리튬 니오바테상 플레이트 전극의 직류 스퍼터링을 통한 압전 두께 모드 트랜스듀서의 제조가 설명된다. 또한, 트랜스듀서 홀더와 유체 공급 시스템으로 안정적인 작동을 달성하고 특성화는 임피던스 분석, 레이저 도플러 진동, 고속 이미징 및 레이저 산란을 이용한 액적 크기 분포를 통해 입증된다.
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이 논문에서
요약
초록
우리는 리튬 니오바테 (LN)를 사용하여 간단한 두께 모드 압전 장치를 제조하는 기술을 제시한다. 이러한 장치는 LN 또는 납 지르코네이트 티타네이트(PZT)의 레일리 파도 및 기타 진동 모드에 의존하는 것보다 전력 입력당 유량 측면에서 액체를 보다 효율적으로 분화하는 것으로 나타났습니다. 전체 장치는 트랜스듀서, 트랜스듀서 홀더 및 유체 공급 시스템으로 구성됩니다. 음향 액체 분무의 기초는 잘 알려져 있지 않으므로 장치를 특성화하고 현상을 연구하는 기술도 설명되어 있습니다. 레이저 도플러 진동성(LDV)은 음향 변환기를 비교하는 데 필수적인 진동 정보를 제공하며, 이 경우 장치가 두께 진동에서 잘 수행될지 여부를 나타냅니다. 또한 이 정보는 임피던스 분석을 통해 더 빨리 얻어지지만 장치의 공명 빈도를 찾는 데 사용할 수도 있습니다. 연속 유체 분무는 예시 응용 프로그램으로서 신중한 유체 흐름 제어가 필요하며 레이저 산란을 통해 고속 이미징 및 액적 크기 분포 측정을 통해 이러한 방법을 제시합니다.
서론
초음파 분무는 거의 한 세기 동안 연구되어 왔으며 많은 응용 프로그램이 있지만 기본 물리학을 이해하는 데는 한계가 있습니다. 현상의 첫번째 설명은 1927년 나무와 루미스에 의해 만들어졌으며, 그 이후로 에어로졸화 제약 유체2를 공급하는 것에서 연료 분사3에이르는 다양한 응용 분야에 대한 개발이 있었습니다.1 이 현상은 이러한 응용 프로그램에서 잘 작동하지만, 기본 물리학은 잘 이해되지 않습니다4,,5,,6.
초음파 분무 분야의 주요 제한은 사용되는 물질의 선택, 리드 지르코네이트 티타네이트 (PZT), 가열하기 쉬운 히스테리 물질7 및 곡물 간 경계에서 사용할 수있는 원소 리드와 납 오염8,,9. 곡물 경계의 곡물 크기와 기계적 및 전자적 특성은 PZT가10을작....
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프로토콜
1. DC 스퍼터링을 통한 두께 모드 트랜스듀서 제작
- 웨이퍼 준비
- 직경 125mm의 깨끗한 유리 접시에 100mm 128YX LN 웨이퍼를 놓습니다. 웨이퍼를 아세톤의 최소 200mL에서 5분 동안 초음파 처리합니다.
- 이소프로필 알코올로 초음파 처리를 반복하고 각 5 분 동안 탈이온 된 물로 다시 반복하십시오.
- 건조한 질소를 사용하여 표면에서 보이는 물을 제거합니다.
- 웨이퍼를 핫플레이트에 100°C에서 5분 동안 배치하여 표면에서 물을 완전히 제거합니다.
- 전극 증착
- 스퍼터 증착 시스템의 진공 챔버에 웨이퍼를 놓고 챔버를 5 x10-6 mTorr로 펌핑합니다. 아르곤 압력을 2.3 mTorr로 설정하고 회전 속도를 13 rpm으로 설정합니다.
참고: 사용되는 특정 계측기의 매개 변수가 설정되어 고품질 필름이 생성되는 경우 대신 사용합니다. - 1.2-1.6 A/s에서 티타늄 5-10 nm를 입금하십시오.
참고: 의도된 웨이퍼로 이 프로세스를 시작하기 전에 200W로 설정된 플라즈마 전력으로 증착 속도를 테스트하고 1분 동안 증착합니다. 그런 다음 교피계로 레이어의 높이를 측정합니다. 각 금속에 대해 별도....
- 스퍼터 증착 시스템의 진공 챔버에 웨이퍼를 놓고 챔버를 5 x10-6 mTorr로 펌핑합니다. 아르곤 압력을 2.3 mTorr로 설정하고 회전 속도를 13 rpm으로 설정합니다.
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결과
두께 모드 압전 장치는 128YX 리튬 니오바테에서 제조되었다. 도 1은 연속 분무를 위해 개발된 수동 유체 전달 시스템과 함께 사용되는 사용자 지정 트랜스듀서 홀더를 사용하여 트랜스듀서를 제자리에 고정하는 완전한 어셈블리를 나타낸다. 이러한 장치에 대한 특성화 단계는 임피던스 분석기를 사용하여 공진 주파수 및 고조파의 판정을포함한다(그림 2). 장치의 기본 주파수는 기판의 두께에 의해 예측된 바와 같이 이 프로토콜에 기재된 기술을 사용하여 7MHz에 가까운 것으로 나타났다. 기판 진동의 추가 특성화는 비접촉 레이저 도플러 진동계 측정을 사용하여 수행되었다. 이러한 측정은 기판의 변위 크기를 결정하고 일반적으로 nm범위(도 3)에있다. 연속 분무는 두께 모드 장치의 실용적인 응용 을 가능하게하는 데 필수적이며, 이는 기판에 수동 유체 전달 시스템을 개발하여 입증되었습니다.......
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토론
트랜스듀서의 치수와 종횡비는 변환기가 생성하는 진동 모드에 영향을 줍니다. 측면 치수는 유한하기 때문에 원하는 두께 모드 외에 항상 측면 모드가 있습니다. 위의 LDV 메서드를 사용하여 지정된 트랜스듀서에 대해 원하는 주파수 범위에서 지배적인 모드를 결정할 수 있습니다. 치수가 10mm 미만인 사각형은 일반적으로 두께 모드에 가까운 근사치를 제공합니다. 3~10밀리미터 직사각형도 잘 작동합니다. Movie 1 및 Movie 2는 사각형의 LDV 영역 스캔과 두께 모드에 가깝다는 것을 나타내는 3mm x 10mm 트랜스듀서를 보여줍니다. 이러한 방법은 이상적인 측면 치수를 찾는 데 사용될 수 있지만 시뮬레이션 및 설계에 의해 선택되지 않고 경험적으로 결정되었습니다.
트랜스듀서와의 전기 및 기계적 접촉 방법은 압전 플레이트가 적용되는 경계 조건이기 때문에 발생하는 진동에도 영향을 미칩니다. 포고플레이트, 포고포고, 트랜스듀.......
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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
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| Amplifier | Amplifier Research, Souderton, PA, USA | 5U1000 | |
| Articulating arm | Fisso, Zurich, Switzerland | ||
| CF4 Objective | Edmund Optics, Barrington, NJ, USA | 고속 이미징에 사용되는 대물렌즈 | |
| 싱 톱 | 디스코, 도쿄, 일본 | 디스코 자동 다이싱 톱 3220 | |
| 파이버 향수 디퓨저 심지 | Weihai Industry Co., Ltd., Weihai, Shandong, China | https://www.weihaisz.com/Fiber-Fragrance-Diffuser-Wick_p216.html | |
| 고속 카메라 | Photron, San Diego, USA | Fastcam 미니 | |
| 레이저 도플러 진동계 | Polytec, Waldbronn, Germany | UHF120 | 비접촉 레이저 도플러 진동계 |
| 레이저 산란 액적 크기 측정 시스템 | Malvern Panalytical, Malvern, UK | ||
| 리튬 니오베이트 기판 | PMOptics,Burlington, MA, USA | PWLN-431232 | 4" 양면 광택 0.5 mm 두께 128°; Y-회전 절단 니오베이산 리튬 |
| 어락 주사기 | Becton Dickingson, New Jersey, USA | ||
| Nano3 클린룸 시설 | UCSD, La Jolla, CA, USA | 제작 공정이 수행됩니다. | |
| 네트워크 분석기 | Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, USA | 5061B | |
| 오실로스코프 | Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, USA | InfiniiVision 2000 X-Series | |
| PSV 인수 소프트웨어 | Polytec, Waldbronn, Germany | 버전 9.4 | LDV 소프트웨어 |
| PSV 프리젠테이션 소프트웨어 | Polytec, Waldbronn, Germany | 버전 9.4 | LDV 소프트웨어 |
| 신호 발생기 | NF Corporation, 요코하마, 일본 | WF1967 다기능 발전기 | |
| 단일 포스트 커넥터 | DigiKey, Thief River Falls, MN | ED1179-ND | |
| 스퍼터 증착 | Denton Vacuum, NJ, USA | Denton 18 | Denton Discovery 18 스퍼터 시스템 |
| 표면 실장 스프링 접점 | DigiKey, Thief River Falls, MN | 70AAJ-2-M0GCT-ND | |
| 테프론 웨이퍼 디퍼 | ShapeMaster, Ogden, IL, USA | SM4WD1 | 웨이퍼 디퍼 4 " |
| XYZ 스테이지 | Thor Labs, Newton, New Jersey, USA | MT3 | 광학 테이블 스테이지 |
참고문헌
- Wood, R. W., Loomis, A. L. XXXVIII.physical and biological effects of high-frequency sound-waves of great intensity. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 4 (22), 417-436 (1927).
- Dalmoro, A., Barba, A. A., Lambert, G., d'Amore, M.
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재인쇄 및 허가
