Name: ייצור חללים ננומטריים אחידים באמצעות מליטה וופל ישיר סיליקון (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-01-09T14:15:00.000+00:00
Duration: 10 min 32 s
Description: למדו שיטה ליצירת חללים ננומטריים אחידים למדידת תכונות נוזלים באמצעות מליטה ישירה של וופלי סיליקון. השיטה מספקת אחידות של כ-1% ומאפשרת מחקר מדויק של דינמיקת זורמים בקונפינמנט.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו מומנה על ידי NSF מענקי DMR-0605716 ו DMR-1101189. כמו כן, מרכז המדע והטכנולוגיה של קורנל ננומטרי שימש לגידול ודפוס תחמוצות. אנו מודים להם על עזרתם. אחד מאיתנו FMG אסיר תודה על תמיכתו של הפרופסור מוטי לאל ראסטגי.

1. לפני מליטה, הכנת וופל
שלב זה למעט 1.8 נעשה בחדר הנקי של מתקן ננומטרי קורנל.
<ol><li>הגדל את תחמוצות בתנור חמצון תרמי סטנדרטי באמצעות תהליך תחמוצת רטובה עבור תחמוצות עבות, כדי להשיג בקרת עובי טובה יותר, תהליך תחמוצת יבשה עבור תחמוצות דקות מאוד. בדוק את עובי אחידות על הוופל המלא עם שלוש נקודות.</li>
	<li>צור מסכה עבור הגיאומטריה שברצונך לחרוט.</li>
	<li>ספין פוטורסיסט על הוופלים החרוטים.</li>
	<li>לחשוף, לפתח ולאפות רקיק בדיקה ולבחון עם מיקרוסקופ מתאים.</li>
	<li>אם וופל הבדיקה נחשף לפי הצורך, חרוט את רקיק הבדיקה. היחס בין עובי תחמוצת לממד תכונה לרוחב יקבע אם תחריט רטוב או יבש מתאים. מאז etches רטוב הם isotropic הם לא ייצרו קירות אנכיים בתחמוצת. במקרים רבים זה לא משנה. אם קירות אנכיים רצויים אפשר להשתמש תחריט יון תגובה. אם התחריטים מצליחים, המשיכו עם הוופלים האחרים. לעתים קרובות, תכונות הידרופובי / הידרופילי של Si ו SiO 2 ניתן להשתמש כדי לראות אםתהליך התחריטים הצליח.</li>
	<li>הסר את הפוטורסיסט מהוופלים. עבור רוב photoresists, זה יכול להיעשות בתחילה עם אלכוהול איזופרופיל ואצטון. עם זאת, כמות קטנה של התנגדות עדיין תישאר על הוופלים. התנגדות זו צריכה להיות מוסרת לחלוטין על מנת להשיג מליטה טובה.</li>
	<li>השתמש בתהליך קצר של 20 דקות של הפחתת חמצן ביון תגובתי וכו '. זה יסיר את כל מה שהפוטורסיסט יישאר על הוופלים. עם זאת, זה גם יוסיף כמה שכבות תחמוצת לסיליקון חשוף. זה בדרך כלל 1-4 ננומטר15.</li>
	<li>לקדוח את חור המילוי בוופל העליון. ניתן לעשות זאת עם פיסות מקדחה מצופות יהלומים וסיכה חכמה (ראה חומרים לפרטי היצרן). יש לשטוף את החתך החכם מיד לאחר הקידוח במים שעברו דה-יון. קידוח יכול להיעשות גם באמצעות משחת יהלום עם חצץ 3-9 מיקרומטר למילוי חורים גדולים מ ~ 0.124 ס"מ קוטר. ניתן להשתמש שוב בחיתוך חכם לשימון. אנחנו משתמשים במכבש מקדחות קטן בדיוק ב-1,000-2,000 סל"ד.</li>
</ol>2. הכנת מליטה
<ol><li>על מנת לקשר ופלים, הניקיון הוא בעל חשיבות עליונה. ישנם כמה צעדים שיש לנקוט כדי לנקות את הוופלים. ראשית, נקי עם אמבטיות RCA.<ol>
<li>יש לשטוף ופלים במים שעברו דה-יון (DI).</li>
		<li>נקי באמבט חומצה "RCA". אמבטיית חומצת RCA היא H2O:H2O2:HCl עם היחסים של 5:1:1. מניחים ופלים בחומצת RCA 80 מעלות צלזיוס למשך 15 דקות כאשר הצדדים בדוגמת פונים כלפי מעלה. שלב זה יבטל כל זיהום מתכתי.</li>
		<li>מוציאים ופלים מהחומצה ושוטפים באמבט מים DI במשך 5 דקות.</li>
		<li>נקי בבסיס "RCA" הבא. בסיס RCA הוא H2O:H2O2:NH4OH עם היחסים של 10:2:1. מניחים ופלים בבסיס RCA 80 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות עם הצדדים בדוגמת פונה כלפי מעלה. צעד זה יבטל כל זיהום אורגני.</li>
		<li>לשטוף ופלים באמבט מים DI במשך ~ 15 דקות.</li>
	</ol>
</li>
	<li>יש להסיר את הוופלים מאמבט המים DI ולהישאר נקיים על מנת שהקשר הנכון יתרחש. פעולה זו מתבצעת בשני שלבים:<ol>
<li>ראשית, הניחו את הוופלים עם הצדדים החרוטים בדוגמתם זה מול זה על צ'אק טפלון במיקרו-שמבר נקי כפי שמוצג באיור 3B. הם מופרדים באמצעות כרטיסיות טפלון ~ 1 מ"מ. לרסס מים deionized בין הוופלים בזמן שהם מסתובבים לאט (~ 10-60 סל"ד) במשך ~ 2 דקות על מנת להסיר כל זיהום חלקיקים. בשלב זה יושאר סרט מים בין הוופלים. זה מונע זיהום אבק לפני השלב הבא.</li>
		<li>מכסים את הוופלים במכסה האקרילי הצלולים ומסובבים את הוופלים יבשים במשך כ-30 דקות ב-3,000 סל"ד. השתמש במנורת חום אינפרא אדום 250 W כדי לסייע בתהליך הייבוש. הסיבוב המהיר ימלא את כל מזהמי החלקיקים עם פליטת סרט המים, כמו באיור 3C.</li>
	</ol>
</li>
	<li>לפני הסרת המכסה מעל הוופלים, הסר את הכרטיסיות המפרידות בין הוופלים על-ידי סיבוב המכסה. זה יביא את הוופלים למגע מקומי קל בעודם בתא המיקרוקלין. עכשיו הוופלים עשויים להיות מוסרים בבטחה מתא המיקרוקליאן על המוביל שלהם. הפער הקטן מאוד של כ 1 מיקרומטר בין הוופלים ימזער את זיהום האבק במהלך שלב זה. כמו כן, לא להרים את הוופלים עם פינצטה בשלב זה מאז זה היה ליזום מליטה אסימטרית. במקום זאת, להעביר את הוופלים עם השימוש של המוביל נשלף על העיתונות ארבור.</li>
</ol>3. וופל מליטה
<ol><li>לחץ על שני הוופלים יחד באמצעות מכבש ארבור וכדור נוקשה וחלק למדי (נרף). כדור נרף משמש להפעלת לחץ על הוופלים מהאמצע החוצה. לחץ המופעל בדרך זו מאפשר לאוויר לכוד להידחף החוצה כמו גל מליטה מתפשט מהמרכז החוצה. התחלת הקשר במרכז ממזערת את הלחצים הבנויים כקווי המתאר של הוופלים זה לזה. הוופלים הם בעלי שטוחות של מדינה חופשית של כ 1 מיקרומטר, בעוד הפערים שהושגו מליטה הם אחידים בתוך ננומטר כמה. לכן, הוופלים חייבים לעוות ממצבם החופשי כדי להשיג זאת.<ol>
<li>בדוק את ההתחברות על ידי חיפוש שולי הפרעה באמצעות מקור אור אינפרא אדום וגלאי עם מסנן מעבר גבוה 1 מיקרומטר. תמונות לדוגמה מוצגות באיורים 4 ו- 5. שולי הפרעה (טבעות ניוטון) יופיעו אם יש מליטה לקויה. אם מליטה היא טובה, אפשר להמשיך לשלב 3.3. אם מליטה היא ירודה ויש אי-אחידות, המשך כדלקמן.</li>
		<li>מניחים את התא על שטוח אופטי, מכסים בנייר סינון כדי להגן על הוופל העליון ומרפדים אותו, וללחוץ על הוופלים יחד עם מלקחיים. לדחוף "בועות" debonded לאמצע (שם יש את חור המילוי) או לקצוות. היזהר בעת הפעלת כוח ליד הקצוות מאז הוופלים עשויים להיות היסט מעט למרכז. לחץ ליד הקצוות ולכן עלול לגרום לוופל העליון להיסדק אם הוא מעל הוופל התחתון.</li>
		<li>אם אי סדרי מליטה נמשכים או חלקיק אבק ניכר, לפצל את הוופלים על ידי תיוג סכין גילוח ביניהם. חזור על התהליך מההתחלה (שלב 2.1.1). עד לנקודה זו, הקשר הוא הפיך. הוופלים ניתן rebonded ב RT פעמים רבות בעת שניסה לקבל מליטה מקובלת.</li>
	</ol>
</li>
	<li>לאחר קבלת מליטה RT מקובל, אחד ממשיך anneal הוופלים. טמפרטורות מעל 900 מעלות צלזיוס צריך להגיע על מנת להיות בטוח של חישול נאות5,6.<ol>
<li>מביים את התא על שואב אבק של קוורץ כך שחור המילוי מרוכז מעל חור השאיבה בצ'אק. הצ'אק מחובר לצינור שאיבת קוורץ המשמש לפינוי התא לפני ובמהלך תהליך חישול. צינור זה משתרע מחוץ לכבשן. פינוי התא גורם ללחץ של אטמוספרה אחת להיות מיושם על התא. זה יעזור עם ההתחברות. שאיבה נחוצה גם כדי למנוע הצטברות לחץ אם טמפרטורת התנור משתוללת מהר מדי. הזמן שלוקח להוריד באופן משמעותי את הלחץ בתא יהיה תלוי בגיאומטריה בתוך התא.</li>
		<li>כדי למנוע את הצמיחה של תחמוצת בצד החיצוני של התא, לטהר את תא התנור עם גז nonreacting, בדרך כלל 4 הוא, כךשאין תחמוצת גדל.</li>
		<li>כדי לאפשר זנים יש זמן להירגע, חשוב להגביר את הטמפרטורות מ 250-1,200 מעלות צלזיוס במהלך ~ 4 שעות. לאחר שהייה של 1,200 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות לפחות, כבה את התנור.</li>
		<li>אפשר למערכת להתקרר ל-RT.</li>
	</ol>
</li>
	<li>נתח שוב את התא באמצעות מקור אור האינפרא-אדום וגלאי כפי שמוצג באיור 6. אם חישול הלך טוב, התא ייראה טוב כמו, או לעתים קרובות טוב יותר, כאשר בתחילה לשים את התנור. אם יש שוליים לא מקובלים המצביעים על מליטה לקויה, יש לחזור על התהליך כולו מההתחלה; עם זאת, יש לעשות זאת עם ופלים חדשים. לאחר ההסתעפות, הקשר בין הוופלים הוא קבוע ואין פיצול אפשרי.</li>
</ol>

<ol><li>Gasparini, F. M., Kimball, M. O., Mooney, K. P., Diaz-Avila, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Finite-size+scaling+of+He-4+at+the+superfluid+transition%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Mod.+Phys%22%5BJournal%5D)">Finite-size scaling of He-4 at the superfluid transition.</a> Rev. Mod. Phys. 80, 1009-1059 (2008).</li>
<li>Mehta, S., Kimball, M. O., Gasparini, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superfluid+transition+of+He-4+for+two-dimensional+crossover%2C+heat+capacity%2C+and+finite-size+scaling%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Low+Temp.+Phys%22%5BJournal%5D)">Superfluid transition of He-4 for two-dimensional crossover, heat capacity, and finite-size scaling.</a> J. Low Temp. Phys. 114, 467-521 (1999).</li>
<li>Reppy, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superfluid-Helium+in+Porous-Media%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Low+Temp.+Phys%22%5BJournal%5D)">Superfluid-Helium in Porous-Media.</a> J. Low Temp. Phys. 87, 205-245 (1992).</li>
<li>Mehta, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silicon+wafers+at+sub-mu+m+separation+for+confined+He-4+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Czech.+J.+Phys%22%5BJournal%5D)">Silicon wafers at sub-mu m separation for confined He-4 experiments.</a> Czech. J. Phys. 46, 133-134 (1996).</li>
<li>Tong, Q. Y., Cha, G. H., Gafiteanu, R., Gosele, U. Low-Temperature Wafer Direct Bonding. J. Microelectromech. S. 3, 29-35 (1994).</li>
<li>Tong, Q. Y., Gosele, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Semiconductor+Wafer+Bonding+-+Recent+Developments%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Semiconductor Wafer Bonding - Recent Developments.</a> Mater. Chem. Phys. 37, 101-127 (1994).</li>
<li>Gosele, U., Tong, Q. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Semiconductor+wafer+bonding%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Mater.+Sci%22%5BJournal%5D)">Semiconductor wafer bonding.</a> Annu. Rev. Mater. Sci. 28, 215-241 (1998).</li>
<li>Rhee, I., Petrou, A., Bishop, D. J., Gasparini, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bonding+Si-Wafers+at+Uniform+Separation%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+B%22%5BJournal%5D)">Bonding Si-Wafers at Uniform Separation.</a> Physica B. 165, 123-124 (1990).</li>
<li>Rhee, I., Gasparini, F. M., Petrou, A., Bishop, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Si+Wafers+Uniformly+Spaced+-+Bonding+and+Diagnostics%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Si Wafers Uniformly Spaced - Bonding and Diagnostics.</a> Rev. Sci. Instrum. 61, 1528-1536 (1990).</li>
<li>Perron, J. K., Kimball, M. O., Mooney, K. P., Gasparini, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Critical+behavior+of+coupled+4He+regions+near+the+superfluid+transition%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Critical behavior of coupled 4He regions near the superfluid transition.</a> Phys. Rev. B. 87, (2013).</li>
<li>Perron, J., Gasparini, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Specific+Heat+and+Superfluid+Density+of+4He+near+T+%CE%BB+of+a+33.6+nm+Film+Formed+Between+Si%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Specific Heat and Superfluid Density of 4He near T λ of a 33.6 nm Film Formed Between Si.</a> , 1-10 (2012).</li>
<li>Perron, J. K., Gasparini, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Critical+Point+Coupling+and+Proximity+Effects+in+He-4+at+the+Superfluid+Transition.+%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett.%22%5BJournal%5D)">Critical Point Coupling and Proximity Effects in He-4 at the Superfluid Transition. </a> Phys. Rev. Lett.. 109, (2012).</li>
<li>Gasparini, F. M., Kimball, M. O., Mehta, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adiabatic+fountain+resonance+for+He-4+and+He-3-He-4+mixtures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Low+Temp.+Phys%22%5BJournal%5D)">Adiabatic fountain resonance for He-4 and He-3-He-4 mixtures.</a> J. Low Temp. Phys. 125, 215-238 (2001).</li>
<li>Corruccini, R. J., Gniewek, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+expansion+of+technical+solids+at+low+temperatures%3B+a+compilation+from+the+literature%5BTitle%5D)+AND+%22U.S.+Dept.+of+Commerce%2C+National+Bureau+of+Standards%22%5BJournal%5D)">Thermal expansion of technical solids at low temperatures; a compilation from the literature.</a> U.S. Dept. of Commerce, National Bureau of Standards. , (1961).</li>
<li>Kahn, H., Deeb, C., Chasiotis, I., Heuer, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anodic+oxidation+during+MEMS+processing+of+silicon+and+polysilicon%3A+Native+oxides+can+be+thicker+than+you+think%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Microelectromech.+S%22%5BJournal%5D)">Anodic oxidation during MEMS processing of silicon and polysilicon: Native oxides can be thicker than you think.</a> J. Microelectromech. S. 14, 914-923 (2005).</li>
<li>Tong, Q. Y., Gosele, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thickness+Considerations+in+Direct+Silicon-Wafer+Bonding%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Electrochem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Thickness Considerations in Direct Silicon-Wafer Bonding.</a> J. Electrochem. Soc. 142, 3975-3979 (1995).</li>
<li>Corbino, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Azioni+Elettromagnetiche+Doyute+Agli+Ioni+dei+Metalli+Deviati+Dalla+Traiettoria+Normale+per+Effetto+di+un+Campo%5BTitle%5D)+AND+%22Nuovo+Cim%22%5BJournal%5D)">Azioni Elettromagnetiche Doyute Agli Ioni dei Metalli Deviati Dalla Traiettoria Normale per Effetto di un Campo.</a> Nuovo Cim. 1, 397-420 (1911).</li>
<li>Diaz-Avila, M., Kimball, M. O., Gasparini, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavior+of+He-4+near+T-lambda+in+films+of+infinite+and+finite+lateral+extent%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Low+Temp.+Phys%22%5BJournal%5D)">Behavior of He-4 near T-lambda in films of infinite and finite lateral extent.</a> J. Low Temp. Phys. 134, 613-618 (2004).</li>
<li>Dimov, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anodically+bonded+submicron+microfluidic+chambers%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Anodically bonded submicron microfluidic chambers.</a> Rev. Sci. Instrum. 81, (2010).</li>
<li>Duh, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+and+Nanofluidic+Cavities+for+Quantum+Fluids+Experiments%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Low+Temp.+Phys%22%5BJournal%5D)">Microfluidic and Nanofluidic Cavities for Quantum Fluids Experiments.</a> J. Low Temp. Phys. 168, 31-39 (2012).</li>
</ol>

אין לנו מה לחשוף.

הפיתוח של ליתוגרפיית סיליקון מתאימה בשילוב עם מליטה ישירה של רקיקים אפשרה לנו להכין מארזי ואקום הדוקים עם ממדים קטנים ואחידים ביותר על פני כל השטח המלא של רקיק סיליקון בקוטר 5 ס"מ. מארזים אלה אפשרו לנו ללמוד את ההתנהגות של נוזל 4הוא בשכונה של מעברי הפאזה שלה מנוזל רגיל לתנור על. מחקרים אלה אימתו תחזיות של קנה מידה בגודל סופי, כמו גם הצביעו על כשלים שנותרו להיחקר. העבודה גם זיהתה, לראשונה, צימוד חזק מאוד שקיים בין שני אזורים של נוזל כאשר מופרדים על ידי סרט דק מאוד, ~ 30 ננומטר. מחקרים לאורך קווים אלה ממשיכים עם...

כאשר ופלים סיליקון נקיים מובאים במגע אינטימי ב RT, הם נמשכים זה לזה באמצעות כוחות ואן דר ואלס ויוצרים קשרים מקומיים חלשים. מליטה זו יכולה להיות הרבה יותר חזקה על ידי חישול בטמפרטורות גבוהות יותר5,6. מליטה יכולה להיעשות בהצלחה עם משטחים של SiO2 כדי Si או SiO2 כדי SiO2. מליטה של ופלים Si משמשים בדרך כלל עבור סיליקון על מכשירי מבודד, חיישנים מבוססי סיליקון מפעילים, והתקנים אופטיים7. העבודה המתוארת כאן לוקחת וופל מליטה ישירה בכיוון אחר על ידי שימוש בו כדי להשיג מארזים מוגדרים היטב במרווחים אחידים על פני כל שטח הוופל8,9. לאחר גיאומטריה מוגדרת היטב שבו נוזל יכול להיות הציג מאפשר מדידות להתבצע על מנת לקבוע את ההשפעה של הכליאה על המאפיינים של הנוזל. ניתן ללמוד זרימות הידרודינמיות שבהן ניתן לשלוט בממד הקטן מעשרות ננומטר למספר מיקרומטרים.
SiO2 ניתן לגדל על ופלים Si באמצעות תהליך תחמוצת תרמית רטובה או יבשה בתנור. לאחר מכן ניתן לתבנית ולחרוט את ה- SiO2 לפי הצורך באמצעות טכניקות ליתוגרפיות. דפוסים שהיו בשימוש בעבודתנו כוללים תבנית של פוסטי תמיכה במרווחים נרחבים שתוצאתם חיבור בגיאומטריה של מישור או סרט (ראו איור 1). יש לנו גם ערוצים בדוגמאות למאפיינים חד-ממדיים ומעצי תיבות, של (1 מיקרומטר)3 או (2 מיקרומטר)3 ממד1 (ראה איור 2). בעת עיצוב כליאה עם קופסאות, בדרך כלל 10-60 מיליון על רקיק, צריכה להיות דרך למלא את כל הקופסאות הבודדות. דפוס נפרד של הוופל העליון עם עיצוב שעומד משני הוופלים על ידי 30 ננומטר או יותר מאפשר זאת. לחלופין, באופן שווה, ניתן לעצב ערוצים רדודים על הוופל העליון כך שכל התיבות מקושרות. עובי תחמוצת גדל על הוופל העליון שונה מזה על הוופל התחתון. זה מוסיף מידה נוספת של גמישות ומורכבות לעיצוב. היכולת לדפוס את שני הוופלים מאפשרת לממש מגוון גדול יותר של גיאומטריות כליאה.
גודל התכונות הגיאומטריות בופלים או בתאים מלוכדים אלה עשוי להשתנות. תאים עם סרטים מישוריים קטנים כמו 30 ננומטר נעשו בהצלחה10,11. בעוביים שמתחת לזה, overbonding יכול להתרחש לפיה הוופלים להתכופף סביב עמדות התמיכה ובכך "איטום" התא. לאחרונה, סדרה של מדידות על נוזל 4הוא בוצע עם מערך של (2 מיקרומטר)3 תיבות עם מרחק הפרדה משתנה ביניהם10,12. תכונות הרבה יותר גדול לעומק מאשר 2 מיקרומטר אינם מעשיים מאוד בשל משך הזמן הגובר הנדרש כדי לגדל את תחמוצת. עם זאת, מדידות נעשו עם תחמוצת עבה כמו 3.9 מיקרומטר9. המגבלות על הקטנות של הממד לרוחב נובעות מגבולות יכולות הליטוגרפיה. המגבלה לגדולת הממד לרוחב נקבעת לפי גודל הוופל. יצרנו בהצלחה תאים מישוריים שבהם הממד לרוחב השתרע כמעט על קוטר הוופל כולו, אך באותה קלות ניתן היה לדמיין דפוס של כמה מבנים קטנים יותר בסדר גודל של עשרות ננומטרים ברוחב. עם זאת מבנים כאלה ידרשו ליטוגרפיה של קרן אלקטרונית. לא עשינו את זה כרגע.
בכל העבודה שלנו הוופלים מלוכדים יצרו מארז ואקום הדוק. זה מושג על ידי שמירה על תחמוצת בדוגמת טבעת מוצקה של SiO2 של 3-4 מ"מ רוחב בהיקף של הוופל, ראה איור 1. זה, עם מליטה, יוצר חותם הדוק. עיצוב זה יכול להיות שונה בקלות אם אחד היו מעוניינים במחקרים הידרודינמיים הדורשים קלט ותפוקה.
הלחץ המתפרץ של התאים המודבקים נבדק גם הוא. מצאנו כי עם 375 μm עבה ופלים, לחץ עד כתשע אטמוספרות ניתן ליישם. עם זאת, לא למדנו כיצד ניתן לשפר זאת על ידי מליטה על פני אזורי תחמוצת גדולים יותר או, אולי, עבור ופלים עבים יותר.
ההליך ל interfacing תאי הסיליקון לקו מילוי ואת הטכניקות למדידת המאפיינים של הליום מוגבל בטמפרטורה נמוכה ניתנת מהטה ואח '. 2 וגספריני ואח '. 13 נציין כי שינויים בממד הליניארי לסיליקון הם רק 0.02% עם קירור התאים14. זה זניח עבור הדפוסים שנוצרו ב- RT.

<table><tbody><tr><td>SmartCut</td><td>North American Tool</td><td>FL 130</td><td>לא צריך הרבה לכל תא. ניתן להשיג מידות קטנות יותר.</td></tr><tr><td>סיליקון פרוסות</td> עיבוד <td></td><td>מוליכים למחצה</td><td>ישנם ספקים רבים. שימו לב לווריאציה של עובי ועובי בעת ההזמנה.</td></tr><tr>מים <td></td><td></td><td>נטולי יונים</td><td>זמינות כללית</td></tr><tr><td>מי חמצן</td><td></td><td></td><td>זמינות כללית</td></tr><tr><td>חומצה</td><td></td><td></td> הידרוכלורית <td>זמינות כללית</td></tr><tr><td>אמוניום הידרוקסיד</td><td></td><td></td><td>זמינות כללית</td></tr> גז <tr><td>חנקן</td><td></td><td></td><td>זמינות כללית</td></tr> גז <tr><td>הליום</td><td></td><td></td> זמינות <td>כללית</td></tr><tr><td>משחת יהלומים</td><td>Beuler Metadi II</td><<td>em>e. 406533032</td><td></td></tr><tr><td>מקדחי יהלום</td><td>Starlite</td><td>e.g. 115010</td><td></td></tr><tr><td>כלי</td><td></td><td></td> פיירקס <td>זמינות כללית</td></tr><tr><td>נייר סינון</td><td>Whatman</td><td>1001-110</td><td></td></tr><tr><td>אצטון</td><td></td><td></td><td>זמינות כללית</td></tr><tr><td>מתנול</td><td></td><td></td><td>זמינות</td></tr><tr><td>כללית צינורות קוורץ לתנור</td><td></td><td></td> שטיפה <td>זמינות כללית</td></tr><tr><td>צינור</td><td></td><td></td> ואקום גומי <td>זמינות כללית</td></tr></tbody></table>

ייצור חללים ננומטריים אחידים באמצעות מליטה וופל ישיר סיליקון

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

מדידות של קיבולת החום וחלק superfluid של מוגבל 4הוא בוצעו ליד המעבר lambda באמצעות ופלים סיליקון בדוגמת ליתוגרפית מלוכדות. שלא כמו כליאה בחומרים נקבוביים המשמשים לעתים קרובות עבור סוגים אלה של ניסויים3, ופלים מלוכדים לספק חללים אחידים מעוצבים מראש לכליאה. הגיאומטריה של כל תא ידועה היטב, אשר מסיר מקור גדול של עמימות בפרשנות של נתונים.
שטוח במיוחד, קוטר 5 ס"מ, 375 מיקרומטר עבה סי וופלים עם וריאציה של כ 1 מיקרומטר על כל הוופל ניתן להשיג מסחרית (מחברת עיבוד מוליכים למחצה, למשל). תחמוצת תרמית גדלה על הוופלים כדי להגדיר את מימד הכליאה בכיוון z. תבנית נחרטת בתחמוצת באמצעות טכניקות ליתוגרפיות כדי ליצור מארז רצוי בעת מליטה. חור נקדח באחד הוופלים (החלק העליון) כדי לאפשר את הכנסת הנוזל למדוד. הוופלים מנוקים2 בפתרונות RCA ולאחר מכן לשים בתא microclean שבו הם שטפו עם מים deionized4. הוופלים מחוברים ב RT ולאחר מכן annealed ב ~ 1,100 מעלות צלזיוס. זה יוצר קשר חזק וקבוע. תהליך זה יכול לשמש לייצור מארזים אחידים למדידת תכונות תרמיות והידרודינמיות של נוזלים מוגבלים מהננומטר לסולם המיקרומטר.

ופלים מלוכדים כראוי לא יהיו אזורים unbonded. ניסיון לפצל את הוופלים לאחר חישול יגרום לתא להתפרק לחתיכות בשל עוצמת הקשר. תמונות אינפרא אדום של וופל מלוכדות מוצגות באיורים 5 ו- 6. לעתים קרובות חישול משפר את האחידות של התא, במיוחד אם אזורים מקומיים unbonded הם בשל חוסר שטוחות בופלים. באיור 5 נקודות האור והגבול הם אזורים מלוכדים. נקודת האור המרכזית היא החור למילוי התא. באזורים החשוכים הוופל נמצא בהפרדה של 0.321 מיקרומטר. האזור היחיד באיור 5 נמצא ליד הגבול ...

שיטה לחיבור קבוע של שני ופלים מסיליקון כדי לממש מארז אחיד מתוארת. זה כולל הכנת רקיקים, ניקוי, מליטה RT, ותהליכי חישול. ופלים מלוכדים וכתוצאה מכך (תאים) יש אחידות של המתחם ~ 1%1,2. הגיאומטריה המתקבלת מאפשרת מדידות של נוזלים וגזים מוגבלים.

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

המטרה הכללית של הליך זה היא לבנות תכריכים בקנה מידה ננומטרי למדידת תכונות של נוזלים. הדבר משיג תחילה על ידי שטיפה יסודית במים דה-יוניים של פרוסות סיליקון (wafers) שעברו ניקוי כימי ודפוס, כדי להסיר מזהמים חלקיקיים שעלולים להפריע להידבקות תקינה. הפרוסות מסובבות באיטיות במהלך תהליך שטיפה זה.בשלב השני, מניחים כיסוי מעל פרוסות הסיליקון (wafers) ומסובבים את המכלול כדי להסיר שאריות אבק. פעולה זו מבוצעת תחת מנורת אינפרא-אדום כדי לייבש את המים, מאחר שהדבקה אינה יכולה להתרחש אם נלכדו מים. לאחר הסרת המרווחים (spacers) בין הפרוסות, מוצאים את הפרוסות מהמסובב בתוך הנשא שלהן ומניחים אותן במכבש ארבור (arbor press), שם מופעלת ההדבקה באופן סימטרי מהמרכז.לאחר מכן מניחים את הפרוסות המחוברות על גבי תפסן ואקום של קוורץ, ומרוקנים את האוויר שנלכד במיקרו-מבנה שנוצר בין הפרוסות המחוברות, לפני חימום הפרוסות בתנור כדי להפוך את החיבור לקבוע. בסופו של דבר מתקבלים חללים מוגדרים היטב בין שתי פרוסות סיליקון. ניתן להשתמש בחללים אלה להגבלת נוזלים בניסויים.שיטה זו, המשתמשת בוואפרים מחוברים בעלי הפרדה וגיאומטריה מוגדרות, מאפשרת לנו לחקור התנהגות של נוזלים המוגבלים ובשל כך אינם נמצאים בגבול תרמודינמי. בדרך כלל, אנשים שאינם מכירים את התהליך יתקלו בקושי, כיוון שתהליך החיבור רגיש מאוד לזיהומים, כגון שאריות רזיסט או אבק בת

fabrication-uniform-nanoscale-cavities-via-silicon-direct-wafer

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

אנו מציגים שיטות ייצור של microstructures בדוגמת של צינורות פחמן מיושר אנכית (CNTs), והשימוש בהם כמו תבניות בסיס לייצור microstructures פולימר במרקם מאורגן פני הננומטרי. ביערות ה-CNT הם densified על ידי עיבוי של ממס על מצע, אשר מגביר באופן משמעותי את צפיפות האריזה שלהם ומאפשר עצמית מכוונת היווצרות של צורות 3D.

ייצור, Densification, העתק דפוס של Microstructures Nanotube 3D פחמן

הייצור של חשמל למיעון,-היבט יחס גבוה (&gt; 1000:1) nanowires המתכת מופרד בפערים של ננומטרים בודדים או באמצעות ההקרבה של שכבות אלומיניום וכסף או monolayers עצמית התאספו כתבניות מתואר. מבנים אלה nanogap מפוברקים בלי חדר נקי או כל תמונה או קרן האלקטרונים תהליכי יתוגרפיות על ידי צורה של הקצה המכונה ליתוגרפיה nanoskiving.

בודה Nanogaps ידי Nanoskiving

מוצג הליך ליצירה והדמיה של גשרים נימיים בגיאומטריה של חריץ-נקבוביות. יצירת גשרים נימיים מסתמכת על היווצרות עמודים כדי לספק הטרוגניות פיזית וכימית כיוונית להצמיד את הנוזל.  גשרים נימיים נוצרים ומתומרנים באמצעות מיקרו-במה ומדמיינים באמצעות מצלמת CCD.

ייצור והדמיה של גשרים נימיים בגיאומטריית חריץ נקבוביות

תהליך הייצור וטכניקות האפיון הניסיוניות הרלוונטיות למשאבות אלקטרונים בודדות המבוססות על נקודות קוונטיות של מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה של סיליקון.

סיליקון מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה קוונטי נקודות לשאיבת חד אלקטרון

אנו מציעים טכניקת הרכבה עצמית פשוטה של ננו-חלקיקים קולואידיים של סיליקה כדי ליצור צומת ננו-פלואידית בין שני מיקרו-ערוצים בפולידימתילסילוקסן (PDMS). באמצעות טכניקה זו, קרום חרוז ננו-נקבובי בגודל נקבוביות של עד ~45 ננומטר נבנה בתוך מיקרו-ערוץ והוחל על ריכוז מוקדם אלקטרוקינטי של דגימות DNA.

יצירת צומת תת-50 ננומטר ננו-נוזלי ב PDMS Microfluidic שבב באמצעות תהליך ההרכבה העצמית של חלקיקים קולואיד

כתב יד זה מציג שיטת הזרקה להנדס microvessels כי לשחזר מאפיינים פיסיולוגיים של האנדותל. תהליך microfluidic המבוסס יוצר רשתות כלי דם 3D פטנט עם תנאי tailorable, כגון זרימה, רכב הסלולר, גיאומטריה, והדרגות ביוכימיים. תהליך ייצור ודוגמאות של יישומים פוטנציאליים מתוארים.

Micropatterning והרכבת 3D microvessels

דוח זה מתאר טכניקה פשוטה וקלה לביצוע, תוך שימוש בוואקום בלחץ נמוך, למילוי תעלות מיקרופלואידיות בתאים ומצעים למחקר ביולוגי.

שיטה צדדית של חלבוני דפוסי תאים

בידוד תופעות חשמליות ותרמיות על דפורמציה בסיוע חשמלי (EAD) הוא מאוד קשה באמצעות דגימות macroscopic. Metallic מדגם מיקרו ננו יחד עם נוהל בדיקה מותאמת אישית פותחו כדי להעריך את ההשפעה של הנוכחי להחיל על היווצרות ללא חימום ג 'אול ואבולוציה של נקעים על דגימות אלה.

שיטה חדשה עבור<em&gt; באתרו</em&gt; אפיון אלקטרומכני של דגימות ננומטריות

עבודה זו מציגה פרוטוקולים microfabrication להשגת חללים ועמודים עם מחדש ופרופילים מחדש כפליים על SiO2/Si וופלים באמצעות פוטוגרפיה ותחריט יבש. משטחי מיקרו בעלי מרקם כתוצאה מראים דוחה נוזלי מדהים, מאופיין מלכודת חזקה לטווח ארוך של אוויר תחת נוזלי הרטבה, למרות wettability פנימית של סיליקה.

עיבוד SiO2/סי משטחים אומניפובי על ידי גילוף מיקרוטקסטורות גז-מיקרו הכוללת חללים מחדש ושני עמודים

אנו מדגימים הייצור של ערוצי ננו-גובה עם שילוב של התקנים משטח אקוסטית גל התקן על ליתיום niobate אקוסטית עבור nanofluidics המראה באמצעות פוטוגרפיה, ננו-עומק בחריטה על האור, ו-טמפרטורת החדר פלזמה הפעלה מרובת שכבות של משטח של ליתיום niobate חד-גביש, תהליך שימושי באופן דומה כדי מליטה ליתיום niobate תחמוצות.

הייצור של ערוצי ננו גובה שילוב הופעה גל אקוסטי המשטח באמצעות ליתיום Niobate אקוסטית הננו לוקדיה

מאמר זה עוקב אחר מחזור החיים של מהוד ממברנת סיליקון ניטריד, מתכנון דרך ייצור ועד אפיון.

ייצור ואפיון של מהודי ממברנת סיליקון ניטריד High-Q

למדו שיטה ליצירת חללים ננומטריים אחידים למדידת תכונות נוזלים באמצעות מליטה ישירה של וופלי סיליקון. השיטה מספקת אחידות של כ-1% ומאפשרת מחקר מדויק של דינמיקת זורמים בקונפינמנט.

ייצור חללים ננומטריים אחידים באמצעות מליטה וופל ישיר סיליקון

גלה סרטונים נוספים