Name: Fabricage van Surface Acoustic Wave-apparaten op lithium niobate (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-06-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 55 s
Description: Leer de fabricage van oppervlakte-acoustischegolfapparaten op lithium niobaat voor microfluidica-onderzoek. Dit protocol toont lift-off en nat-etsmethoden om betrouwbare elektroden te produceren voor akoestofluidische toepassingen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs zijn dankbaar voor de Universiteit van Californië en de NANO3 faciliteit aan de UC San Diego voor de levering van fondsen en faciliteiten ter ondersteuning van dit werk. Dit werk werd gedeeltelijk uitgevoerd bij de San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) van UCSD, een lid van de National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, die wordt ondersteund door de National Science Foundation (Grant ECCS-1542148). Het hier gepresenteerde werk werd royaal ondersteund door een onderzoekssubsidie van de W.M. Keck Foundation. De auteurs zijn ook dankbaar voor de steun van dit werk door het Office of Naval Research (via Grant 12368098).

1. ZAAG-inrichtingfabricage via de lift-off methode
<ol><li>Voer wafer oplosmiddelreiniging uit in een klasse 100 clean room faciliteit door de 4" (101,6 mm) LN wafer onder te dompelen in aceton, gevolgd door isopropylalcohol (IPA), vervolgens gedeïoniseerd water (DI water), elk in een sonicatiebad gedurende 5 min. Pak de wafer op en blaas het oppervlak droog met stikstof (N2) gasstroom om het resterende DI-water uit de wafer te verwijderen. LET OP: Voer de aceton en IPA onderdompees uit in een rookkap. Vermijd inademing en huidcontact met IPA. Vermijd huid- en oogcontact met aceton. Niet slikken. LET OP: Laat geen vloeistof verdampen op de wafer; als er stof of vuil op het oppervlak, start deze stap over.</li>
	<li>Plaats de wafer op een kookplaat op 100 °C om 3 min te prebakeen. OPMERKING: Vanwege de pyro-elektrische eigenschap van LN, zal het statische ladingen en bijbehorende stress in de wafer genereren tijdens het verwarmen en koelen. Het wordt aanbevolen om de wafer op een stuk aluminium (Al) folie te plaatsen nadat het van de hete plaat is verwijderd om de statische ladingen vrij te geven en te voorkomen dat deze wordt gebroken.</li>
	<li>Plaats de wafer op een spin coater. Met behulp van een druppelaar, bedek ongeveer 75% van het oppervlak van de wafer met negatieve fotoresist (NR9-1500PY). Programmeer een snelheid van 500 tpm met een acceleratie van 3.000 rpm/s voor 5 sec en vervolgens een snelheid van 3.500 tpm met een acceleratie van 3.000 tpm/s voor 40 sec, om een laag fotoresist rond 1,3 μm te produceren. LET OP: Voer spincoating uit in een rookkap. Inademing van fotoresistische dampen kan hoofdpijn veroorzaken. LET OP: De dikte kan variëren afhankelijk van de conditie van de fotoresist en de gebruikte spincoater, zelfs met dezelfde spin-instellingen. De fotoresist kan worden gesponnen voorbij de rand en op de voorzijde van de wafer; dit moet worden verwijderd met behulp van een aceton-gedousd wattenstaafje. Links aanwezig, zal de fotoresist de wafer aan de kookplaat plakken tijdens de zachte bak.</li>
	<li>Om zacht te bakken, plaats de wafer op een kookplaat op 100 °C, helling de temperatuur tot 150 °C, houd het op 150 °C gedurende 1 min. Verplaats vervolgens de wafer van de kookplaat en laat de wafer afkoelen in de lucht tot kamertemperatuur (RT). OPMERKING: Als gevolg van het pyro-elektrische effect, als de temperatuur van de LN-wafer plotseling wordt veranderd, bijvoorbeeld door de LN-wafer rechtstreeks over te brengen op de kookplaat of Al-folie bij 150 °C, zal de thermische schok in de wafer waarschijnlijk verbrijzelen. De aanwezigheid van niet-uniform metaal op het oppervlak, zoals elektroden, verhoogt dit risico aanzienlijk. In toepassingen waar de transparantie van de LN niet belangrijk is, overweeg dan het gebruik van zogenaamde "zwarte" LN of nauwkeuriger verminderd LN, dat is donkerbruin en doorschijnend, maar heeft verwaarloosbare pyro-elektriciteit.</li>
	<li>Breng de wafer over op de masker aligner (MLA150) voor ultraviolette blootstelling. Stel de fotoresist bloot met een energiedosis van 400 mJ/cm2 bij 375 nm. De vereiste dosis kan variëren afhankelijk van het ontwerp van het masker en de leeftijd en conditie van de fotoresist. OPMERKING: De golfvoortplantingsrichting die door IDT's wordt geïnduceerd, moet langs de X-voortplantingsrichting liggen om ZAAG effectief te genereren. Met andere woorden, dit impliceert dat de "vingers" van de IDT loodrecht op de X-asrichting moeten staan. Typische LN wafer fabrikanten plaatsen de primaire (grotere) wafer plat (rechte rand naast wafer) loodrecht op de X-as, zodat uw IDT vingers parallel moeten zijn aan deze flat. Sommige fabrikanten introduceren een tweede (kleinere) waferflat om de Y- en Z-asrichtingen aan te geven, maar dit detail is onbelangrijk voor SAW-generatie. Fabrikanten vragen vaak specificaties voor de oppervlakteafwerking van de wafer; als u een transparante wafer nodig hebt, vraag dan dubbelzijdige optisch gepolijste wafers aan. Houd er echter rekening mee dat LN birefringent is, dus elk object dat wordt verlicht met standaard laboratoriumlicht en door het materiaal wordt gezien, zal niet één maar twee beelden produceren. Het overwinnen van dit probleem wordt later besproken. Single-side gepolijst LN is een betere keuze voor SAW generatie als je niet hoeft te zien door de wafer, omdat valse akoestische golven worden verspreid door de ruwe achterkant.</li>
	<li>Plaats de wafer op een kookplaat op 100 °C gedurende 3 minuten voor een post-exposure bak. Breng het vervolgens over op Al folie en laat het afkoelen tot RT. LET OP: De patronen moeten zichtbaar zijn na de post-exposure bak. Zo niet, overweeg dan het strippen van de fotoresist en het proces opnieuw te starten vanaf stap 1.1 hierboven.</li>
	<li>Ontwikkel de wafer door het in een beker gevuld met pure RD6 ontwikkelaar voor 15 sec. Voorzichtig schudden de beker tijdens de ontwikkeling. Dompel de wafer 1 min onder in DI-water en spoel de wafer vervolgens af onder di-waterstroom. Gebruik ten slotte droge N2-stroom om het resterende DI-water uit de wafer te verwijderen. Laat nooit vloeistof verdampen op het waferoppervlak. LET OP: Ontwikkel de wafer in een rookkap. Vermijd het inademen van dampen of contact opnemen met de ontwikkelaar met ogen en huid. LET OP: De fotolithografie is voltooid na deze stap. Het protocol kan hier worden onderbroken.</li>
	<li>Bak de wafer hard 3 min op een kookplaat op 100 °C. Breng het vervolgens over op Al folie en laat het afkoelen tot RT. LET OP: Deze stap is om vocht te verwijderen uit de wafer en fotoresist om later uitgassen tijdens het sputteren te voorkomen.</li>
	<li>Voor elektrode sputter depositie, plaats de wafer in een sputter depositie systeem. Vacuüm de kamer tot 5 x 10-6 mTorr. Gebruik een 2,5 mTorr argon stroom, sputter chroom (Cr) met een vermogen van 200 W voor 5 nm als een hechting laag, gevolgd door sputteren Al met een vermogen van 300 W voor 400 nm om de geleidende elektroden te vormen. OPMERKING: De afzettingstijd moet worden berekend op basis van de verwachte dikte en de depositiesnelheid. Titanium (Ti) kan worden gebruikt in plaats van chroom, hoewel het verwijderingsproces moeilijker is, omdat Ti harder is. Goud (Au) wordt ook vaak afgezet als elektroden. Voor zaagapparaten met een hogere frequentie moet Al au echter vervangen om de massabelastingseffecten van de Au IDT-vingers te voorkomen, die de lokale SAW-resonerende frequentie onder de IDT verminderen, waardoor een akoestische holte ontstaat waaruit de ZAAG alleen met aanzienlijk verlies kan ontsnappen.</li>
	<li>Breng de wafer voor het lift-offproces over in een beker en dompel je onder in aceton. Sonicaat op gemiddelde intensiteit gedurende 5 min. Spoel af met DI water en droog de wafer met N2 flow. LET OP: Gebruik aceton in een rookkap. Vermijd inademing en huid- of oogcontact met aceton. Niet slikken. LET OP: Het protocol kan hier worden onderbroken.</li>
	<li>Gebruik een dicing saw om de hele wafer in kleine stukjes chips te dobbelen als SAW-apparaten voor verdere toepassingen. LET OP: Het proces is voltooid. Het protocol kan hier worden onderbroken. OPMERKING: In plaats van een zaag, een diamant-getiptwafel schrijver (of zelfs een glassnijder) kan worden gebruikt om dobbelstenen de LN wafer met enige oefening, maar als gevolg van de anisotropie van LN is het belangrijk om te schrijven en breken de wafer eerste langs schriftlijnen loodrecht op de X-as, gevolgd door die lijnen langs de X-as.</li>
</ol>2. ZAAG-apparaatfabricage via de methode van natte ets
<ol><li>Wafer oplosmiddel reiniging: In een klasse 100 clean room faciliteit door het onderdompelen van de 4 " (101,6 mm) LN wafer in aceton, gevolgd door IPA, dan DI water, elk in een sonicatie bad voor 5 min. Pick-up van de wafer en droog het oppervlak met behulp van N2 om de resterende DI water te verwijderen uit de wafer. LET OP: Gebruik aceton en IPA in een rookkap. Vermijd inademing en huidcontact met IPA. Vermijd aceton contact met huid en ogen. Niet slikken.</li>
	<li>Plaats de wafer op een kookplaat op 100 °C voor thermische behandeling gedurende 3 min. Breng het vervolgens over op Al folie om af te koelen naar RT.</li>
	<li>Plaats de wafer in een sputter depositie systeem. Vacuüm de kamer tot 5 x 10-6 mTorr. Gebruik argon stroom op 2,5 mTorr, sputter Cr met een vermogen van 200 W voor 5 nm als een hechtingslaag, gevolgd door sputteren Au met een vermogen van 300 W voor 400 nm om de geleidende elektroden te vormen. LET OP: Het protocol kan hier worden onderbroken.</li>
	<li>Plaats de wafer op een spin coater. Bedek met een druppelaar ongeveer 75% van het oppervlak van de wafer met positieve fotoresist (AZ1512). Programmeer een snelheid van 500 tpm met een acceleratie van 3.000 tpm/s voor 10 sec en vervolgens een snelheid van 4.000 tpm met een acceleratie van 3.000 tpm/s voor 30 sec, waardoor uiteindelijk een laag fotoresist rond 1,2 μm ontstaat. LET OP: Voer spincoating uit in een rookkap. Inademing van fotoresistische dampen kan hoofdpijn veroorzaken.</li>
	<li>Om zacht te bakken, plaats de wafer op een kookplaat op 100 °C gedurende 1 min. Breng het vervolgens over op Al folie en laat het afkoelen tot RT.</li>
	<li>Breng de wafer over op de masker aligner (MLA150) voor ultraviolette blootstelling. Stel de fotoresist bloot met een energiedosis van 150 mJ/cm2 bij 375 nm. De vereiste dosis kan variëren afhankelijk van het ontwerp van het masker en de leeftijd en conditie van de fotoresist.</li>
	<li>Plaats de wafer in een beker gevuld met pure AZ300MIF ontwikkelaar voor 30 sec. Voorzichtig schudden de beker tijdens de ontwikkeling. Dompel de wafer 1 min in DI-water en spoel de wafer vervolgens af onder di-waterstroom. Gebruik ten slotte droge N2-stroom om het resterende DI-water uit de wafer te verwijderen. Laat nooit vloeistof verdampen op het waferoppervlak. LET OP: Neem geen contact op met AZ300MIF met huid of ogen. Niet slikken.</li>
	<li>Dompel de wafer in een bekertje gevuld met Au etchant voor 90 sec, zachtjes schudden de beker. Na het spoelen van de wafer onder DI waterstroom, droog met N2 stroom om het resterende DI water uit de wafer te verwijderen. Laat nooit vloeistof verdampen op het waferoppervlak. LET OP: Goud etchant kan gevaarlijk zijn voor de ogen en de huid, en zal irritatie van de luchtwegen veroorzaken. Deze stap vereist meer persoonlijke beschermingsmiddelen (PPE), zoals veiligheidsglas, zwarte neopreen handschoenen, schort, enz.</li>
	<li>Dompel de wafer in een beker gevuld met Cr etchant voor 20 sec, zachtjes schudden de beker. Na het spoelen van de wafer onder DI waterstroom, droog met N2 stroom om het resterende DI water uit de wafer te verwijderen. Laat nooit vloeistof verdampen op het waferoppervlak. LET OP: Chroom etchant kan oog-, huid- en ademhalingsirritatie veroorzaken. Deze stap vereist ook meer PBM.</li>
	<li>Reinig de (monster)wafer, door het in aceton te stoppen, gevolgd door IPA en DI-water in een sonicatiebad gedurende 5 minuten per stuk. Pak de wafer op en droog met N2 gasstroom over het oppervlak van de wafer om het resterende DI water uit de wafer te verwijderen. LET OP: Gebruik aceton in een rookkap. Vermijd inademing en huidcontact aceton met huid en ogen. Niet slikken. LET OP: Deze stap is het verwijderen van de ongewenste fotoresist op de wafer. Het protocol kan hier worden onderbroken.</li>
	<li>Gebruik een dicing saw om de hele wafer in discrete SAW-apparaten te dobbelen voor verder gebruik. LET OP: Het proces is voltooid. Het protocol kan hier worden onderbroken.</li>
</ol>3. Experimentele installatie en testen
<ol><li>Let op het SAW-apparaat onder op een helder veld optische microscopie. LET OP: Er zijn mogelijk krassen over de metalen lagen op de LN. Over het algemeen zullen ze niet leiden tot een opmerkelijke invloed van de prestaties van het apparaat, zolang de krassen zijn niet diep genoeg om te resulteren in een open circuit.</li>
	<li>Voor SAW-actuatie bevestigen u absorbers aan beide uiteinden langs de voortplantingsrichting van het SAW-apparaat om gereflecteerde akoestische golven van de randen te voorkomen.</li>
	<li>Gebruik een signaalgenerator om een sinusoïdaal elektrisch veld toe te passen op de IDT op zijn resonerende frequentie van ongeveer 100 MHz. Een versterker moet worden aangesloten om het signaal te versterken.</li>
	<li>Gebruik een oscilloscoop om de werkelijke spanning, stroom en stroom op het apparaat te meten. De amplitude en frequentierespons van de SAW worden gemeten door een laser Doppler vibrometer (LDV); de SAW-actuated druppelbeweging wordt opgenomen met behulp van een high-speed camera bevestigd aan de microscoop.</li>
</ol>

<ol><li>Ding, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Standing+surface+acoustic+wave+%28SSAW%29+based+multichannel+cell+sorting%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Standing surface acoustic wave (SSAW) based multichannel cell sorting.</a> Lab on a Chip. 12 (21), 4228-4231 (2012).</li>
<li>Langelier, S. M., Yeo, L. Y., Friend, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((UV+epoxy+bonding+for+enhanced+SAW+transmission+and+microscale+acoustofluidic+integration%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">UV epoxy bonding for enhanced SAW transmission and microscale acoustofluidic integration.</a> Lab on a Chip. 12 (16), 2970-2976 (2012).</li>
<li>Rezk, A. R., Qi, A., Friend, J. R., Li, W. H., Yeo, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Uniform+mixing+in+paper-based+microfluidic+systems+using+surface+acoustic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Uniform mixing in paper-based microfluidic systems using surface acoustic waves.</a> Lab on a Chip. 12 (4), 773-779 (2012).</li>
<li>Schmid, L., Weitz, D. A., Franke, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sorting+drops+and+cells+with+acoustics%3A+acoustic+microfluidic+fluorescence-activated+cell+sorter%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Sorting drops and cells with acoustics: acoustic microfluidic fluorescence-activated cell sorter.</a> Lab on a Chip. 14 (19), 3710-3718 (2014).</li>
<li>Schmid, L., Wixforth, A., Weitz, D. A., Franke, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+surface+acoustic+wave+%28SAW%29-driven+closed+PDMS+flow+chamber%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluidics+and+Nanofluidics%22%5BJournal%5D)">Novel surface acoustic wave (SAW)-driven closed PDMS flow chamber.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 12 (1-4), 229-235 (2012).</li>
<li>Shi, J., Mao, X., Ahmed, D., Colletti, A., Huang, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Focusing+microparticles+in+a+microfluidic+channel+with+standing+surface+acoustic+waves+%28SSAW%29%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Focusing microparticles in a microfluidic channel with standing surface acoustic waves (SSAW).</a> Lab on a Chip. 8 (2), 221-223 (2008).</li>
<li>Friend, J., Yeo, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microscale+acoustofluidics%3A+Microfluidics+driven+via+acoustics+and+ultrasonics%5BTitle%5D)+AND+%22Reviews+of+Modern+Physics%22%5BJournal%5D)">Microscale acoustofluidics: Microfluidics driven via acoustics and ultrasonics.</a> Reviews of Modern Physics. 83 (2), 647(2011).</li>
<li>Ding, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+acoustic+wave+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Surface acoustic wave microfluidics.</a> Lab on a Chip. 13 (18), 3626-3649 (2013).</li>
<li>Destgeer, G., Sung, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+microfluidic+actuation+and+micro-object+manipulation+via+surface+acoustic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Recent advances in microfluidic actuation and micro-object manipulation via surface acoustic waves.</a> Lab on a Chip. 15 (13), 2722-2738 (2015).</li>
<li>Connacher, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro%2Fnano+acoustofluidics%3A+materials%2C+phenomena%2C+design%2C+devices%2C+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Micro/nano acoustofluidics: materials, phenomena, design, devices, and applications.</a> Lab on a Chip. 18 (14), 1952-1996 (2018).</li>
<li>White, R. M., Voltmer, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+piezoelectric+coupling+to+surface+elastic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Direct piezoelectric coupling to surface elastic waves.</a> Applied Physics Letters. 7 (12), 314-316 (1965).</li>
<li>Smith, H. I., Bachner, F. J., Efremow, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+High-Yield+Photolithographic+Technique+for+Surface+Wave+Devices%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Electrochemical+Society%22%5BJournal%5D)">A High-Yield Photolithographic Technique for Surface Wave Devices.</a> Journal of the Electrochemical Society. 118 (5), 821-825 (1971).</li>
<li>Bahr, A. Fabrication techniques for surface-acoustic-wave devices. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBahr%2C+A+%22Proc.+Int.+Specialists+Seminar+on+Component+Performance+and+Systems+Applications+of+Surface+Acoustic+Wave+Devices%22">Proc. Int. Specialists Seminar on Component Performance and Systems Applications of Surface Acoustic Wave Devices</a>. , (1973).</li>
<li>Smith, H. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+techniques+for+surface-acoustic-wave+and+thin-film+optical+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+IEEE%22%5BJournal%5D)">Fabrication techniques for surface-acoustic-wave and thin-film optical devices.</a> Proceedings of the IEEE. 62 (10), 1361-1387 (1974).</li>
<li>Wilke, N., Mulcahy, A., Ye, S. R., Morrissey, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Process+optimization+and+characterization+of+silicon+microneedles+fabricated+by+wet+etch+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Microelectronics+Journal%22%5BJournal%5D)">Process optimization and characterization of silicon microneedles fabricated by wet etch technology.</a> Microelectronics Journal. 36 (7), 650-656 (2005).</li>
<li>Madou, M. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMadou%2C+MJ+%22Fundamentals+of+microfabrication%3A+the+science+of+miniaturization%22">Fundamentals of microfabrication: the science of miniaturization</a>. , CRC press. (2002).</li>
<li>Köhler, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aK%C3%B6hler%2C+M+%22Etching+in+Microsystem+Technology%22">Etching in Microsystem Technology</a>. , Wiley. (1999).</li>
<li>Brodie, I., Muray, J. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBrodie%2C+I+%22The+physics+of+micro%2Fnano-fabrication%22">The physics of micro/nano-fabrication</a>. , Springer Science & Business Media. (2013).</li>
<li>Dentry, M. B., Yeo, L. Y., Friend, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency+effects+on+the+scale+and+behavior+of+acoustic+streaming%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Frequency effects on the scale and behavior of acoustic streaming.</a> Physical Review E. 89 (1), 013203(2014).</li>
<li>Morgan, D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMorgan%2C+D+%22Surface+acoustic+wave+filters%3A+With+applications+to+electronic+communications+and+signal+processing%22">Surface acoustic wave filters: With applications to electronic communications and signal processing</a>. , Academic Press. (2010).</li>
<li>Pekarcikova, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+high+power+effects+on+Ti%2FAl+and+Ta-Si-N%2FCu%2FTa-Si-N+electrodes+for+SAW+devices%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Ultrasonics%2C+Ferroelectrics%2C+and+Frequency+Control%22%5BJournal%5D)">Investigation of high power effects on Ti/Al and Ta-Si-N/Cu/Ta-Si-N electrodes for SAW devices.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 52 (5), 911-917 (2005).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

SAW-apparaten vervaardigd van beide methoden zijn in staat het genereren van nuttige reizen golven op het oppervlak, en deze methoden ondersteunen meer complexe processen om andere ontwerpen te produceren. De resonerende frequentie is meestal een beetje lager dan de ontworpen waarde, als gevolg van de massa belasting effect van het metaal afgezet op de top. Er zijn echter nog enkele punten die het waard zijn om te bespreken om problemen te voorkomen.
Lift-off methode De keu...

Vertrouwend op het bekende omgekeerde piëzo-elektrische effect, waarbij de atoomdipools een stam creëren die overeenkomt met de toepassing van een elektrisch veld, kunnen piëzo-elektrische kristallen zoals lithium niobate LiNbO3 (LN), lithium-tantaliet LiTaO3 (LT), worden gebruikt als elektromechanische transducers om SAW voor microschaaltoepassingen te genereren1,,2,,3,4,5,6. Door het genereren van verplaatsingen tot 1 nm op 10-1000 MHz, overwint SAW-aangedreven trillingen de typische obstakels van traditionele echografie: kleine acceleratie, grote golflengten en grote apparaatgrootte. Het onderzoek naar het manipuleren van vloeistoffen en zwevende deeltjes is onlangs versneld, met een groot aantal recente en toegankelijke beoordelingen7,8,9,10.
Fabricage van SAW-geïntegreerde microfluidic apparaten vereist fabricage van de elektroden-de interdigitale transducer (IDT)11-op de piëzo-elektrische substraat om de SAW te genereren. De kam-vorm vingers creëren compressie en spanning in het substraat wanneer aangesloten op een afwisselende elektrische ingang. De fabricage van SAW-apparaten is gepresenteerd in vele publicaties, of het nu gaat om het gebruik van lift-off ultraviolette fotolithografie naast metalen sputter of natte etprocessen10. Echter, het gebrek aan kennis en vaardigheden in het fabriceren van deze apparaten is een belangrijke barrière voor toegang tot acoustofluidics door vele onderzoeksgroepen, zelfs vandaag de dag. Voor de lift-off techniek12,13,14, een offerlaag (fotoresist) met een omgekeerd patroon wordt gemaakt op een oppervlak, zodat wanneer het doelmateriaal (metaal) wordt afgezet op de gehele wafer, kan het substraat te bereiken in de gewenste regio's, gevolgd door een "lift-off" stap om de resterende fotoistres te verwijderen. Daarentegen wordt in het natte etsproces15,16,,17,18het metaal eerst op de wafer afgezet en vervolgens wordt fotoresist gemaakt met een direct patroon op het metaal, om het gewenste gebied te beschermen tegen "etsen" weg door een metaal etchant.,
In een meest gebruikt ontwerp, de rechte IDT, wordt de golflengte van de resonerende frequentie van het SAW-apparaat gedefinieerd door de periodiciteit van de vingerparen, waarbij de vingerbreedte en de afstand tussen de vingers beide <img align="center" alt="Equation" src="/files/ftp_upload/61013/61013eq2.jpg"> /419zijn. Om de elektrische stroomtransmissie-efficiëntie en het massabelastingseffect op het substraat in evenwicht te brengen, wordt de dikte van het metaal dat op het piëzo-elektrisch materiaal wordt afgezet, geoptimaliseerd om ongeveer 1% van de SAW-golflengte20te zijn. Gelokaliseerde verwarming van Ohmic verliezen21, mogelijk inducerende voortijdige vingeruitval, kan optreden als onvoldoende metaal wordt afgezet. Aan de andere kant kan een te dikke metalen film leiden tot een vermindering van de resonerende frequentie van de IDT als gevolg van een massabelasting effect en kan eventueel onbedoelde akoestische holtes te creëren van de IDT's, het isoleren van de akoestische golven die ze genereren uit het omringende substraat. Als gevolg hiervan variëren de gekozen fotoresisten- en UV-belichtingsparameters in de lift-offtechniek, afhankelijk van verschillende ontwerpen van SAW-apparaten, met name frequentie. Hier beschrijven we in detail het lift-off proces om een 100 MHz SAW-genererende apparaat te produceren op een dubbelzijdige gepolijste 0,5 mm dikke 128° Y-rotated cut LN wafer, evenals het natte etsproces om het 100 MHz-apparaat van identiek ontwerp te fabriceren. Onze aanpak biedt een microfluïdisch systeem dat onderzoek mogelijk maakt van een verscheidenheid aan fysieke problemen en biologische toepassingen.

<table><tbody><tr><td>Absorber</td><td>Dragon Skin, Smooth-On, Inc., Macungie, PA, USA</td><td>Dragon Skin 10 MEDIUM</td><td></td></tr><tr><td>Amplifier</td><td>Mini-Circuits, Brooklyn, NY, USA</td><td>ZHL&ndash;1&ndash;2W&ndash;S+</td><td></td></tr><tr><td>Camera</td><td>Nikon, Minato, Tokyo, Japan</td><td>D5300</td><td></td></tr><tr><td>Chromium etchant</td><td>Transene Company, INC, Danvers, MA, USA</td><td>1020</td><td></td></tr><tr><td>Developer</td><td>Futurrex, NJ, USA</td><td>RD6</td><td></td></tr><tr><td>Developer</td><td>EMD Performance Materials Corp., Philidaphia, PA, USA</td><td>AZ300MIF</td><td></td></tr><tr><td>Dicing saw</td><td>Disco, Tokyo, Japan</td><td>Disco Automatic Dicing Saw 3220</td><td></td></tr><tr><td>Gold etchant</td><td>Transene Company, INC, Danvers, MA, USA</td><td>Type TFA</td><td></td></tr><tr><td>Hole driller</td><td>Dremel, Mount Prospect, Illinois</td><td>Model #4000</td><td>4000 High Performance Variable Speed Rotary</td></tr><tr><td>Inverted microscope</td><td>Amscope, Irvine, CA, USA</td><td>IN480TC-FL-MF603</td><td></td></tr><tr><td>Laser Doppler vibrometer (LDV)</td><td>Polytec, Waldbronn, Germany</td><td>UHF-120</td><td>4&rdquo; double-side polished 0.5 mm thick 128&deg;Y-rotated cut lithium niobate</td></tr><tr><td>Lithium niobate substrate</td><td>PMOptics, Burlington, MA, USA</td><td>PWLN-431232</td><td></td></tr><tr><td>Mask aligner</td><td>Heidelberg Instruments, Heidelberg, Germany</td><td>MLA150</td><td>Fabrication process is performed in it.</td></tr><tr><td>Nano3 cleanroom facility</td><td>UCSD, La Jolla, CA, USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Negative photoresist</td><td>Futurrex, NJ, USA</td><td>NR9-1500PY</td><td></td></tr><tr><td>Oscilloscope</td><td>Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, USA</td><td>InfiniiVision 2000 X-Series</td><td></td></tr><tr><td>Positive photoresist</td><td></td><td>AZ1512</td><td>Denton Discovery 18 Sputter System</td></tr><tr><td>Signal generator</td><td>NF Corporation, Yokohama, Japan</td><td>WF1967 multifunction generator</td><td>Wafer Dipper 4"</td></tr><tr><td>Sputter deposition</td><td>Denton Vacuum, NJ, USA</td><td>Denton 18</td><td></td></tr><tr><td>Teflon wafer dipper</td><td>ShapeMaster, Ogden, IL, USA</td><td>SM4WD1</td><td></td></tr></tbody></table>

fabricage van surface acoustic wave-apparaten op lithium niobate

Fabrication of Surface Acoustic Wave Devices on Lithium Niobate

Manipulatie van vloeistoffen en deeltjes door akoestische actuatie op kleine schaal helpt de snelle groei van lab-on-a-chip toepassingen. Megahertz-order oppervlak akoestische golf (SAW) apparaten genereren enorme versnellingen op hun oppervlak, tot 108 m /s2, op zijn beurt verantwoordelijk voor veel van de waargenomen effecten die zijn gekomen om acoustofluidics te definiëren: akoestische streaming en akoestische stralingskrachten. Deze effecten zijn gebruikt voor deeltjes-, cel- en vloeistofbehandeling op microschaal en zelfs op nanoschaal. In dit artikel tonen we expliciet twee belangrijke fabricagemethoden van SAW-apparaten op lithium niobate: de details van lift-off en natte ettechnieken worden stap voor stap beschreven. Representatieve resultaten voor het elektrodepatroon dat op het substraat wordt afgezet, evenals de prestaties van saw die op het oppervlak wordt gegenereerd, worden in detail weergegeven. Fabricage trucs en het oplossen van problemen zijn ook gedekt. Deze procedure biedt een praktisch protocol voor hoge frequentie SAW-apparaat fabricage en integratie voor toekomstige microfluidics toepassingen.

De te meten IDT is ontworpen om een resonerende frequentie op 100 MHz te hebben, omdat de vingerbreedte en de afstand ertussen 10 μm zijn, waardoor een golflengte van 40 μm ontstaat. Figuur 1 toont het SAW-apparaat en IDT dat met deze methode is vervaardigd.
Met behulp van een oscillerend elektrisch signaal dat overeenkomt met de resonerende frequentie van de IDT, kan SAW over het oppervlak van het piëzo-elektrische materiaal worden gegenereerd. De LDV meet de trilling via het...

Twee fabricagetechnieken, lift-off en natte etsen, worden beschreven in de productie van interdigitale elektrodetransducers op een piëzo-elektrisch substraat, lithium niobate, op grote schaal gebruikt om oppervlakte akoestische golven te genereren nu vinden breed nut in micro-tot nanoschaal vloeistof. De geproduceerde elektroden worden getoond om megahertz te veroorzaken om Rayleigh oppervlakte akoestische golven te bestellen.

Fabricage van Surface Acoustic Wave-apparaten op lithium niobate

Manipulation of fluids and particles by acoustic actuation at small scale is aiding the rapid growth of lab-on-a-chip applications. Megahertz-order ...

Ons protocol toont de details van het fabriceren van typische oppervlakte akoestische golf apparaten op piëzo-elektrische substraten vooral waardevol voor mensen die dit ontluikende veld willen betreden. Het houden van vuil uit de buurt van het oppervlak tijdens het schoonmaken is van cruciaal belang in het proces van fabricage. Om de wafer voor te breken, plaats deze gedurende drie minuten op een kookplaat bij 100 graden Celsius.Verplaats de wafer vervolgens naar aluminiumfolie. Plaats de wafer op een spin coater. Met behulp van een druppelaar, plaats negatieve fotoresist op de wafer die ongeveer 75% van de wafer oppervlak.Om een fotoresistische dikte van ongeveer 1,3 micrometer te produceren, voert u het volgende programma uit op de spincoater:500 rpm met een acceleratie van 3,000 tpm per seconde gedurende vijf seconden, gevolgd door 3, 500 rpm met een acceleratie van 3.000 rpm per seconde gedurende 40 seconden. Bak de wafer door het op een kookplaat te plaatsen op 100 graden Celsius. Verhoog de kookplaattemperatuur tot 150 graden Celsius en houd die temperatuur één minuut vast.Verplaats vervolgens de wafer van de kookplaat en laat de wafer afkoelen in de lucht tot kamertemperatu

fabrication-of-surface-acoustic-wave-devices-on-lithium-niobate

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

In deze video beschrijven we eerst de fabricage en de werking procedures van een surface acoustic wave (SAW) akoestische tegenstroom apparaat. Vervolgens tonen een experimentele situatie dat zowel stromingsvisualisatie kwalitatieve en kwantitatieve analyse van complexe stromen binnen de SAW pompinrichting.

Fabricage, bediening en Flow Visualization in Surface-akoestische-wave-driven Acoustic-tegenstroom Microfluidics

Acoustofluidic apparaten maken gebruik van ultrasone golven binnen microfluïdische kanalen te manipuleren, te concentreren en te isoleren geschorst micro- en nanoscopische entiteiten. Dit protocol beschrijft de vervaardiging en werking van een dergelijk apparaat dat bulk akoestische staande golven deeltjes centrale stroomlijn richten zonder de hulp van de ommanteling vloeistoffen.

Fabricage en werking van Acoustofluidic Devices Ondersteunend Bulk Acoustic Staande golven voor Sheathless scherpstellen van Deeltjes

Supergeleidende magnetron resonatoren van belang zijn voor de detectie van licht, quantum computing toepassingen en materialen karakterisering. Dit werk geeft een gedetailleerde procedure voor de fabricage en karakterisering van supergeleidende magnetron resonator verstrooiing parameters.

Fabricage en karakterisering van Supergeleidende Resonators

We presenteren een protocol voor het vervaardigen van 1-D fotonisch kristal holtes op subwavelength diameter silica vezels (optisch nanovezels) met behulp van femtoseconde-laser-geïnduceerde ablatie.

Fabricage van 1-D Photonic Crystal Cavity op een Nanovezel behulp Femtoseconde Laser-geïnduceerde Ablation

Een protocol voor de fabrikatie van elektrochemisch actieve LiPON gebaseerde solid-state lithium-ion nanobatteries met behulp van een gerichte ion beam wordt gepresenteerd.

Gerichte Ion Beam fabricage van LiPON gebaseerde Solid-state Lithium-ion Nanobatteries voor het testen van In Situ

Een protocol voor de fabrikatie van magnetische micro- en nanostructuren met spin configuraties vorming van magnetische Draaikolken geschikt voor transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en onderzoek naar de magnetische overdracht x-ray microscopie (MTXM) wordt gepresenteerd.

Fabricage van magnetische nanostructuren op siliciumnitride membranen voor magnetische Vortex Studies met behulp van Transmission microscopie technieken

Een protocol voor het manipuleren van de deeltjes in een microfluidic-kanaal met de excitatie van een dual-frequentie wordt gepresenteerd.

Microparticle manipulatie door permanent oppervlakte akoestische golven met Dual-frequentie excitaties

Wij stellen hier een methode voor coating het oppervlak van een akoestische oppervlaktegolf (SAW) apparaat met amorf Teflon film ter verbetering van de efficiëntie van de verneveling vereist voor toepassing op een olfactorische display.

Methode van de verbetering van Surface Acoustic Wave-verstuiver efficiëntie voor olfactorische Display

We demonstreren fabricage van nanohoogtekanalen met de integratie van oppervlakte akoestische golfactuatie-apparaten op lithium niobate voor akoestische nanofluidica via liftoff fotolithografie, nano-diepte reactieve ionets en kamertemperatuurplasma oppervlakte-geactiveerde meerlaagse binding van enkelkristallithium niobaat, een proces dat ook nuttig is voor het plakken van lithiumniobate aan oxiden.

Fabricage van Nanoheight Channels waarin Surface Acoustic Wave Actuation via Lithium Niobate voor Akoestische Nanofluidics

Fabricage van piëzo-elektrische dikte modus transducers via gelijkstroom sputteren van plaatelektroden op lithium niobate wordt beschreven. Bovendien wordt een betrouwbare werking bereikt met een transducerhouder en vloeistoftoevoersysteem en wordt karakterisering aangetoond via impedantieanalyse, laserdrolbaarheid, snelle beeldvorming en druppelgrootteverdeling met behulp van laserverstrooiing.

Fabricage en karakterisering van thicknessmodus Piëzo-elektrische apparaten voor verneveling en acoustofluidics

Dit artikel volgt de levenscyclus van een siliciumnitridemembraanresonator, van ontwerp via fabricage tot karakterisering.

Fabricage en karakterisering van high-Q siliciumnitride-membraanresonatoren

Leer de fabricage van oppervlakte-acoustischegolfapparaten op lithium niobaat voor microfluidica-onderzoek. Dit protocol toont lift-off en nat-etsmethoden om betrouwbare elektroden te produceren voor akoestofluidische toepassingen.

Fabricage van Surface Acoustic Wave-apparaten op lithium niobate

Meer video's verkennen