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

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 10^{m/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-échelle^1,2,3,4,5,6. En permettant la génération de déplacements jusqu’à 1 nm à 10-1000 MHz....

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....

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.......

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

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Absorbeur	Dragon Skin, Smooth-On, Inc., Macungie, PA, USA	Dragon Skin 10 MEDIUM
	Amplifier Mini-Circuits, Brooklyn, NY, USA	ZHL&ndash ; 1&ndash ; 2W&ndash ; S+
Camera	Nikon, Minato, Tokyo, Japon	D5300
Chromium etchant	Transene Company, INC, Danvers, MA, USA	1020
Développeur	Futurrex, NJ, USA	RD6
Développeur	EMD Performance Materials Corp., Philidaphia, PA, USA	AZ300MIF
Scie à découper	Disco, Tokyo, Japon	Disco Automatic Scie à dés 3220
Gold etchant	Transene Company, INC, Danvers, MA, USA	Type TFA
Perceur	de trous Dremel, Mount Prospect, Illinois	Modèle #4000	4000 Haute Performance Vitesse Variable
Rotary Inversé	microscope Amscope, Irvine, CA, USA	IN480TC-FL-MF603
Vibromètre laser Doppler (LDV)	Polytec, Waldbronn, Allemagne	UHF-120	4" double face poli 0,5 mm d’épaisseur 128° ; Niobate de lithium coupé en Y
Substrat de niobate de lithium	PMOptics, Burlington, MA, USA	PWLN-431232
Aligneur de masque	Heidelberg Instruments, Heidelberg, Allemagne	MLA150	Le processus de fabrication y est effectué.
Nano3 salle blanche	UCSD, La Jolla, CA, USA
Photorésine négative	Futurrex, NJ, USA	NR9-1500PY
Oscilloscope	Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, USA	InfiniiVision 2000 X-Series
Photoresist		AZ1512	Denton Discovery 18 Sputter System
Générateur de signaux	NF Corporation, Yokohama, Japon	WF1967 générateur multifonction	Wafer Dipper 4 "
Dépôt par pulvérisation cathodique	Denton Vacuum, NJ, USA	Denton 18
Trempette de plaquette en téflon	ShapeMaster, Ogden, IL, USA	SM4WD1