리프오프 포토리소그래피, 나노 깊이 반응성 이온 에칭 및 실온 플라즈마를 통해 음향 나노 유체학용 리튬 니오베이트에 표면 음향파 작동 장치를 통합하여 나노 높이 채널의 제조를 시연합니다. 단결정 리튬 niobate의 표면 활성화 다층 결합, 산화물에 리튬 niobate 결합에 유사하게 유용한 공정.
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이 논문에서
요약
초록
유체의 제어 나노 스케일 조작은 표면과 점성 력의 지배로 인해 매우 어려운 것으로 알려져 있습니다. Megahertz 순서 표면 음향파(SAW) 장치는 최대 108m/s 2의표면에 엄청난 가속을 발생시켜 음향 스트리밍 및 음향 방사선력과 같은 음향 유체학을 정의하기 위해 많은 관찰된 효과를 담당합니다. 이러한 효과 마이크로 스케일에서 입자, 세포 및 유체 조작에 대 한 사용 되었습니다., 비록 더 최근 SAW 메커니즘의 완전히 다른 세트를 통해 나노 규모에서 비슷한 현상을 생산 하는 데 사용 되었습니다. 제어 가능한 나노 스케일 유체 조작은 물리적 및 생물학적 응용 분야에 유용한 초고속 유체 펌핑 및 생체 분자 역학에서 광범위한 기회를 제공합니다. 여기에서는 SAW 장치와 통합된 실온 리튬 니오바테(LN) 본딩을 통해 나노 스케일 높이 채널 제조를 시연합니다. 우리는 건식 에칭을 통한 나노 높이 채널 제작, 리튬 니오바테의 플라즈마 활성화 접합, 후속 이미징을 위한 적절한 광학 설정 및 SAW 작동을 포함한 전체 실험 과정을 설명합니다. 우리는 SAW에 의해 유도된 나노 스케일 채널에서 유체 모세관 충진 및 유체 배수에 대한 대표적인 결과를 보여줍니다. 이 절차는 미래의 나노 유체 공학 응용 분야에 기반을 두는 데 유용한 SAW 장치와의 나노 스케일 채널 제조 및 통합을위한 실용적인 프로토콜을 제공합니다.
서론
나노 채널에서 제어 가능한 나노 스케일 유체 수송 -나노 유체 공학1- 대부분의 생물학적 거대 분자와 동일한 길이 척도에서 발생하며 생물학적 분석 및 감지, 의료 진단 및 재료 처리를 약속합니다. 다양한 설계 및 시뮬레이션은 지난 15 년 동안 온도 구배2,쿨롱 드래그3,표면 파4,정적 전기장5,6,7및 열중포기8에 따라 유체 및 입자 현탁액을 조작하기 위해 나노 유체학에서 개발되었습니다. 최근 SAW는 나노 채널에서 효과적인 유체 수송을 방지하는 표면 및 점성 력의 지배력을 극복하기에 충분한 음향 압력으로 나노 스케일 유체 펌핑 및 배수를 생산하는것으로 나타났습니다. 음향 스트리밍의 주요 이점은 유체 또는 입자 현탁액의 화학 세부 사항에 대한 우려없이 나노 구조의 유용한 흐름을 구동할 수 있다는 점이며, 이 기술을 활용하는 장치를 생물학적 분석, 감지 및 ....
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프로토콜
1. 나노 높이 채널 마스크 준비
- 포토리소그래피: 나노높이 채널의 원하는 모양을 설명하는패턴(그림 1B)을사용하여 정상적인 포토리소그래피 및 리프트 오프 절차를 사용하여 LN 웨이퍼에서 나노 높이 우울증을 생성합니다. 이러한 우울증은 이후 단계에서 웨이퍼 결합시 나노 높이 채널이 될 것이다.
참고 : 나노 스케일 우울증의 측면 치수는이 프로토콜의 마이크로 스케일입니다. 전자 빔 또는 He/Ne 이온 빔 리소그래피는 나노 스케일 측면 치수로 채널을 제작하는 데 사용할 수 있습니다. Ga+-기반 이온 빔 리소그래피는 팽윤 및 고르지 않은 기판프로파일(23)을일으킨다. 두 LN 웨이퍼의 방향이 일치해야 하며, 그렇지 않으면 열 응력으로 인해 웨이퍼 또는 이들 사이의 결합이 실패할 수 있습니다. - 건조 한 에칭에서 영역을 보호 하기 위해 스퍼터 증착: 스퍼터 증착 시스템에 웨이퍼를 배치 합니다. 챔버 진공을 5 x10-6 mTorr로 끌어내고, Ar이 2.5 mTorr에서 흐르도록 하고, 200W에서 스퍼터 Cr을 생성하여 아래 3단계에서 사용할 때 반응성 이온 에칭을 방지하는 400nm 두께의 ....
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결과
우리는 SAW 통합 나노 유체 장치의 성공적인 제조 및 접합 후 나노 높이 LN 슬릿에서 유체 모세관 파일 및 SAW 유도 유체 배수를 수행합니다. 표면 음향파는 40MHz의 IDT의 공진 주파수에서 증폭된 정현파 신호에 의해 작동되는 IDT에 의해 생성되며, SAW는 압전 LN 기판을 통해 나노슬릿으로 전파됩니다. SAW와 상호 작용하는 나노슬릿 내의 유체의 거동은 반전된 현미경을 사용하여 관찰될 수 있다.
우리는 다른 폭의 100-nm 높이 채널에서 유체 모세관 충진을 보여줍니다. 그림 2는 초순수 DI 워터의 모세관 을 100-nm 높이의 두 채널, 폭 400 μm 및 다른 40 μm 폭으로 채우는 것을 보여줍니다. 초순수의 방울은 입구를 통해 나노슬릿으로 전달된다. 모세관은 전체 나노슬릿의 유체 충진을 유도하며, 더 큰 모세관력으로 인해 좁은 채널로 충전이 더 빠르게 발생합니다. 다른 점도 및 표면 장력의 다른 유체를 .......
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토론
실온 접합은 SAW 통합 나노슬릿 장치를 제작하는 데 핵심적인 핵심입니다. 성공적인 접합과 충분한 접합 강도를 보장하기 위해서는 다섯 가지 측면을 고려해야 합니다.
플라즈마 표면 활성화를 위한 시간 및 전력
플라즈마 전력을 증가하면 표면 에너지를 증가시키고 그에 따라 접합 강도를 증가시키는 데 도움이됩니다. 그러나 플라즈마 표면 활성화 시 전력을 증가시키는 단점은 표면 거칠기의 증가이며, 이는 나노슬릿 제조 및 유체 수송 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 플라즈마 표면 활성화 시간은 일정시간(21)후에 표면 에너지를 증가시키는 데 도움이 되지 않을 것으로 나타났다. 따라서, 플라즈마 활성화 시간 및 전력은 표면 에너지를 최대화하기 위해 정의되어야 하지만 표면 거칠기 증가의 희생은 아니다.
본딩 전 칩 세척
접.......
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공개 사항
저자는 공개 할 것이 없다.
감사의 글
저자는 이 일을 지원하는 자금과 시설의 제공에 대한 캘리포니아 대학과 UC 샌디에고의 NANO3 시설에 감사드립니다. 이 작품은 UCSD의 샌디에고 나노 기술 인프라 (SDNI)에서 부분적으로 수행되었다, 국립 나노 기술 조정 인프라의 회원, 이는 국립 과학 재단에 의해 지원되는 (그랜트 ECCS-1542148). 여기에 제시된 작품은 W.M. Keck 재단의 연구 보조금에 의해 아낌없이 지원되었습니다. 저자는 또한 해군 연구실 (그랜트 12368098을 통해)에 의해이 작품의 지원에 감사드립니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| Absorber | Dragon Skin, Smooth-On, Inc., Macungie, PA, USA | Dragon Skin 10 MEDIUM | |
| 앰프 | 미니 회로, 브루클린, 뉴욕, 미국 | ZHL– 1– 2W– S + | |
| 카메라 | 니콘, 미나토, 도쿄, 일본 | D5300 | |
| 개발자 | Futurrex, NJ, USA | RD6 | |
| 다이아몬드 팁 조각 펜 | Malco, 멤피스, 테네시, 미국 | Malco A50 미국 제작 카바이드 팁 스크라이브 | |
| 다이 싱 톱 | 디스코, 도쿄, 일본 | 디스코 자동 다이 싱 톱 3220 | |
| 가열 오븐 | Carbolite, Hope Valley, UK | HTCR 6/28 | 고온 클린 룸 오븐 - HTCR |
| 홀 드릴러 | Dremel, Mount Prospect, Illinois | 모델 # 4000 | 4000 고성능 가변 속도 로터리 |
| 도립 현미경 | Amscope, Irvine, CA, USA | IN480TC-FL-MF603 | |
| 리튬 니오베이트 기판 | PMOptics, Burlington, MA, USA | PWLN-431232 | 4" 양면 광택 0.5mm 두께 128°C; Y-회전 절단 니오베이산 리튬 |
| 정렬기 | Heidelberg Instruments, Heidelberg, Germany | MLA150 | |
| Nano3 클린룸 시설 | UCSD, La Jolla, CA, USA | 제작 공정이 수행됩니다. | |
| 네거티브 포토레지스트 | Futurrex, NJ, USA | NR9-1500PY | |
| 오실로스코프 | Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, USA | InfiniiVision 2000 X-Series | |
| 플라즈마 표면 활성화 | PVA TePla, Corona, CA, USA | PS100 | Tepla Asher |
| 편광판 시트 | Edmund Optics, Barrington, NJ, USA# | 86-182 | |
| RIE etcher | Oxford Instruments, Abingdon, UK | Plasmalab 100 | |
| 신호 발생기 | NF Corporation, 요코하마, 일본 | WF1967 다기능 발생기 | |
| 스퍼터 증착 | Denton Vacuum , NJ, USA | Denton 18 | Denton Discovery 18 스퍼터 시스템 |
| 테프론 웨이퍼 디퍼 | ShapeMaster, Ogden, IL, USA | SM4WD1 | 웨이퍼 디퍼 4 " |
참고문헌
- Eijkel, J. C., Van Den Berg, A. Nanofluidics: what is it and what can we expect from it? Microfluidics and Nanofluidics. 1 (3), 249-267 (2005).
- Longhurst, M. J., Quirke, N. Temperature-driven pumping of fluid through single-walled carbon nanotubes. Nano Let....
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