이 작품은 실리콘 온 절연체(SOI) 기술 기판상에서 나노구조α-쿼츠 캔틸레버의 미세제조를 위한 상세한 프로토콜을 제시하며, 딥 코팅 방법으로 석영막의 상피 성장에서 시작하여 나노임프프린트 리소그래피를 통해 박막의 나노스트루크화를 한다.
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이 논문에서
요약
초록
이 작품에서는 최초의 압전 나노 구조의 에피택시 쿼츠 기반 마이크로 캔틸레버의 상세한 엔지니어링 경로를 보여줍니다. 우리는 재료에서 장치 제조에 이르는 프로세스의 모든 단계를 설명합니다. SOI(100) 기판에 대한 α 쿼츠 필름의 상피 성장은 스트론튬 도핑 실리카 솔젤의 제조로 시작하여 실온에서 대기 조건하에서 딥 코팅 기술을 사용하여 박막 형태로 SOI 기판으로 이 젤의 증착을 계속한다. 겔 필름의 결정화 전에 나노 스트류레이션은 나노 인쇄 리소그래피 (NIL)에 의해 필름 표면에 수행됩니다. 에피택시 필름의 성장은 1000°C에서 도달하여 패턴 젤 필름의 완벽한 결정화를 유도합니다. 석영 결정 캔틸레버 장치의 제조는 미세 제조 기술에 기초한 4 단계 공정입니다. 이 공정은 석영 표면을 형성하는 것으로 시작하여 전극의 금속 증착을 따릅니다. 실리콘을 제거한 후, 캔틸레버는 SOI 기판에서 방출되어 실리콘과 석영 사이에 SiO2를 제거합니다. 장치 성능은 비접촉 레이저 진동계(LDV) 및 원자력 현미경 검사법(AFM)에 의해 분석된다. 제조된 칩에 포함된 다양한 캔틸레버치 중, 이 작품에서 분석된 나노구조식 캔틸레버는 40μm 의 크기와 100μm 길이의 치수를 나타내고 600nm 두께의 패턴 쿼츠 층(나노기둥 직경 및 분리 거리 400nm 및 1mμ)으로 제작되었다. 측정된 공진 주파수는 267kHz이고 전체 기계적 구조의 Q는 낮은 진공 조건에서 Q~398이었다. 우리는 두 기술 (즉, AFM 접촉 측정 및 LDV)을 사용하여 캔틸레버의 전압 의존선형 변위를 관찰했습니다. 따라서 이러한 장치가 간접 압전 효과를 통해 활성화될 수 있음을 증명한다.
서론
압전 특성을 가진 산화물 나노 물질은 MEMS 센서 또는 마이크로 에너지 수확기 또는 저장1,2,3과같은 설계 장치에 중추적인 역할을 한다. CMOS 기술의 발전이 증가함에 따라 고품질 의 상피 압전 필름 및 나노 구조의 모놀리식 통합이 실리콘으로 새로운 새로운 장치4를확장하는 관심대상이된다. 또한, 높은 성능을 달성하기 위해서는 이러한 장치의 소형화에 대한 더 큰 제어가 필요하다5,6. 전자, 생물학 및 의학분야의 새로운 센서 애플리케이션은 마이크로 및 나노제조 기술의 발전에 의해 활성화된다7,8.
특히, α 석영은 압전 재료로 널리 사용되며 사용자가 다른 응용 분야에 대한 제조를 할 수있는 뛰어난 특성을 보여줍니다. 에너지 수확을 위한 적용 영역을 제한하는 낮은 전기 기계 결합 계수를 가지고 있지만, 화학 적 안정성과 높은 ....
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프로토콜
1. 솔루션 준비
- 실험실 균형과 자기 교반기가 배치되는 연기 후드에서 젤 필름을 제작하기 18시간 전에 전하이드로분해 테트라에틸 또는 토실리케이트(TEOS)를 포함하는 용액을 준비한다.
- 폴리에틸렌 글리콜 헥사데실 에테르 0.7g(Brij-58)과 에탄올 23.26g을 50mL 병에 넣고 병 뚜껑을 닫고 Brij가 완전히 용해될 때까지 저어줍니다.
- 1.1.1단계에서 플라스크에 HCl 35%를 넣고 닫고 20s를 저어줍니다.
- 1.1.2 단계에서 플라스크에 4.22 g의 TEOS를 넣고 닫고 18시간 동안 저어줍니다.
- 성숙한 용액이 Sr 소금 의 형태로 다시 침전되기 쉽기 때문에 젤 필름의 제작 직전에 Sr2 +의 1 M 수성 용액의 준비.
- SrCl2·6H2O의 무게는 10mL 체피 플라스크에 들어있습니다.
- 10mL 초순수수(예: 밀리-Q)를 플라스크에 1.2.1단계로 넣고 플라스크를 플라스틱 캡으로 닫고 플라스크를 부드럽게 흔들어 염화강을 녹입니다.
- 1.1 단계에서 준비된 용액을 함유한 10mL 병에 Sr2+의 1M 수성 용액의 27....
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결과
재료 합성 및 장치 제조의 진행(그림 1참조)은 실제 이미지와 다른 단계를 모니터링하여 괄호로 묘사되었다. 미세 제조 과정 후, 우리는 현장 방출 스캐닝 전자 현미경 검사(FEG-SEM)이미지(도 2a-c)를사용하여 나노구조화 캔틸레버의 양상을 관찰하였다. 2D 마이크로 X선 회절은 캔틸레버의 상이한 스태킹 층의 결정성을 조절하였다(도2d). 또한 백산전자모드(도 2e-f)에서전자 회절 기술과 FEG-SEM 이미지를 사용하여 석영 기둥의 상세한 결정화를 분석했습니다. 도 2g-i에도시된 바와 같이 극 피규어및 흔들리는 곡선을 기록하여 단일 석영계 압전 나노구조식 캔틸레버의 더 깊은 구조적 특성을
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토론
제시된 방법은 Si. Quartz/Si-MEMS 기술에 나노구조형 압전 쿼츠 마이크로 캔틸레버를 생산하는 상향식 및 하향식 접근법의 조합으로 크기, 전력 소비 및 통합 비용 면에서 대량 석영에 비해 주요 이점을 제공합니다. 실제로, 에피택시 석영/시 MEMS는 CMOS 호환 공정으로 생산됩니다. 이를 통해 다중 주파수 장치를 위한 단일 칩 솔루션을 향후 제조하는 동시에 소형화 및 비용 효율적인 프로세스를 보존할 수 있습니다. 쿼츠 장치의 현재 제조에 비해, 큰 수열 성장 결정의 절단 및 연마에 기초한 하향식 기술, 프로토콜에 설명된 방법은 SOI 기판에 상당한 얇은 석영 층을 얻을 수 있습니다, 사이 두께200 과 1000 nm와 정밀 한 나노 structuration, 다른 차원및 디자인의 압전 패턴 마이크로 장치를 생성 할 수 있습니다. 표준 방법에 의해 얻어진 석영 장치의 치수는 두께 10 μm 이하, 직경 100 μm 이하일 수 없으며 대부분의 응용 분야에서는 Si 기판에 접합되어야 합니다. 이 기능은 현재 트랜스듀서의 .......
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공개 사항
저자는 공개 할 것이 없습니다.
감사의 글
이 작품은 유럽 연합 (EU)의 호라이즌 2020 연구 및 혁신 프로그램 (No.803004)에 따라 유럽 연구 위원회 (ERC)에 의해 투자되었다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
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| 아세톤 | Honeywell Riedel de Haë n | UN 1090 | |
| AZnLOF 2020 네거티브 레지스트 | Microchemicals | USAW176488-1BLO | |
| AZnLOF 2070 네거티브 레지스트 | Microchemicals | USAW211327-1FK6 | |
| AZ 726 MIF 개발자 | Merck | DEAA195539 | |
| BOE (7:1) | Technic | AF 87.5-12.5 | |
| Brij-58 | Sigma | 9004-95-9 | |
| 크롬 | Neyco | FCRID1T00004N-F53-062317/FC79271 | |
| 딥 코터 ND-R 11/2 F | Nadetec | ND-R 11/2 F | |
| 과산화수소 용액 30% | Carlo Erka 시약 DasitGroup | UN 2014 | |
| H2SO4 | Honeywell Fluka | UN 1830 | |
| 이소프로필 알코올 | Honeywell Riedel de Haë n | UN 1219 | |
| 마스크 얼라이너 | EV 그룹 | EVG620 | |
| PG 제거제 | MicroChem | 18111026 | |
| Platinum | Neyco | INO272308/F14508 | |
| PTFE 기반 용기 | 테플론 | ||
| 반응성 이온 에칭(RIE) | 코리얼 | ICP 코리알 200 IL | |
| SEMFEG | 히타치 | Su-70 | |
| SOI 기판 | 대학 웨이퍼 | ID : 3213 | |
| 스트론튬 클로라이드 육수화물 | 시그마 - 알드리치 | 10025-70-4 | |
| SYLGARD TM 184 실리콘 엘라스토머 키트 | Dow.000000840559 | ||
| SYLGARD TM 184 실리콘 엘라스토머 경화제 | Dow.000000840559 | ||
| 테트라 에틸 오르토 실리케이 | 알드리치 | 78-10-4 | |
| 관형로 | 카볼라이트 | PTF 14/75/450 | |
| 진동계 | 폴리텍 | OFV-500D | |
| 2D XRD | Bruker | D8 Discover | Eiger2 R 500 K 2D 검출기 장착 |
참고문헌
- Vila-Fungueiriño, J. M., et al. Integration of functional complex oxide nanomaterials on silicon. Frontiers in Physics. 3, (2015).
- Carretero-Genevrier, A., et al. Direct monolithic integration of vertical sing....
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재인쇄 및 허가
