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방법 논문

리튬 니오바테에 표면 음향 파 장치의 제조

12.6K 조회수

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DOI:

10.3791/61013

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2020년 6월 18일

이 논문에서

요약

두 가지 제조 기술, 리프트 오프 및 습식 에칭, 압전 기판에 디지털 전극 변환기를 생산에 설명, 리튬 niobate, 널리 표면 음향 파를 생성하는 데 사용되는 나노 스케일 유체에 마이크로에서 광범위한 유틸리티를 찾는. 생산된 전극은 레일리 표면 음향파를 효율적으로 유도하는 것으로 나타났다.

초록

작은 규모의 음향 작동에 의한 유체 및 입자를 조작하면 랩 온 어칩 애플리케이션의 급속한 성장을 돕고 있습니다. Megahertz 주문 표면 음향 파 (SAW) 장치는 표면에 엄청난 가속을 생성, 최대 108 m/s2,차례로 acoustofluidics를 정의하기 위해 온 관찰 효과의 많은 책임: 음향 스트리밍 및 음향 방사선 힘. 이러한 효과는 마이크로 스케일에서 입자, 세포 및 유체 처리에 사용되었으며 나노 스케일에서도 사용되었습니다. 이 논문에서 우리는 명시적으로 리튬 niobate에 SAW 장치의 두 가지 주요 제조 방법을 보여줍니다 : 리프트 오프 및 젖은 에칭 기술의 세부 사항은 단계별로 설명된다. 기판에 증착된 전극 패턴에 대한 대표적인 결과와 표면에 생성된 SAW의 성능은 상세히 표시됩니다. 제작 트릭과 문제 해결도 적용됩니다. 이 절차는 향후 미세 유체 화 응용 프로그램에 대한 고주파 SAW 장치 제조 및 통합을위한 실용적인 프로토콜을 제공합니다.

서론

원자 이폴이 전기장의 적용에 대응하는 변형을 생성하는 잘 알려진 역 압전 효과에 의존하여, 리튬 닐로바테 LiNbO3 (LN), 리튬 탄탈라이트 LiTaO 3 (LT)와 같은 압전 결정은,마이크로 스케일 응용1,2,,3,3 34,5, 5,마이크로스케일 응용 제품에 대한SAW를생성하는 전기 기계 변환기로 사용할 수 있습니다.6 10-1000 MHz에서 최대 1nm의 변위 발생을 가능하게 함으로써 SAW 구동 진동은 소형 가속, 대형 파장 및 대형 장치 크기와 같은 전통적인 초음파의 전형적인 장애물을 극복합니다. 유체 및 중단된 입자를 조작하기 위한 연구가 최근 가속화되었으며,7최근7, 8,8,9,,

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프로토콜

1. 리프트 오프 방법을 통해 SAW 장치 제조

  1. 4"(101.6 mm) LN 웨이퍼를 아세톤에 담그고, 이소프로필 알코올(IPA), 디워터(DIwater)를 5분 동안 초음파 처리 욕조에 넣고, 웨이퍼를 집어 들고질소(N2)가스로 표면건조를 날려 남은 디퍼를 제거하여 웨이퍼 용매 세척을 수행한다.
    주의: 연기 후드에 아세톤과 IPA 몰입을 수행합니다. 흡입 및 IPA와 피부 접촉을 피하십시오. 아세톤으로 피부와 눈의 접촉을 피하십시오. 삼키지 마십시오.
    참고: 웨이퍼에서 유체가 증발하는 것을 허용하지 마십시오. 표면에 먼지나 이물질이 있으면 이 단계를 시작합니다.
  2. 웨이퍼를 핫플레이트에 100°C로 놓아 3분간 미리 굽습니다.
    참고: LN의 파이로전 특성으로 인해 가열 및 냉각 시 웨이퍼 내에서 정적 충전 및 관련 응력이 생성됩니다. 웨이퍼를 뜨거운 플레이트에서 제거한 후 알루미늄(Al) 호일에 넣어 정적 충전을 해제하고 파손하지 않는 것이 좋습니다.
  3. 웨이퍼를 스핀 코터에 놓습니다. 드롭퍼를 사용하여 웨이퍼 표면의 약 75%를 음의 포토레지스트(NR9-1500PY)로 덮습니다. 5초 동안 3,000rpm/s의 가속을 가진 500rpm의 속도를 프로그래밍한 다음 3,500rpm의 속도를 40....

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결과

측정할 IDT는 손가락 너비와 간격이 10μm이기 때문에 100MHz에서 공진 주파수를 갖도록 설계되어 40 μm의 파장을 생성합니다. 도 1은 이 방법을 사용하여 제조된 SAW 장치 및 IDT를 나타낸다.

IDT의 공진 주파수와 일치하는 진동 전기 신호를 사용하여, SAW는 압전 물질의 표면을 통해 생성될 수 있다. LDV는 표면에 도플러 효과를 통해 진동을 측정하고, 신호 처리를 통해 진폭, 속도, 가속 및 위상과 같은 정보를 소프트웨어를 사용하여 획득 및 표시할 수 있습니다. 90mHz에서 105MHz의 주파수 스윕에서 주파수 응답을 보여 주며, 입력 전력은 140mW, 70V의 피크-투-피크 전압, 720mA의 피크-투 피크 전류를 제공합니다. 도 2B에서 알 수 있듯이 SAW의 진폭은 96.5844MHz의 공진 주파수에서 오후 19.444입니다. 100MHz 설계에서 주파수가 약간 감소한.......

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토론

두 방법 중 에서 제작된 SAW 장치는 표면에 유용한 이동 파를 생성할 수 있으며 이러한 방법은 다른 설계를 생성하기 위해 보다 복잡한 프로세스를 뒷받침합니다. 공진 주파수는 일반적으로 상단에 증착된 금속의 질량 하중 효과로 인해 설계된 값보다 약간 낮습니다. 그러나 문제를 피하기 위해 논의 할 가치가있는 몇 가지 사항이 여전히 있습니다.

리프트 오프 방법
포토레지스트의 선택이 중요합니다. 그럼에도 불구하고, 더 어려울 것입니다 제조에 긍정적 인 포토 레지스트를 사용할 수 있습니다. 노출되지 않은 포토레지스트가 용해되어 기판에 남은 부분은 특히 도 4A에서과장된 것처럼 노출부족의 사다리꼴 모양을 형성한다. 이러한 포토레지스트 의 상단에 스퍼터드 된 금속은 용매가 침투하는 것을 방지하고 리프트 오프 단계 동안 그것을 제거하는 데 어려움을 초래합니다. 한편, 네거티브 포토레지스트의 UV-노출된 .......

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공개 사항

저자는 공개 할 것이 없습니다.

감사의 글

저자는 캘리포니아 대학과 UC 샌디에고의 NANO3 시설에 감사하여이 작업을 지원하는 기금과 시설을 제공했습니다. 이 작품은 국립 과학 재단 (그랜트 ECCS-1542148)에 의해 지원되는 국립 나노 기술 조정 인프라의 회원 UCSD의 샌디에고 나노 기술 인프라 (SDNI)에서 부분적으로 수행되었다. 여기에 제시 된 작품은 W.M. Keck 재단의 연구 보조금에 의해 관대하게 지원되었다. 저자는 또한 해군 연구 실 (그랜트 12368098을 통해)에 의해이 작품의 지원에 감사드립니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
AbsorberDragon Skin, Smooth-On, Inc., Macungie, PA, USADragon Skin 10 MEDIUM
앰프미니 회로, 브루클린, 뉴욕, 미국ZHL– 1– 2W– S+
CameraNikon, Minato, Tokyo, JapanD5300
Chromium etchantTransene Company, INC, Danvers, MA, USA1020
개발자Futurrex, NJ, USARD6
개발자EMD Performance Materials Corp., Philidaphia, PA, USAAZ300MIF
Dicing sawDisco, Tokyo, JapanDisco Automatic Dicing Saw 3220
Gold etchantTransene Company, INC, Danvers, MA, USA유형 TFA
홀 드릴러Dremel, Mount Prospect, Illinois모델 # 40004000 고성능 가변 속도 로터리
도립 현미경Amscope, Irvine, CA, USAIN480TC-FL-MF603
레이저 도플러 진동계 (LDV)Polytec, Waldbronn, GermanyUHF-1204" 양면 광택 0.5mm 두께 128°C; Y-회전 절단 니오베이산
리튬 니오베이트 기판PMOptics, Burlington, MA, USAPWLN-431232
마스크 얼라인너하이델베르크 기기, 하이델베르크, 독일MLA150제작 공정이 수행됩니다.
Nano3 클린룸 시설UCSD, La Jolla, CA, USA
네거티브 포토레지스트Futurrex, NJ, USANR9-1500PY
오실로스코프Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, USAInfiniiVision 2000 X-시리즈
포지티브 포토레지AZ1512Denton Discovery 18 스퍼터 시스템
신호 발생기NF Corporation, 요코하마, 일본WF1967 다기능 발전기웨이퍼 디퍼 4"
스퍼터 증착Denton Vacuum, NJ, USADenton 18
테플론 웨이퍼 디퍼ShapeMaster, Ogden, IL, USASM4WD1
스트

참고문헌

  1. Ding, X., et al. Standing surface acoustic wave (SSAW) based multichannel cell sorting. Lab on a Chip. 12 (21), 4228-4231 (2012).
  2. Langelier, S. M., Yeo, L. Y., Friend, J. UV epoxy bonding for enhanced SAW transmission and microscale acoustofluid....

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재인쇄 및 허가

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