Method Article

Wytwarzanie powierzchniowych urządzeń fal akustycznych na niobianie litu

DOI:

10.3791/61013

⸱

June 18th, 2020

 ,  , 
1Medically Advanced Devices Laboratory, Center for Medical Devices and Instrumentation, Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Jacobs School of Engineering and Department of Surgery, School of Medicine, University of California San Diego

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dwie techniki wytwarzania, lift-off i trawienie na mokro, są opisane w produkcji międzypalcowych przetworników elektrod na podłożu piezoelektrycznym, niobianie litu, szeroko stosowanym do generowania powierzchniowych fal akustycznych, obecnie znajdującym szerokie zastosowanie w mikro i nanoskalowej fluidyce. Wykazano, że wyprodukowane elektrody skutecznie indukują powierzchniowe fale akustyczne Rayleigha rzędu megahercowego.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Manipulowanie płynami i cząstkami za pomocą akustycznego uruchamiania na małą skalę wspomaga szybki rozwój aplikacji typu lab-on-a-chip. Urządzenia do powierzchniowych fal akustycznych megahercowych (SAW) generują ogromne przyspieszenia na swojej powierzchni, do 108 m/s2, co z kolei odpowiada za wiele obserwowanych efektów, które zdefiniowano akustofluidykę: strumienie akustyczne i siły promieniowania akustycznego. Efekty te zostały wykorzystane do obchodzenia się z cząstkami, komórkami i płynami w mikroskali, a nawet w nanoskali. W tym artykule wyraźnie pokazujemy dwie główne metody wytwarzania urządzeń SAW na niobianie litu: szczegóły technik lift-off i trawienia na mokro są opisane krok po kroku. Szczegółowe informacje na temat wzoru elektrody osadzonej na podłożu oraz wydajności SAW generowanej na powierzchni są wyświetlane. Omówiono również sztuczki produkcyjne i rozwiązywanie problemów. Procedura ta oferuje praktyczny protokół do wytwarzania i integracji urządzeń SAW o wysokiej częstotliwości dla przyszłych zastosowań mikrofluidycznych.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opierając się na dobrze znanym odwrotnym efekcie piezoelektrycznym, gdzie dipole atomowe tworzą odkształcenia odpowiadające zastosowaniu pola elektrycznego, kryształy piezoelektryczne, takie jak niobian litu LiNbO3 (LN), litowo-tantalit LiTaO3 (LT), mogą być używane jako przetworniki elektromechaniczne do generowania SAW dla zastosowań w mikroskali1,2,3,4,5,6. Umożliwiając generowanie przemieszczeń do 1 nm w zakresie 10-1000 MHz, wibracje napędzane pr....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Produkcja urządzenia SAW metodą lift-off

  1. Wykonaj czyszczenie rozpuszczalnikiem wafli w pomieszczeniu czystym klasy 100, zanurzając płytkę LN o średnicy 4 cali (101,6 mm) w acetonie, a następnie w alkoholu izopropylowym (IPA), a następnie w wodzie dejonizowanej (woda DI), każda w kąpieli sonizacyjnej przez 5 minut. Podnieś wafel i przedmuchaj powierzchnię do sucha strumieniem azotu (N2), aby usunąć pozostałą wodę DI z płytki.
    UWAGA: Zanurzyć aceton i IPA w dygestorium. Unikać wdychania i kontaktu skóry z IPA. Unikać kontaktu skóry i oczu z acetonem. Nie połykać.
    UWAGA: Nie pozwól, aby jakikolwiek płyn wyparował na płytce; Jeśli n....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mierzony IDT ma częstotliwość rezonansową na poziomie 100 MHz, ponieważ szerokość palca i odstępy między nimi wynoszą 10 μm, co daje długość fali 40 μm. Rysunek 1 pokazuje urządzenie SAW i IDT wyprodukowane tą metodą.

Używając oscylacyjnego sygnału elektrycznego dopasowanego do częstotliwości rezonansowej IDT, SAW może być generowany na powierzchni materiału piezoelektrycznego. LDV mierzy drgania za pomocą efektu Dopplera na powierzchni, a dzięki przetwarzaniu sygnału informac.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Urządzenia SAW wykonane przy użyciu którejkolwiek z tych metod są w stanie generować użyteczne fale przemieszczające się na powierzchni, a metody te stanowią podstawę bardziej złożonych procesów w celu wytworzenia innych konstrukcji. Częstotliwość rezonansowa jest zwykle nieco niższa niż wartość projektowana, ze względu na efekt obciążenia masowego metalu osadzonego na wierzchu. Jednak nadal jest kilka punktów, które warto omówić, aby uniknąć problemów.

Metoda startu
Wybó.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy są wdzięczni Uniwersytetowi Kalifornijskiemu i ośrodkowi NANO3 na UC San Diego za udostępnienie funduszy i udogodnień na wsparcie tej pracy. Prace te zostały częściowo wykonane w San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) UCSD, członka National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, która jest wspierana przez National Science Foundation (grant ECCS-1542148). Prezentowana tu praca została hojnie wsparta grantem badawczym Fundacji W.M. Keck. Autorzy są również wdzięczni za wsparcie tej pracy przez Biuro Badań Marynarki Wojennej (za pośrednictwem Granta 12368098).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AbsorberDragon Skin, Smooth-On, Inc., Macungie, PA, USADragon Skin 10 MEDIUM
AmplifierMini-Circuits, Brooklyn, Nowy Jork, USAZHL– 1– 2W– S+
CameraNikon, Minato, Tokio, JaponiaD5300
Wytrawiacz chromowyTransene Company, INC, Danvers, MA, Stany Zjednoczone1020
DeweloperFuturrex, NJ, USADeweloper RD6
EMDPerformance Materials Corp., Philidaphia, PA, Stany ZjednoczoneAZ300MIF
Piła do krojenia w kostkęDisco, Tokio, JaponiaDisco Automatic Piła do kostki 3220
Złoty wytrawiaczTransene Company, INC, Danvers, MA, USAWiertarka do otworów typu TFA
Dremel, Mount Prospect, IllinoisModel #40004000 Wysokowydajny mikroskop obrotowy
odwróconyAmscope, Irvine, CA, USAIN480TC-FL-MF603
Laserowy wibrometr dopplerowski (LDV)Polytec, Waldbronn, NiemcyUHF-1204" obustronnie polerowane o grubości 0,5 mm 128° Niobian litu z obrotem Y-rotated cut
Podłoże z niobianu lituPMOptics, Burlington, MA, USAPWLN-431232
Nakładka do masekHeidelberg Instruments, Heidelberg, NiemcyMLA150Proces produkcji odbywa się w nim.
Zakład pomieszczeń czystych Nano3UCSD, La Jolla, CA, Stany Zjednoczone
Ujemny fotorezystorFuturrex, NJ, USAOscyloskop NR9-1500PY
Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, USAInfiniiVision 2000 X-Series
Dodatni fotorezystorAZ1512System napylania Denton Discovery 18
Generator sygnałuNF Corporation, Yokohama, JaponiaWF1967 wielofunkcyjny generatorWafer Dipper 4"
NapylanieDenton Vacuum, NJ, USADenton 18
Teflonowy łyżka waflowaShapeMaster, Ogden, IL, USASM4WD1
o zmiennej prędkości

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Surface Acoustic WaveLithium NiobateLift off TechniqueWet EtchingPhotolithographySputter DepositionSpin CoatingMask AlignmentIDT FabricationAcoustofluidics

Related Articles