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Article de méthode

Fabrication de dispositifs d’ondes acoustiques de surface sur lithium niobate

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DOI :

10.3791/61013

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18 juin 2020

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Dans cet article

Résumé

Deux techniques de fabrication, le décollage et la gravure humide, sont décrites dans la production de transducteurs d’électrodes internumériques sur un substrat piézoélectrique, le niobate de lithium, largement utilisé pour générer des ondes acoustiques de surface qui trouvent maintenant une large utilité dans les fluides micro à nanométriques. Les électrodes produites sont montrées pour induire efficacement les mégahertz commandent des ondes acoustiques de surface de Rayleigh.

Résumé

La manipulation des fluides et des particules par actionnement acoustique à petite échelle contribue à la croissance rapide des applications de laboratoire sur puce. Les dispositifs d’ondes acoustiques de surface (SAW) de type Megahertz génèrent d’énormes accélérations à leur surface, jusqu’à 10m/s 2,responsables à leur tour de nombreux effets observés qui sont venus à définir l’acoustofluidique : le streaming acoustique et les forces de rayonnement acoustique. Ces effets ont été utilisés pour la manipulation des particules, des cellules et des fluides à la micro-échelle, et même à l’échelle nanométrique. Dans cet article, nous démontrons explicitement deux méthodes de fabrication majeures des dispositifs SAW sur le niobate de lithium : les détails des techniques de décollage et de gravure humide sont décrits étape par étape. Les résultats représentatifs pour le motif d’électrode déposé sur le substrat ainsi que les performances de SAW générées sur la surface sont affichés en détail. Les astuces de fabrication et de dépannage sont également couvertes. Cette procédure offre un protocole pratique pour la fabrication et l’intégration de dispositifs SAW haute fréquence pour les futures applications de microfluidique.

Introduction

S’appuyant sur l’effet piézoélectrique inverse bien connu, où les dipôles atomiques créent une souche correspondant à l’application d’un champ électrique, les cristaux piézoélectriques tels que le niobate de lithium LiNbO3 (LN), lithium tantolite LiTaO3 (LT), peuvent être utilisés comme transducteurs électromécaniques pour générer saw pour des applications micro-échelle1,2,3,4,5,6. En permettant la génération de déplacements jusqu’à 1 nm à 10-1000 MHz....

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Protocole

1. Fabrication de dispositif de SCIE par la méthode de décollage

  1. Effectuer le nettoyage des solvants de gaufrettes dans une installation de chambre propre de classe 100 en immergeant la plaquette LN de 4 po (101,6 mm) en acétone, suivie de l’alcool isopropyle (IPA), puis de l’eau déionisée (eau DI), chacune dans un bain de sonication pendant 5 min. Ramasser la plaquette et faire sauter la surface à sec avec de l’azote (N2)flux de gaz pour enlever le reste de l’eau di de la plaquette.
    ATTENTION : Effectuez les immersions d’acétone et d’IPA dans un capot de fumée. Évitez l’inhalation et le contact cutané avec l’IPA. Évitez le contact de la peau e....

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Résultats

L’IDT à mesurer est conçu pour avoir une fréquence de résonance à 100 MHz, car la largeur des doigts et l’espacement entre eux sont de 10 μm, produisant une longueur d’onde de 40 μm. La figure 1 montre le périphérique SAW et l’IDT fabriqués à l’aide de cette méthode.

À l’aide d’un signal électrique oscillant correspondant à la fréquence de résonance de l’IDT, SAW peut être généré sur toute la surface du matériau piézoélectrique. Le LDV mesure la vibration par l’effet Doppler s.......

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Discussion

Les appareils SAW fabriqués à partir de l’une ou l’autre méthode sont capables de générer des ondes de déplacement utiles à la surface, et ces méthodes sous-tendent des processus plus complexes pour produire d’autres conceptions. La fréquence de résonance est généralement un peu inférieure à la valeur conçue, en raison de l’effet de charge de masse du métal déposé sur le dessus. Cependant, il reste encore quelques points à discuter pour éviter les problèmes.

Méthode de décollage

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

Les auteurs sont reconnaissants à l’Université de Californie et à l’installation NANO3 de l’UC San Diego pour la fourniture de fonds et d’installations à l’appui de ce travail. Ce travail a été réalisé en partie à la San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) de l’UCSD, membre de la National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, qui est soutenue par la National Science Foundation (Grant ECCS-1542148). Les travaux présentés ici ont été généreusement soutenus par une subvention de recherche de la Fondation W.M. Keck. Les auteurs sont également reconnaissants pour le soutien de ce travail par le Bureau de la recherche navale (via Grant 12368098).

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
AbsorbeurDragon Skin, Smooth-On, Inc., Macungie, PA, USADragon Skin 10 MEDIUM
Amplifier Mini-Circuits, Brooklyn, NY, USAZHL&ndash ; 1&ndash ; 2W&ndash ; S+
CameraNikon, Minato, Tokyo, JaponD5300
Chromium etchantTransene Company, INC, Danvers, MA, USA1020
DéveloppeurFuturrex, NJ, USARD6
DéveloppeurEMD Performance Materials Corp., Philidaphia, PA, USAAZ300MIF
Scie à découperDisco, Tokyo, JaponDisco Automatic Scie à dés 3220
Gold etchantTransene Company, INC, Danvers, MA, USAType TFA
Perceurde trous Dremel, Mount Prospect, IllinoisModèle #40004000 Haute Performance Vitesse Variable
Rotary Inversémicroscope Amscope, Irvine, CA, USAIN480TC-FL-MF603
Vibromètre laser Doppler (LDV)Polytec, Waldbronn, AllemagneUHF-1204" double face poli 0,5 mm d’épaisseur 128° ; Niobate de lithium coupé en Y
Substrat de niobate de lithiumPMOptics, Burlington, MA, USAPWLN-431232
Aligneur de masqueHeidelberg Instruments, Heidelberg, AllemagneMLA150Le processus de fabrication y est effectué.
Nano3 salle blancheUCSD, La Jolla, CA, USA
Photorésine négativeFuturrex, NJ, USANR9-1500PY
OscilloscopeKeysight Technologies, Santa Rosa, CA, USAInfiniiVision 2000 X-Series
PhotoresistAZ1512Denton Discovery 18 Sputter System
Générateur de signauxNF Corporation, Yokohama, JaponWF1967 générateur multifonctionWafer Dipper 4 "
Dépôt par pulvérisation cathodiqueDenton Vacuum, NJ, USADenton 18
Trempette de plaquette en téflonShapeMaster, Ogden, IL, USASM4WD1

Références

  1. Ding, X., et al. Standing surface acoustic wave (SSAW) based multichannel cell sorting. Lab on a Chip. 12 (21), 4228-4231 (2012).
  2. Langelier, S. M., Yeo, L. Y., Friend, J. UV epoxy bonding for enhanced SAW transmission and microscale acoustofluid....

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Réimpressions et autorisations

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