Micro-muratura per 3D Additivo Micromanufacturing

Lo scopo di questa procedura è dimostrare un micro assemblaggio basato sulla stampa transfer denominato micro muratura per la micro produzione additiva tridimensionale. Ciò si ottiene preparando prima micro oggetti in silicio o oro chiamati inchiostri su substrati donatori, in modo tale che siano sospesi su supporti fotoresist modellati. Il secondo passaggio consiste nell'allineare con precisione un timbro a micropunta elastomerica su un inchiostro e applicare un precarico di forza predefinita sul timbro per formare un'area di contatto adesiva.

Nel frattempo, il timbro si è poi rapidamente ritirato per recuperare l'inchiostro. Successivamente, il timbro e l'inchiostro recuperato vengono trasferiti su un substrato del ricevitore dove l'inchiostro viene stampato delicatamente sull'area di destinazione. Con il piccolo precarico, il timbro viene quindi lentamente ritirato, lasciando l'inchiostro sul substrato del ricevitore.

Il passaggio finale è il rapido avvolgimento termico del substrato del ricevitore per legare l'inchiostro stampato e il substrato in modo permanente. Infine, questa procedura di stampa transfer viene ripetuta fino al completamento della microstruttura 3D desiderata. In questo caso, una micro teiera viene fabbricata esclusivamente attraverso la micro muratura per dimostrare la sua capacità.

Il vantaggio principale di questa tecnica di micromuratura rispetto alla microfabbricazione monolitica convenzionale è che può creare microstrutture tridimensionali eterogenee in un modo molto semplice come i bambini giocano con i Lego, che altrimenti sarebbe molto difficile da realizzare. La dimostrazione visiva del metodo è molto importante a causa dei suoi passaggi paralleli. L'osservazione visiva di questa tecnica dovrebbe chiarire eventuali ambiguità che gli spettatori potrebbero avere per iniziare questa procedura.

Progetta tre maschere per la fabbricazione di inchiostri su un substrato donatore. Come dettagliato nel protocollo di testo: Su un wafer SOI con uno strato di dispositivo da tre micron e uno strato di ossido da un micron, spin coat, fotoresistere, AZ 5, 2, 14 a 3000 RPM per 30 secondi. Per ottenere uno spessore di 1,5 micron del fotoresist, riscaldare il wafer su una piastra riscaldante a 110 gradi Celsius per un minuto e, utilizzando l'allineatore della maschera, esporre utilizzando la maschera uno e sviluppare utilizzando lo sviluppatore MIF 3 2 7 utilizzando un modello di strumento di incisione IN reattivo.

Lo strato del dispositivo del wafer SOI e rimuovere la maschera di fotoresistenza. Dopo questo passaggio, la regione incisa ha esposto lo strato di ossido della scatola. Quindi, rivestire le fotoresistenze prima e modellare con la maschera due.

Quindi riscaldare il wafer a 125 gradi Celsius per 90 secondi Su una piastra calda, immergere il wafer in fluoruro di idrogeno al 49% per 50 secondi per incidere lo strato di ossido della scatola esposto. Dopo l'asciugatura completa, rimuovere la foto di mascheratura, resistere nuovamente alla centrifuga e modellare con la maschera tre. Quindi scaldare la cialda a 125 gradi Celsius su una piastra calda.

Dopo 90 secondi, immergere il wafer in fluoruro di idrogeno al 49% per 50 minuti. Questo passaggio incide lo strato di ossido della scatola che rimane sotto il silicio dello strato del dispositivo del modello, risultando in silicio sospeso. Le singole unità sul fotoresist.

Il passo successivo consiste nel realizzare lo stampo per un timbro con micro punta e duplicare un timbro con micro punta come descritto nel protocollo di testo. Per iniziare il processo di stampa, posizionare il substrato donatore sugli stadi di traslazione motorizzati, rotanti e XY dotati di microscopio. Quindi collegare il timbro a micropunta a un tavolino di traslazione verticale indipendente.

Una volta caricati il substrato donatore e il timbro microtip, azionare le fasi di traslazione motorizzate al microscopio. Allineare il timbro a micropunta con l'inchiostro siliconico sul substrato donatore utilizzando le fasi di traslazione e rotazione. Successivamente, abbassare il timbro a micropunta per fare contatto.

Abbassare lentamente il timbro con micropunta dopo il contatto iniziale in modo che le piccole punte siano completamente ripiegate e l'intera superficie sia a contatto con l'inchiostro siliconico sul substrato donatore. Quindi, solleva rapidamente lo stadio Z, rompendo gli ancoraggi a causa dell'ampia area di contatto tra il timbro del microchip e l'inchiostro siliconico. Per recuperare l'inchiostro siliconico dal substrato donatore e fissarlo al timbro microtip, posizionare il substrato del ricevitore su uno stadio di traslazione XY e allineare l'inchiostro siliconico recuperato sotto il timbro microtip nella posizione desiderata per inviare lo stadio Z fino a quando l'inchiostro siliconico recuperato non entra a malapena in contatto con il substrato del ricevitore.

Dopo aver effettuato il contatto, sollevare lentamente lo stadio Z per rilasciare l'inchiostro siliconico, stampandolo nella posizione desiderata. Il prossimo programma, una termica rapida, un forno in ginocchio per passare dalla temperatura ambiente fino a 950 gradi Celsius in 90 secondi. Rimanere a 950 gradi Celsius per 10 minuti, quindi raffreddare a temperatura ambiente.

Posizionare il substrato del ricevitore stampato nel forno in un ambiente di aria ambiente e inginocchiarsi a 950 gradi Celsius per 10 minuti per il legame del silicio e del silicio. Per dimostrare la sua capacità, una micro teiera è fabbricata esclusivamente attraverso la micro muratura. Questa immagine al microscopio ottico rivela inchiostri siliconici fabbricati su un substrato donatore.

Gli inchiostri progettati sono dischi di diverse dimensioni realizzati in silicio monocristallino, che sono i mattoni della micro teiera. Una volta che un substrato donatore è stato preparato in modo indipendente, i dischi vengono stampati su un substrato ricevente e inginocchiati strato per strato utilizzando un timbro a micro punta. La regione interna della micro teiera è cava, come si può vedere da ogni disco assemblato.

La delicatezza dei micro riprocessi murari viene testata anche mediante stampa transfer e un inginocchiamento, una squisita superficie fotonica delle piastrine in cristallo fotonico sono modellate con litografia a nano impronta e realizzate come inchiostri trasferibili su un substrato donatore. Una volta che l'inchiostro è completamente preparato, la piastrina di cristallo fotonico viene trasferita su quattro anelli di silicio con uno spessore di 50 micron formando una configurazione simile a una tabella. Ecco alcuni esempi di micro muratura adottata per assemblare sottili film d'oro.

Questa immagine al microscopio ottico rivela i film d'oro spessi 400 nanometri preparati su un substrato donatore. Questi inchiostri vengono ulteriormente lavorati e testati per trasferire la stampa su una superficie dorata e su una superficie siliconica. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come assemblare microstrutture usando il micro muratore D e dovresti essere in grado di applicare questa tecnica alla costruzione di strutture di micro dispositivi tridimensionali più accattivanti.

Una volta padroneggiata, questa tecnica dovrebbe ridurre il tempo complessivo di fabbricazione grazie al suo carattere di processo parallelo rispetto ad altri processi di micro produzione sequenziale. Vorremmo ringraziare New Mattered e il professor Ferreira per il loro aiuto con i processi di stampa transfer automatizzati e Mickey Dki per l'aiuto nella camera bianca MNMS presso l'UIUC.