ייצור ואפיון של מהודי ממברנת סיליקון ניטריד High-Q

המחקר שלנו נועד לחקור את התכונות האופטיות והמכניות הייחודיות של סרטים דקים של סיליקון ניטריד. הליך הייצור שלנו מאפשר לנו לתכנן ולאפיין במהירות את המכשירים הללו, מה שמאפשר לנו לבצע התקדמות מהירה יותר בתחום הננו-מכניקה. במבט קדימה, הקבוצה שלנו מתכננת להשתמש במכשירים אלה כדי לחקור את התכונות הקוונטיות של חישה זוויתית כדי לפתח על מדי תאוצה של ספינות ולתכנן ניסויים לבדיקת פיזיקה בקנה מידה שולחני זה.

כדי להתחיל, השג צלחת פטרי מזכוכית המכילה פרוסת סיליקון ניטריד דו צדדית נקייה. מניחים כמה טיפות של HMDS לאורך קצה צלחת פטרי מזכוכית בעזרת פיפטה נימית חד פעמית. מתחת למכסה אדים מכסים את צלחת הפטרי.

מחממים אותו על פלטה חמה בחום של 90 מעלות צלזיוס למשך דקה. כדי לאדות את ה-HMDS ולאפשר לו להיצמד לסיליקון ניטריד. לאחר ההתחלה, הניחו את הוופל בתוך קודן ספין.

כעת השתמש במחט ובמזרק כדי לחלץ לא יותר מארבעה מיליליטר של התנגדות לתמונות S1813. יש להניע בעדינות את המזרק ולהוציא כמות קטנה של נוזלים כדי להסיר בועות אוויר. הסר בבטחה את מחט המזרק והצמד פילטר של שני מיקרומטר.

החלק שוב את המזרק והוציא שלוש עד חמש טיפות כדי להסיר בועות אוויר במסנן הפקידו את ההתנגדות טיפה אחר טיפה על מרכז הוופל ליצירת בריכה גדולה. ככל שהבריכה מתרחבת, המשך להפקיד התנגדות ליד קצהו כדי לשמור אותו במרכז. השתמש בקצה המחט כדי לפוצץ את כל בועות השטח המופיעות לפני שתמשיך.

כעת נעל את מכסה קודן הסיבוב והגדר אותו להסתובב כדי ליצור שכבה אחידה בעובי 1.5 מיקרומטר על פני הוופל. מוציאים את הוופל ומניחים אותו על צלחת חמה לאפייה רכה. לאחר דקה אחת, הסר את הוופל מהפלטה החמה.

כדי להגדיר את דפוסי המכשיר, טען את הוופל המצופה למכונת פוטוליתוגרפיה יישור ללא מסה. מרכז אותו כדי למזער שגיאות סיבוב וקיזוז גלובליות. טען את קובץ הפרוסות המאוכלס למחשב והמר אותו לפורמט תואם לתוכנת MLA.

התחל לעצב את שכבת הצד העליונה עם עיצובי תהודה. לאחר היישור, בחר באפשרות לכלול פרמטרים של חשיפה לאלומת עומס שגיאת סיבוב גלובלית על ידי הגדרת עוצמת האלומה ל-140 מילי-ג'אול לסנטימטר רבוע באורך גל של 375 ננומטר. כעת מלאו צלחת גדולה בכ- 75 מיליליטר של מפתח MF319 ועוד אחת במים דה-יונים.

לאחר השלמת החשיפה לפוטוליתוגרפיה, פרק את הפרוסה ממכונת הפוטוליתוגרפיה. לאחר מכן העבר אותו למפתח MF 3 1 9 למשך 20 שניות. סובבו בעדינות את המנה בתנועה סיבובית כדי לעורר ולהסיר את ההתנגדות החשופה למשך 40 שניות נוספות.

לאחר מכן העבירו את הוופל לצלחת המים נטולת היונים כדי לדלל את המפתח השיורי. שטפו את שני צידי הוופל באמצעות אקדח ריסוס, השתמשו באקדח גז חנקן דחוס כדי להסיר את שאריות המים ממשטח הוופל, תוך הפעלת לחץ נמוך וכיוון נכון כדי למנוע נזק. טען את הוופל המפותח לתוך תחריט יונים תגובתי כדי להעביר את דפוסי ההתנגדות לסרט הסיליקון ניטריד.

הפעל את תהליך התחריט למשך חמש שניות לכל מחזור עם ההגדרות הנתונות. חזור על התהליך עד שכל אזורי הפרוסות שאינם מוגנים על ידי שכבת ההתנגדות הופכים לכסף המציין שהמצע חשוף. לבסוף, הסר את הוופל מחריטת היונים התגובתית לדוגמא האחורית.

לשחרר את התהודים המעוצבים ממצע הסיליקון שלהם. הוופל נחתך לקוביות או נחתך ומעובד בקנה מידה של שבב. מקלפים בזהירות את קוביות הצ'יפס מהסרט שלהם.

טבלו את השבבים באמבט אצטון סוניקטיבי למשך 30 שניות לפחות כדי להסיר התנגדות ומזהמי שטח. לחלופין, כדי לדלל את סרט הסיליקון ניטריד או להסיר תקועים על מזהמים, טבלו את השבב בתמיסת חיץ של חומצה הידרופלואורית של 10% כדי להסיר 1.55 ננומטר של סיליקון ניטריד לדקה. הנח מיד את השבב הנקי לתוך מחזיק PTFE מותאם אישית מתחת למכסה אדים.

לאחר מכן מורידים בעדינות את מחזיק השבב לאמבט אשלגן הידרוקסיד בתמיסה של 45% שנשמרת בטמפרטורה של 86 מעלות צלזיוס. כסה את התמיסה כדי לשמור על שיפוע תרמי אחיד. לאחר שהסיליקון סביב המהוד נחרט במלואו והסרט משתחרר, עצור את התגובה על ידי הוצאת הכלי מהפלטה החמה.

מבלי לחשוף את השבב, הוציאו בהדרגה את תמיסת האשלגן הידרוקסיד והחליפו אותה במים נטולי יונים, תוך שמירה תמיד על מפלס הנוזל מעל השבב כדי למנוע ניפוץ המכשיר. כדי למנוע זיהום צולב, העבירו את מחזיק השבבים וכוס נקייה לאמבט טרי של מים נטולי יונים. לאחר מכן העבירו את מחזיק השבב לכוס הנקייה המכילה מים נטולי יונים.

לאחר ההעברה, הסר את שתי הכוסות. החלף בהדרגה את המים נטולי היונים באלכוהול איזופרופיל באותו אופן, וודא שמפלס הנוזל נשאר תמיד מעל השבב. חזור על הפעולה עם מתנול.

לאחר האמבטיה האחרונה, הסר את השבב וייבש אותו בזהירות לאורך מישור המכשיר באמצעות זרם חנקן עדין. המכשיר מאופיין בתא ואקום הפועל מתחת ל -10 בעוצמה של שבעה מיליבר שלילי עם קריאת מנוף אופטי. כדי להגדיר ידית אופטית, הנח עדשת מיקוד אחרי קולימטור סיבים ומפצל אלומה בין עדשת המיקוד לדגימה.

מקד קרן לייזר קולימציה על הדגימה עם גודל נקודה דומה לתכונה הגדולה ביותר הנמדדת. יישר את קרן הלייזר קרוב לאירועים רגילים על הדגימה על ידי השתקפות רטרו לסיב אופטי, מה שמפשט את היישור מאוחר יותר. מקם גלאי צילום מאוזן לאורך נתיב האלומה המוחזרת, הממוקם מעבר לאורך המסילה של האלומה כדי למקסם את הרגישות.

עם תקרית הלייזר בגלאי הצילום המפוצל או הרבוע, פלט הגלאי נשלח לדיגיטייזר. חשב את הצפיפות הספקטרלית של ההספק בזמן אמת של האות בשיטת התמרת פורייה המהירה. כדי לזהות שיאי מצב ספציפיים, השווה את המיקום של שיאי רעש תרמי באות הפס הרחב לתדרים עצמיים חזויים מסימולציות.

קח שורש פירושו ממוצע ריבועי של מספר הערכות צפיפות ספקטרלית של הספק כדי לאשר את הפסגות. התחל את טבעת האנרגיה כלפי מטה על ידי מעקב אחר האינטגרל מתחת לשיא הצפיפות הספקטרלית של ההספק בתדר התהודה כדי למדוד אנרגיה מאוחסנת. כדי להניע את המצב, הפעל אנרגיה על ידי הנחת מפעיל Piezo בצד או על ידי שליחת קרן לייזר שנייה לדגימה, לווסת את מתח ה-Piezo או את עוצמת הקרן בתדר התהודה.

לאחר עצירת הכונן, עקוב אחר הדעיכה האקספוננציאלית של אנרגיית התנודה כדי לקבוע את קצב השיכוך. לאחר מכן חשב את ה-Q המודאלי על ידי חלוקת תדר התהודה בקצב השיכוך סימולציות COMSOL של גיאומטריית הסרט חשפו מצב כיפוף של 53 קילו-הרץ ומצב פיתול של 70 קילו-הרץ. למצב הכיפוף יש את התזוזה הזוויתית הגדולה ביותר, באמצע הדרך בין מרכז הסרט לפילטים שלו.

עיצוב GDS2 נוצר עם 37 שבבים של 12 מילימטרים רבועים כל אחד, המציגים מגוון גיאומטריות לייצור. ניתוח צפיפות ספקטרלית הספק מדגים את היעילות של הידית האופטית בקריאת התזוזה הזוויתית של שני המצבים.