жидкости для измерений. очищаются2 в растворах RCA, а затем положить в микрочистую камеру, где они промыть деионизированной водой4. связаны на RT, а затем annealed на 1100 фунтов стерлингов. Это формирует сильную и постоянную связь. Этот процесс может быть использован для создания однородных корпусов для измерения тепловых и гидродинамических свойств ограниченных жидкостей от нанометров до микрометровой шкалы.
Introduction
Когда чистые кремниевые пластины втягиваются в интимный контакт на RT, они притягиваются друг к другу с помощью сил ван дер Ваальса и образуют слабые местные связи. Эта связь может быть сделано гораздо сильнее, annealing при более высокихтемпературах 5,6. Связь может быть сделано успешно с поверхностями либо SiO2 к Si или SiO2 к SiO2. Склеивание пластин Si чаще всего используется для кремния на изоляторных устройствах, кремниевых датчиках и приводах, а также оптических устройствах7. Работа, описанная здесь принимает прямой связи в другом направлении, используя его для достижения четко определенных равномерно-пространствены корпуса по всейобласти 8,9. Наличие четко определенной геометрии, в которой может быть введена жидкость, позволяет проводить измерения для определения влияния заключения на свойства жидкости. Гидродинамические потоки можно изучать там, где небольшое измерение можно контролировать от десятков нанометров до нескольких микрометров.
SiO2 можно выращивать на вафельах Si с помощью влажного или сухого теплового процесса оксида в печи. SiO2 может быть узорчатый и травления по желанию с помощью литографических методов. Шаблоны, которые были использованы в нашей работе включают в себя шаблон широко разменьшел поддержки должностей, которые приводит к склеиванию в планаре или геометрии пленки (см. рисунок 1). У нас также есть узорчатые каналы для одномерных характеристик и массивы коробок, либо из (1мкм) 3 или (2 мкм)3 измерения 1 (см. Рисунок 2). При проектировании заключения с коробками, как правило, 10-60 миллионов на пластине, должен быть способ заполнить все отдельные коробки. Отдельная узор верхней пластины с дизайном, который стоит от двух пластин на 30 нм или более позволяет это. Или, соответственно, неглубокие каналы могут быть разработаны на верхней пластины так, что все коробки связаны между собой. Толщина оксида, выращенного на верхней пластине, отличается от толщины на нижней пластине. Это добавляет еще одну степень гибкости и сложности в дизайн. Возможность узора обеих пластин позволяет реализовать более широкий спектр геометрий затячения.
Размер геометрических объектов в этих кабальные, или клетки, может варьироваться. Клетки с планарных пленок всего 30 нм были успешно сделаны10,11. При толщинах ниже этого, overbonding может иметь место в соответствии с вафлями согнуть вокруг опоры должностей таким образом "запечатывание" ячейки. Недавно, серия измерений на жидкости 4Он был выполнен с массивом (2мкм) 3 коробки с различным расстоянием разделениямежду ними 10,12. Особенности гораздо больше в глубину, чем 2 мкм не очень практично из-за увеличения времени, необходимого для выращивания оксида. Тем не менее, измерения были сделаны с оксидом толщиной до 3,9мкм 9. Ограничения на малость бокового измерения возникают из пределов возможностей литографии. Предельность большости бокового измерения определяется размером пластины. Мы успешно создали планарные клетки, где боковое измерение охватывало почти весь диаметр пластины, но так же легко можно было представить себе узор нескольких меньших структур на порядка десятков нанометров в ширину. Однако такие структуры потребуют электронной лучевой литографии. На данный момент мы этого не сделали.
Во всей нашей работе кабеные образовали вакуумный плотный корпус. Это достигается за счет удержания в узорчатом оксиде твердого кольца SiO2 шириной 3-4 мм по периметру пластины, см. Рисунок 1. Это, при склеивании, образует плотную печать. Эту конструкцию можно было бы легко модифицировать, если бы ее интересовали гидродинамические исследования, требующие ввода и вывода.
Также было протестировано лопнухае давление кабенных клеток. Мы обнаружили, что при 375 мкм толщиной, давление примерно до девяти атмосфер может быть применено. Тем не менее, мы не изучали, как это может быть улучшено путем связи над более крупными областями оксида или, возможно, для более толстых пластин.
Процедура интерфекции кремниевых клеток в линию заполнения и методы измерения свойств ограниченного гелия при низкой температуре дается в Мехта и др. 2 и Гаспарини и др. 13 Мы отмечаем, что изменения в линейном измерении кремния только 0,02% при охлаждении клеток14. Это незначительно для моделей, сформированных на RT.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Перед склеиванием, подготовка к вафлям
Этот шаг, за исключением 1,8 делается в Корнелл Nanoscale фонда чистой комнате.
- Выращивайте оксиды в стандартной тепловой печи окисления, используя влажный процесс оксида для толстых оксидов и, для достижения лучшего контроля толщины, процесс сухого оксида для очень тонких оксидов. Проверьте толщину для единообразия в течение полной пластины с ellipsometry.
- Создайте маску для геометрии, которую вы хотите вытравить.
- Спин фоторезистер на травления.
- Разоблачить, разработать и испечь тестовую пластину и изучить с соответствующим микроскопом.
- Если тестовая пластина подвергается воздействию по желанию, вытравлив тестовую пластину. Соотношение толщины оксида к боковому измерению функции будет определять, является ли влажный или сухой etch целесообразным. Так как влажные этичи являются изотропные они не будут производить вертикальные стенки в оксиде. Во многих случаях это не имеет значения. При желании вертикальных стен можно использовать реакционные ионные офорты. Если офорт удачен, протейте с другими вафлями. Часто гидрофобные/гидрофильные свойства Si и SiO2 могут быть использованы для проверки успешности процесса травления.
- Удалите фоторезистер с. Для большинства фоторезионистов, это может быть сделано на начальном этапе с изопропиловым спиртом и ацетоном. Тем не менее, небольшое количество сопротивления все равно останется на вафлях. Это сопротивление должно быть полностью удалено для того, чтобы достичь хорошей связи.
- Используйте краткий 20 мин кислорода descumming процесс реактивного иона etcher. Это позволит удалить все фоторезистер остается на вафлях. Тем не менее, это также добавит некоторые слои оксида к подвергаются кремния. Это, как правило, 1-4 нм15.
- Просверлите отверстие в верхней пластине. Это может быть сделано с алмазом наконечником буровых битов и смарт-огранки смазки (см. Материалы для производителя детали). Промыть смарт-разрез сразу после бурения с деионизированной водой. Бурение также может быть сделано с использованием алмазной пасты с 3-9 мкм песка для заполнения отверстий больше, чем 0,124 см в диаметре. Смарт-разрез снова можно использовать для смазки. Мы используем небольшой высокоточный буровой пресс при 1000-2000 об/мин.
2. Подготовка к склеиванию
- Для того, чтобы склеить, чистота имеет первостепенное значение. Есть несколько шагов, которые должны быть приняты для очистки пластин. Во-первых, чистый с RCA ванны.
- Промыть в деионизированной (DI) воде.
- Чистота в кислотной ванне "RCA". RCA кислотная ванна H2O:H2O2:HCl с соотношением 5:1:1. Поместите в кислоту RCA 80 градусов по Цельсию в течение 15 минут с узорчатой стороны вверх. Этот шаг позволит устранить любое металлическое загрязнение.
- Удалить из кислоты и промыть в водяной бане DI в течение 5 мин.
- Чистота в "RCA" базы дальше. База RCA H2O:H2O2:NH4OH с соотношением 10:2:1. Поместите в 80 C RCA базы в течение 15 минут с узорчатой стороны вверх. Этот шаг позволит устранить любое органическое загрязнение.
- Промыть в водяной бане DI в течение 15 мин.
- должны быть удалены из ванны для воды DI и оставаться чистыми для того, чтобы надлежащее склеивание происходит. Это делается в два этапа:
- Во-первых, поместите с их узорчатыми травления сторон друг с другом на тефлоновый патрон в чистой микрокамебе, как показано на рисунке 3B. Они разделены вкладками тефлона диаметром 1 мм. Спрей деионизированной воды между вафлями, пока они вращаются медленно (10-60 об / мин) в течение 2 мин, с тем чтобы удалить любые частицы загрязнения. Пленка воды будет оставлена между вафлями в этой точке. Это предотвращает загрязнение пыли до следующего шага.
- Обложка с ясной акриловой крышкой и спина сухой в течение 30 мин при 3000 об / мин. Используйте инфракрасную тепловую лампу 250 Вт, чтобы помочь процессу сушки. Быстрое вращение будет укутать любые частицы загрязняющих веществ с выбросом водяной пленки, как на рисунке 3C.
- Перед удалением крышки над вафлями, удалите вкладки, разделяющие, вращая крышку. Это принесет в свет местного контакта в то же время в микрочистой камере. Теперь могут быть безопасно удалены из микрочистой камеры на их носителе. Очень небольшой разрыв примерно в 1 мкм между вафлями сведет к минимуму загрязнение пыли во время этого шага. Кроме того, не подбирайте с пинцетом на данный момент, так как это будет инициировать асимметричные связи. Вместо этого, транспорт с использованием съемного перевозчика на беседку прессы.
3. Вафельные связи
- Нажмите две вместе с помощью пресса беседки и довольно жесткий и гладкий (Nerf) мяч. Мяч Nerf используется для оказания давления на из середины наружу. Давление, применяемое таким образом, позволяет выталкивать захваченный воздух по мере того, как волна связи распространяется из центра. Начало склеивания в центре сводит к минимуму стрессы, которые строятся как контур пластин друг к другу. имеют свободное состояние плоскости около 1 мкм, в то время как пробелы, достигнутые в склеивании являются однородными в течение нескольких нм. Таким образом, для этого должны искажать свое свободное государство.
- Проверьте связь, ищя помехи бахромой с помощью инфракрасного источника света и детектора с 1 мкм высокий проход фильтра. Образец изображения показаны на рисунках 4 и 5. Интерференционные бахромы (кольца Ньютона) появятся при плохой связи. Если связь хороша, можно перейти к шагу 3.3. Если связь плоха и есть нетоформности, продолжайте следующим образом.
- Поместите ячейку на оптическую квартиру, накройте фильтровальной бумагой, чтобы защитить и смягчить верхнюю пластину, и нажмите вместе с вафельными щипцами. Нажмите debonded "пузыри" либо в середине (где есть заполнение отверстие) или по краям. Будьте осторожны при применении силы вблизи краев, так как могут быть слегка смещены от центра к центру. Давление вблизи краев, следовательно, может привести к верхней пластины трещины, если он нависает нижней пластины.
- Если склеивание неровностям сохраняется или частица пыли очевидна, разделить, засовывая лезвие бритвы между ними. Повторите процесс с самого начала (шаг 2.1.1). До этого момента связь обратима. могут быть rebonded на RT много раз, пытаясь получить приемлемые связи.
- После получения приемлемого RT связи, один переходит к anneal. Температура выше 900 градусов по Цельсию должна быть достигнута для того, чтобы быть уверенным в надлежащем annealing5,6.
- Этап ячейки на кварцевый вакуумный патрон так, что заполнение отверстие по центру над насосной дыры в патроне. Чак подключен к кварцевой насосной трубке, которая используется для эвакуации клетки до и во время процесса annealing. Эта трубка простирается за пределами печи. Эвакуация клетки приводит к давлению одной атмосферы, которая будет применяться к клетке. Это поможет с склеиванием. Накачка также необходима для предотвращения повышения давления, если температура печи повышается слишком быстро. Время, необходимое для значительного снижения давления в клетке, будет зависеть от геометрии внутри ячейки.
- Чтобы избежать роста оксида на внешней стороне клетки, очистить камеру печи с нереактным газом, как правило, 4Он, так что не оксид выращивается.
- Чтобы деформации могли расслабиться, важно нарастить температуру от 250 до 1200 градусов по Цельсию в течение 4 часов. После пребывания в 1200 градусов по Цельсию, по крайней мере 4 часа, выключите печь.
- Дайте системе остыть до RT.
- Проанализируйте ячейку еще раз с помощью инфракрасного источника света и детектора, как показано на рисунке 6. Если annealing пошел наилучшим образом, то клетка посмотрит как хорошо как, или часто более лучше чем, когда первоначально поставить в печь. Если существуют неприемлемые грани, указывающие на плохую связь, весь процесс должен повторяться с самого начала; однако это должно быть сделано с помощью новых пластин. После annealed, связь между вафлями является постоянным и нет разделения возможно.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Правильно кабаные не будут иметь неохвоных регионов. Попытка разделить после annealing приведет к клетке разорвать на куски из-за прочности связи. Инфракрасные изображения правильно кабеных пластин показаны на рисунках 5 и 6. Часто аннеалирование улучшает однородность клетки, особенно если местные необбинные области из-за отсутствия плоскости в вафлях. На рисунке 5 светлые пятна и границы являются кабными зонами. Центральным ярким пятном является отверстие для заполнения ячейки. В темных областях пластины находятся на 0,321 мкм разделения. Единственный неохвевербленый регион на рисунке 5 находится недалеко от границы в верхней левой части изображения. Так как он расположен за пределами границы оксида, и, таким образом, не может быть заполнен жидкостью, это не повлияет на использование этой клетки.
Есть несколько симптомов плохой связи, которые могут проявляться, однако наиболее распространенным является наличие захваченных частиц между вафлями. Это приведет к локализованному отсутствию связи происходит и видна через появление помех Ньютон кольца в инфракрасном изображении, как на рисунке 4A. Эта клетка имеет широкое кольцо оксида снаружи, и в этом регионе мы можем видеть несколько небольших колец, указывающих на незамеянный регион. Также возле центра, где образуется квадратный узор каналов (не видимых), есть узор из нескольких ньютоновых колец. Эти клетки не подходят для использования. На рисунке 4B мы попытались закрыть необубердный регион, применяя давление на местном уровне. Это отчасти эффективно, и Есть меньше колец, но все еще остаются небольшие неоднородности. Затем эти были разделены, и процесс склеивания был возобновлен.
Другим возможным сценарием плохой связи является перенаполнение. Это происходит, когда Есть не хватает поддержки должностей между вафлями для поддержания равномерного разделения, или должности не достаточно велики, в результате чего клетка к краху,16т.е. связь непосредственно кремния к кремнию. Боуинг пластин происходит между столбами до точки, где больше нет никакого разрыва между вафлями. Это не легко наблюдать с помощью инфракрасной визуализации и, как правило, только обнаружили, когда клетка не может быть заполнена. Overbonding является серьезной проблемой в основном при работе с очень небольшими пробелами (десятки нанометров), где ван дер Ваальс силы являются наибольшими.
Третья потенциальная проблема с склеиванием пластин является то, что иногда, независимо от того, насколько чистый, просто не достаточно плоским, чтобы связь. Хотя редко, из-за исключительно плоские используются, иногда бедные связи между вафлями будет сохраняться. Процесс склеивания включает в себя две, преодолевающие их плоскость свободного состояния и контурные друг к другу при равномерном разделении. Это требует существенного напряжения на обеих пластинах и может привести к отсутствию связи из-за избыточного стресса. Чем толще вафля, тем сложнее связь, так как теряют гибкость6. Когда постоянное отсутствие связи происходит, следует использовать новую пластину и попытка связи снова. Если связь снова бедна в тех же общих местах пластины, повторно использованная пластина не является достаточно плоской для склеивания и должна быть заменена.
Для достижения однородных клеточных структур изучаются в RT как до, так и после склеивания. Перед склеиванием толщина оксида, выращенного на кремнии перед узором, измеряется с помощью эллипсометрии. После узорирования для подтверждения размеров можно использовать атомный силовой микроскоп. Более сложные или меньшие модели требуют использования электронного микроскопа для анализа шаблона. После склеивания пластин при желаемом разделении интерферометрия Фабри-Перо может быть использована для определения локального разделения кабаной структуры. С несколькими измерениями вдоль лица кабеных пластин, разделение между ними может быть отображено, как показано на рисунке 7. Метод Фабри-Перо использует интерференции передаваемого света, как это умножается отражается на параллельных поверхностях в клетке. Однако, это может быть использовано только в том случае, если расстояние больше половины длины волны поглощения отсечения для Si. Таким образом, нижний предел для проверки связи с интерферометрией Фабри-Перо составляет около 0,57мкм 9. Эти методы, в сочетании с инфракрасной визуализацией клетки, подтверждают однородность клеточной структуры.
Рисунок 1. Схематический рисунок двух пластин, готовых быть склеено вместе (верхний). Синий цвет представляет Si, в то время как красный представляет SiO2. Левая пластина была узорчатой литографически с вспомогательными столбами. Правильная пластина не была узорчатой в этом примере, хотя часто она будет узорной. Объединение двух пластин, как указано, создает планарную геометрию равномерного разделения, прерываемую вспомогательными столбами. связаны друг с другом на RT (ниже). Эта связь слаба, и должны быть annealed укрепить связь. Нажмите здесь, чтобы просмотреть изображение большего размера.
Рисунок 2. Поперечный рисунок из двух узорчатых пластин, скрещенных вместе. Нижняя пластина имеет коробки, которые были выгравированы в оксиде с помощью литографии ионные пучки (это темно-фиолетовые квадраты). Верхняя пластина имеет поддержку должностей, показанных красными квадратами, которые держат верхний колеблющийся 33 нм над нижней пластиной. Эти функции не масштабировать в этом рисунке. Нажмите здесь, чтобы просмотреть изображение большего размера.
Рисунок 3. Схематическая диаграмма процесса полоскания и сушки RT в микрочистой камере. A) показывает две. B)были размещены на спиннере и разделены расстоянием около 1 мм тремя вкладками spacer. Струя деионизированной воды распыляется между вафлями, как они вращаются медленно. C) были покрыты и вращаются на 3000 об / мин, чтобы высушить их под инфракрасной тепловой лампы. После этого процесса разделительные вкладки перемещаются с дороги путем вращения крышки перед воздействием лабораторной среды. Нажмите здесь, чтобы просмотреть изображение большего размера.
Рисунок 4. A) Инфракрасные изображения ячейки после первоначального склеивания RT. Есть некоторые явно unbonded областях (световые кольца) в границе, которые не являются достаточно большими, чтобы скомпрометировать использование ячейки. Тем не менее, вблизи центра несколько колец указывают на то, что есть неохвобленная область, где разделение составляет 3 мкм. B) После попытки заставить связи в этом регионе, применяя давление локально, ясно, что есть частица, оказавшихся между вафлями вблизи центра вызывает отсутствие связи. Эти должны быть разделены и процесс перезапущен. Обратите внимание, что на протяжении всего изображения есть слабый волнистость видно наиболее четко вдоль кабеной темной широкой границы. Это связано с вариациями толщины кремниевых пластин себя, а не их разделение. Нажмите здесь, чтобы просмотреть изображение большего размера.
Рисунок 5. Крупным планом инфракрасное изображение части ячейки. Из-за толщины оксида, выращенного для этой клетки, 0,321 мкм, опоры сообщения можно четко увидеть на этом изображении, как регулярные световые пятна по всей клетке. Ярким пятном в центре является заполнение отверстия. Небольшое отсутствие связи можно увидеть по краям изображения на левой стороне. Нажмите здесь, чтобы просмотреть изображение большего размера.
Рисунок 6. Инфракрасное изображение клетки непосредственно перед (A) и после (B) annealing. Есть два места, где есть отсутствие связи, о чем свидетельствуют световые кольца. Аннеалирование привело к изменению местоположения и размера необбиндных районов. Квадратный скороговоркой, охватывающей большую часть является активной областью для экспериментального использования. Это абсолютно однородно. Темная область вокруг яркого отверстия центра, вероятно, химическая реакция из-за обратного потока от механического насоса. Нажмите здесь, чтобы просмотреть изображение большего размера.
Рисунок 7. Типичное единообразие интервала для хорошо кабально вафель. Этот участок был получен с использованием интерферометрии Фабри-Перо в серии измерений на площади 20 мм х 20 мм на кабеных пластинах. Ячейка была рассчитана на разделение на 0,989 мкм. Как измеряется, кабаные хорошо согласен с этим, чтобы лучше, чем один процент. Нажмите здесь, чтобы просмотреть изображение большего размера.
Рисунок 8. Поперечный рисунок пластин, узорчатых с геометрией кольцаКорбино 17. Два региона изолированы друг от друга кольцом. Тонкая пленка 30 нм будет сформирована поверх этого кольца узором на верхней пластине. Полученная геометрия будет иметь две относительно большие камеры, разделенные нанопленкой. Нажмите здесь, чтобы просмотреть изображение большего размера.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Разработка подходящей кремниевой литографии в сочетании с прямой вафельной связью позволила нам сделать вакуумные плотные корпуса с очень однородными небольшими размерами на всей площади кремниевой пластины диаметром 5 см. Эти корпуса позволили нам изучить поведение жидкости 4Он по соседству с его фазы переходов от нормальной жидкости к сверхтекучей. В этих исследованиях были проверены прогнозы масштабирования конечного размера, а также отмечены сбои, которые еще предстоит изучить. Работа также определила, в первый раз, очень сильное соединение, которое существует между двумя областями жидкости, когда разделены очень тонкой, 30 нм пленки. Исследования в этом направлении продолжаются с клетками, разработанными в геометрии Корбино, как показано на рисунке 8. Эта геометрия имеет две области, изолированные друг от друга кольцом и соединенные только пленкой толщиной 30 нм.
Наш метод клеточной конструкции ограничен, потому что толщина SiO2 намного больше 2 мкм трудно достичь. Это связано с долгим временем роста печи. В другом пределе, большие планарные структуры с разделением меньше, чем 30 нм трудно достичь, избегая при этом overbonding. Overbonding происходит, когда две наклоняются над опорой должностей и прикосновения. Один из способов избежать этого заключается в использовании более толстых пластин и / или пространство поддержки должности ближе друг к другу. Мы не исследовали все эти переменные в полной мере. Более толстые, в частности, может предотвратить overbonding, однако она также может быть слишком жесткой и не связь, чтобы дать равномерное разделение. Мы достигли разделения всего 10 нм в структуре, где исследования проводились в канале шириной от 2-20мкм 18. В этом пределе нужно беспокоиться о коротких вариациях диапазона на поверхности кремния, которые могут быть отображены с атомной микроскопом силы18.
Существуют и другие методы склеивания, которые могут быть рассмотрены. Электростатическое склеивание может быть использовано для связи стекла с кремнием. Этот процесс больше подходит для склеивания на небольшой площади, так как один инициирует связь с электродом на высоком напряжении и склеивания волны начинается везде, где поверхности ближе друг к другу. Таким образом, склеивание волны не симметрично над поверхностью пластин. Другая техника связи, с которой мы экспериментировали, имела аналогичную проблему. В наших предыдущих процедурах склеивания мы инициировали склеивание с помощью пинцета, чтобы забрать из микрочистой камеры. Это было неудовлетворительно. Таким образом, как описано, мы пошли на использование держателя и начало связи с помощью мяч прессы. Этот шаг также может быть улучшен, поскольку мы не исследовали параметры оптимальной жесткости мяча и расположения пресса.
В целом успешное склеивание кремния должно начинаться с исключительно плоских пластин. Наши указаны, чтобы быть плоским с 1 мкм над полным размером 5 см. Так как мы размыли две как можно ближе к 30 нм, можно увидеть, что должна быть существенная деформация пластин, как они согнуть для достижения этого разделения. Это говорит о том, что не могут быть слишком толстыми. Мы не исследовали различия в толщине вафель, так как мы были успешными с 375 мкм.
Небольшие полости также могут быть достигнуты с помощью процесса анодичной связи, используя стекло настекле 19 или стекло на кремнии20. Эти методы дали планарные полости в диапазоне от 30 нм до 11 мкм. Эти структуры имеют меньший поперечный сечение, чем клетки, которые мы делаем более чем на порядок величины, 0,2-0,7см 2 против 12см 2 для наших клеток. Они также могут быть сделаны без поддержки должностей, потому что гораздо толще стекла и кремния используются. Таким образом, в то время как их методы представляют собой еще один жизнеспособный способ достижения микро- к нанофлюидных камер, нам кажется, что прямые связи с возможностью узора обеих пластин является более переменной техники, которая позволила формирование двухмерных, одномерные и нулевой мерных структур. Клетки из Димова и др. 19 и Duh et al. 20 не подходит для наших собственных измерений.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Нам нечего раскрывать.
Acknowledgments
Эта работа финансировалась за счет грантов ФНС ПМР-0605716 и ПМР-1101189. Кроме того, Корнелл NanoScale научно-технический центр был использован для выращивания и структуры оксидов. Мы благодарим их за помощь. Один из нас FMG благодарен за поддержку Moti Лал Rustgi профессорства.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| SmartCut | North American Tool | FL 130 | Not much is needed per cell. Smaller sizes are available. |
| Silicon Wafers | Semiconductor Processing Co | There are many suppliers. Pay attention to thickness and thickness variation when ordering. | |
| Deionized Water | General Availability | ||
| Peroxide | General Availability | ||
| Hydrochloric Acid | General Availability | ||
| Ammonium Hydroxide | General Availability | ||
| Nitrogen Gas | General Availability | ||
| Helium Gas | General Availability | ||
| Diamond Paste | Beuler Metadi II | e.g. 406533032 | |
| Diamond Drills | Starlite | e.g. 115010 | |
| Pyrex Dishes | General Availability | ||
| Filter Paper | Whatman | 1001-110 | |
| Acetone | General Availability | ||
| Methanol | General Availability | ||
| Quartz tubes for flushing furnace | General Availability | ||
| Rubber vacuum hose | General Availability |
References
- Gasparini, F. M., Kimball, M. O., Mooney, K. P., Diaz-Avila, M. Finite-size scaling of He-4 at the superfluid transition. Rev. Mod. Phys. 80, 1009-1059 (2008).
- Mehta, S., Kimball, M. O., Gasparini, F. M. Superfluid transition of He-4 for two-dimensional crossover, heat capacity, and finite-size scaling. J. Low Temp. Phys. 114, 467-521 (1999).
- Reppy, J. D.
- Mehta, S., et al. Silicon wafers at sub-mu m separation for confined He-4 experiments. Czech. J. Phys. 46, 133-134 (1996).
- Tong, Q. Y., Cha, G. H., Gafiteanu, R., Gosele, U. Low-Temperature Wafer Direct Bonding. J. Microelectromech. S. 3, 29-35 (1994).
- Tong, Q. Y., Gosele, U. Semiconductor Wafer Bonding - Recent Developments. Mater. Chem. Phys. 37, 101-127 (1994).
- Gosele, U., Tong, Q. Y.
- Rhee, I., Petrou, A., Bishop, D. J., Gasparini, F. M. Bonding Si-Wafers at Uniform Separation. Physica B. 165, 123-124 (1990).
- Rhee, I., Gasparini, F. M., Petrou, A., Bishop, D. J. Si Wafers Uniformly Spaced - Bonding and Diagnostics. Rev. Sci. Instrum. 61, 1528-1536 (1990).
- Perron, J. K., Kimball, M. O., Mooney, K. P., Gasparini, F. M. Critical behavior of coupled 4He regions near the superfluid transition. Phys. Rev. B. 87, (2013).
- Perron, J., Gasparini, F. Specific Heat and Superfluid Density of 4He near T λ of a 33.6 nm Film Formed Between Si. , 1-10 (2012).
- Perron, J. K., Gasparini, F. M. Critical Point Coupling and Proximity Effects in He-4 at the Superfluid Transition. Phys. Rev. Lett.. 109, (2012).
- Gasparini, F. M., Kimball, M. O., Mehta, S. Adiabatic fountain resonance for He-4 and He-3-He-4 mixtures. J. Low Temp. Phys. 125, 215-238 (2001).
- Corruccini, R. J., Gniewek, J. J. Thermal expansion of technical solids at low temperatures; a compilation from the literature. U.S. Dept. of Commerce, National Bureau of Standards. , (1961).
- Kahn, H., Deeb, C., Chasiotis, I., Heuer, A. H. Anodic oxidation during MEMS processing of silicon and polysilicon: Native oxides can be thicker than you think. J. Microelectromech. S. 14, 914-923 (2005).
- Tong, Q. Y., Gosele, U. Thickness Considerations in Direct Silicon-Wafer Bonding. J. Electrochem. Soc. 142, 3975-3979 (1995).
- Corbino, O. M. Azioni Elettromagnetiche Doyute Agli Ioni dei Metalli Deviati Dalla Traiettoria Normale per Effetto di un Campo. Nuovo Cim. 1, 397-420 (1911).
- Diaz-Avila, M., Kimball, M. O., Gasparini, F. M. Behavior of He-4 near T-lambda in films of infinite and finite lateral extent. J. Low Temp. Phys. 134, 613-618 (2004).
- Dimov, S., et al. Anodically bonded submicron microfluidic chambers. Rev. Sci. Instrum. 81, (2010).
- Duh, A., et al. Microfluidic and Nanofluidic Cavities for Quantum Fluids Experiments. J. Low Temp. Phys. 168, 31-39 (2012).
