Name: Wytwarzanie powierzchniowych urządzeń fal akustycznych na niobianie litu (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-06-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 55 s
Description: Poznaj techniki wytwarzania urządzeń fal akustycznych na niobianie litu metodą lift-off i trawienia mokrego. Protokół obejmuje nanoszenie fotorezystu, napylanie chromu i aluminium oraz charakteryzację fal Rayleigha w zakresie megahertzów.

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

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).

1. Produkcja urządzenia SAW metodą lift-off
<ol>
	<li>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 na powierzchni pojawi się kurz lub zanieczyszczenia, rozpocznij ten krok od nowa. </li>
	<li>Umieść wafel na płycie grzejnej w temperaturze 100 °C, aby piec przez 3 min. 
	UWAGA: Ze względu na właściwości piroelektryczne LN będzie generować ładunki statyczne i związane z nimi naprężenia w płytce podczas ogrzewania i chłodzenia. Zaleca się ułożenie wafla na kawałku folii aluminiowej (Al) po wyjęciu go z płyty grzejnej, aby uwolnić ładunki elektrostatyczne i uniknąć jego złamania. </li>
	<li>Umieść wafel na wirówce. Za pomocą zakraplacza pokryj około 75% powierzchni płytki negatywowym fotorezystem (NR9-1500PY). Zaprogramuj prędkość 500 obr./min z przyspieszeniem 3 000 obr./min przez 5 sekund, a następnie prędkość 3 500 obr./min z przyspieszeniem 3 000 obr./min przez 40 sekund, aby wytworzyć warstwę fotorezystu około 1,3 μm. 
	UWAGA: Wykonać powlekanie wirowe w dygestorium. Wdychanie oparów fotorezystu może powodować bóle głowy. 
	UWAGA: Grubość może się różnić w zależności od stanu fotorezystu i użytej powlekarki wirowej, nawet przy tych samych ustawieniach wirowania. Fotokursor może być obracany poza krawędź i na krawędź awersu płytki; Należy go usunąć za pomocą wacika nasączonego acetonem. Pozostawiony w obecności fotorezystor przyklei wafel do płyty grzejnej podczas miękkiego pieczenia.</li>
	<li>Aby upiec na miękko, umieść wafel na płycie grzejnej w temperaturze 100 °C, zwiększ temperaturę do 150 °C, trzymaj go w temperaturze 150 °C przez 1 minutę. Następnie zdejmij wafel z płyty grzejnej i pozwól mu ostygnąć na powietrzu do temperatury pokojowej (RT). 
	UWAGA: Ze względu na efekt piroelektryczny, jeśli temperatura płytki LN zostanie nagle zmieniona, na przykład poprzez bezpośrednie przeniesienie płytki LN na płytę grzejną lub folię Al w temperaturze 150 °C, szok termiczny wewnątrz płytki prawdopodobnie ją rozbije. Obecność niejednorodnego metalu na powierzchni, takiego jak elektrody, znacznie zwiększa to ryzyko. W zastosowaniach, w których przezroczystość LN nie jest ważna, należy rozważyć użycie tak zwanego "czarnego" LN lub dokładniej zredukowanego LN, który jest ciemnobrązowy i półprzezroczysty, ale ma znikomą piroelektryczność.</li>
	<li>Przenieś wafel do nakładki maski (MLA150) w celu ekspozycji na promieniowanie ultrafioletowe. Naświetlić fotorezystor dawką energii 400 mJ/cm2 przy długości fali 375 nm. Wymagana dawka może się różnić w zależności od konstrukcji maski oraz wieku i stanu fotorezystu. 
	UWAGA: Kierunek rozchodzenia się fal indukowany przez IDT powinien przebiegać wzdłuż kierunku rozchodzenia się X, aby skutecznie generować SAW. Innymi słowy, oznacza to, że "palce" IDT powinny być prostopadłe do kierunku osi X. Typowi producenci wafli LN umieszczają pierwotną (większą) płytkę płasko (prostą krawędź obok płytki) prostopadłą do osi X, więc palce IDT powinny być równoległe do tego płaskiego. Niektórzy producenci wprowadzają drugą (mniejszą) płaską płytkę, aby pomóc wskazać kierunki osi Y i Z, ale ten szczegół nie ma znaczenia dla generowania SAW. Producenci często proszą o specyfikacje dotyczące wykończenia powierzchni wafla; Jeśli potrzebujesz przezroczystego wafla, poproś o dwustronnie polerowane optycznie wafle. Należy jednak pamiętać, że LN jest dwójłomny, więc każdy obiekt oświetlony standardowym światłem laboratoryjnym i widziany przez materiał da nie jeden, ale dwa obrazy. Przezwyciężenie tego problemu zostanie omówione później. Jednostronnie polerowany LN jest lepszym wyborem dla generacji SAW, jeśli nie musisz widzieć przez płytkę, ponieważ fałszywe fale akustyczne są rozpraszane przez szorstką tylną powierzchnię.</li>
	<li>Umieść wafel na płycie grzejnej w temperaturze 100 °C na 3 minuty do pieczenia po ekspozycji. Następnie przenieś go na folię aluminiową i pozwól mu ostygnąć do RT. 
	UWAGA: Wzory powinny być widoczne po wypieku poekspozycyjnym. Jeśli nie, rozważ usunięcie fotorezystu i ponowne rozpoczęcie procesu od kroku 1.1 powyżej.</li>
	<li>Rozwiń wafel, umieszczając go w zlewce wypełnionej czystym wywoływaczem RD6 na 15 sekund. Delikatnie potrząśnij zlewką podczas wywoływania. Zanurz wafel w wodzie DI na 1 minutę, a następnie opłucz wafel pod strumieniem wody DI. Na koniec użyj suchego przepływu N2, aby usunąć pozostałą wodę DI z płytki. Nigdy nie pozwól, aby płyn wyparował z powierzchni płytki. 
	UWAGA: Rozwinąć wafel w dygestorium. Unikaj wdychania oparów lub kontaktu z wywoływaczem oczami i skórą. 
	UWAGA: Po tym kroku fotolitografia jest kompletna. W tym miejscu protokół można wstrzymać.</li>
	<li>Wafelek pieczemy na twardo na płycie grzejnej w temperaturze 100°C przez 3 minuty. Następnie przenieś go na folię aluminiową i pozwól mu ostygnąć do RT. 
	UWAGA: Ten krok ma na celu usunięcie wilgoci z płytki i fotorezystu, aby zapobiec późniejszemu odgazowywaniu podczas rozpylania.</li>
	<li>W przypadku napylania elektrodowego należy umieścić płytkę w systemie napylania. Odkurzyć komorę do 5 x 10-6 mTorr. Użyć argonu o przepływie 2,5 mTorr, napylać chrom (Cr) o mocy 200 W dla 5 nm jako warstwę adhezyjną, a następnie rozpylać Al o mocy 300 W przez 400 nm, aby utworzyć elektrody przewodzące. 
	UWAGA: Czas osadzania należy obliczyć na podstawie oczekiwanej grubości i szybkości stapiania. Zamiast chromu można użyć tytanu (Ti), chociaż proces usuwania jest trudniejszy, ponieważ Ti jest twardszy. Złoto (Au) jest również powszechnie osadzane w postaci elektrod. Jednak w przypadku urządzeń SAW o wyższej częstotliwości, Al powinien zastąpić Au, aby uniknąć efektów masowego obciążenia palców Au IDT, które zmniejszają lokalną częstotliwość rezonansową SAW pod IDT, tworząc wnękę akustyczną, z której SAW może uciec tylko ze znaczną stratą.</li>
	<li>Aby uzyskać proces podnoszenia, przenieś wafel do zlewki i zanurz w acetonie. Sonikacja o średniej intensywności przez 5 minut. Spłucz wodą DI i osusz wafel za pomocą N2 flow. 
	UWAGA: Użyj acetonu w dygestorium. Unikać wdychania i kontaktu z acetonem przez skórę lub oczy. Nie połykać. 
	UWAGA: W tym miejscu protokół można wstrzymać.</li>
	<li>Użyj piły do krojenia w kostkę, aby pokroić całą płytkę w kostkę na małe kawałki chipsów jako urządzenia SAW do dalszych zastosowań. 
	UWAGA: Proces został zakończony. W tym miejscu można wstrzymać działanie protokołu. 
	UWAGA: Zamiast piły, rysik waflowy z diamentową końcówką (lub nawet nóż do szkła) może być użyty do krojenia płytki LN w kostkę przy pewnej wprawie, chociaż ze względu na anizotropię LN ważne jest, aby najpierw narysować i złamać wafel wzdłuż linii rysiarskich prostopadłych do osi X, a następnie wzdłuż linii wzdłuż osi X.</li>
</ol>
2. Produkcja urządzenia SAW metodą trawienia na mokro
<ol>
	<li>Czyszczenie rozpuszczalnikiem wafli: W pomieszczeniu czystym klasy 100 zanurzając wafel LN o średnicy 4 cali (101,6 mm) w acetonie, a następnie w IPA, a następnie wodzie demineralizowanej, każdy w kąpieli sonicyjnej na 5 minut. Podnieś wafel i osusz powierzchnię za pomocą N2, aby usunąć pozostałą wodę DI z płytki. 
	UWAGA: Używaj acetonu i IPA w dygestorium. Unikać wdychania i kontaktu skóry z IPA. Unikać kontaktu acetonu ze skórą i oczami. Nie połykać.</li>
	<li>Umieścić wafel na płycie grzejnej w temperaturze 100 °C do obróbki termicznej przez 3 minuty. Następnie przenieś go na folię aluminiową, aby ostygł do RT.</li>
	<li>Umieść wafel w systemie napylania. Odkurzyć komorę do 5 x 10-6 mTorr. Użyj przepływu argonu o mocy 2,5 mTorr, napyl Cr o mocy 200 W dla 5 nm jako warstwę adhezyjną, a następnie rozpyl Au o mocy 300 W dla 400 nm, aby utworzyć elektrody przewodzące. 
	UWAGA: W tym miejscu protokół można wstrzymać.</li>
	<li>Umieść wafel na wirówce. Za pomocą zakraplacza pokryj około 75% powierzchni płytki dodatnim fotorezystem (AZ1512). Zaprogramuj prędkość 500 obr./min z przyspieszeniem 3 000 obr./min przez 10 sekund, a następnie prędkość 4 000 obr./min z przyspieszeniem 3 000 obr./min przez 30 sekund, ostatecznie wytwarzając warstwę fotorezystu około 1,2 μm. 
	UWAGA: Wykonać powlekanie wirowe w dygestorium. Wdychanie oparów fotorezystu może powodować bóle głowy.</li>
	<li>Aby upiec na miękko, umieść wafel na płycie grzejnej w temperaturze 100 °C na 1 minutę. Następnie przenieś go na folię aluminiową i pozwól mu ostygnąć do RT.</li>
	<li>Przenieś wafel do nakładki maski (MLA150) w celu ekspozycji na promieniowanie ultrafioletowe. Naświetlić fotorezystor dawką energii 150 mJ/cm2 przy długości fali 375 nm. Wymagana dawka może się różnić w zależności od konstrukcji maski oraz wieku i stanu fotorezystu.</li>
	<li>Umieść wafel w zlewce wypełnionej czystym AZ300MIF wywoływaczem na 30 sekund. Podczas wywoływania delikatnie potrząśnij zlewką. Zanurz wafel w wodzie DI na 1 minutę, a następnie opłucz wafel pod przepływem wody DI. Na koniec użyj suchego przepływu N2, aby usunąć pozostałą wodę DI z płytki. Nigdy nie pozwól, aby jakikolwiek płyn wyparował z powierzchni płytki. 
	UWAGA: Unikaj kontaktu AZ300MIF ze skórą lub oczami. Nie połykać.</li>
	<li>Zanurz wafel w zlewce wypełnionej wytrawiaczem Au na 90 sekund, delikatnie potrząsając zlewką. Po wypłukaniu wafla pod strumieniem wody DI, wysusz go strumieniemN2, aby usunąć pozostałą wodę DI z wafla. Nigdy nie pozwól, aby jakikolwiek płyn wyparował z powierzchni płytki. 
	UWAGA: Wytrawiacz złota może być niebezpieczny dla oczu i skóry oraz powodować podrażnienie dróg oddechowych. Ten krok wymaga większej ilości środków ochrony osobistej (PPE), takich jak szkło bezpieczne, czarne rękawice neoprenowe, fartuch itp.</li>
	<li>Zanurz wafel w zlewce wypełnionej wytrawiaczem Cr na 20 sekund, delikatnie potrząsając zlewką. Po wypłukaniu wafla pod strumieniem wody DI, wysusz go strumieniemN2, aby usunąć pozostałą wodę DI z wafla. Nigdy nie pozwól, aby jakikolwiek płyn wyparował z powierzchni płytki. 
	UWAGA: Wytrawiacz chromowy może powodować podrażnienie oczu, skóry i dróg oddechowych. Ten krok wymaga również większej ilości środków ochrony osobistej.</li>
	<li>Oczyść (próbkę) wafla, wkładając ją do acetonu, a następnie IPA i wody DI w kąpieli sonicyjnej na 5 minut każda. Podnieś wafel i osusz go przepływem gazu N2 po powierzchni płytki, aby usunąć pozostałą wodę DI z płytki. 
	UWAGA: Użyj acetonu w dygestorium. Unikać wdychania i kontaktu acetonu ze skórą i oczami. Nie połykać. 
	UWAGA: Ten krok ma na celu usunięcie niepożądanego fotorezystu z płytki. W tym miejscu protokół można wstrzymać.</li>
	<li>Użyj piły do krojenia w kostkę, aby pokroić całą płytkę w dyskretne urządzenia SAW do dalszego użytku. 
	UWAGA: Proces został zakończony. W tym miejscu protokół można wstrzymać.</li>
</ol>
3. Konfiguracja eksperymentalna i testowanie
<ol>
	<li>Obserwuj urządzenie SAW pod mikroskopią optyczną w jasnym polu. 
	UWAGA: Na warstwach metalu na LN mogą występować zadrapania. Ogólnie rzecz biorąc, nie spowodują one znaczącego wpływu na wydajność urządzenia, o ile zadrapania nie są wystarczająco głębokie, aby spowodować przerwę w obwodzie.</li>
	<li>W przypadku uruchamiania SAW należy przymocować absorbery na obu końcach wzdłuż kierunku propagacji urządzenia SAW, aby zapobiec odbiciu fal akustycznych od krawędzi</li>.
	<li>Użyj generatora sygnału, aby przyłożyć sinusoidalne pole elektryczne do IDT o częstotliwości rezonansowej około 100 MHz. Wzmacniacz powinien być podłączony, aby wzmocnić sygnał. </li>
	<li>Użyj oscyloskopu, aby zmierzyć rzeczywiste napięcie, prąd i moc przyłożoną do urządzenia. Amplituda i odpowiedź częstotliwościowa SAW są mierzone za pomocą laserowego wibrometru dopplerowskiego (LDV); ruch kropli uruchamiany przez SAW jest rejestrowany za pomocą szybkiej kamery dołączonej do mikroskopu.</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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

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...

Wykorzystując znany odwrócony efekt piezoelektryczny, w którym dipole atomowe generują odkształcenie odpowiadające przyłożonemu polu elektrycznemu, kryształy piezoelektryczne, takie jak niobian litu LiNbO3 (LN) czy tantalan litu LiTaO3 (LT), mogą być stosowane jako przetworniki elektromechaniczne do generowania SAW w zastosowaniach w skali mikro1,2,3,4,5,6. Umożliwiając generowanie przemieszczeń do 1 nm przy częstotliwościach 10-1000 MHz, wibracje wywołane przez SAW pokonują typowe ograniczenia tradycyjnego ultradźwięku: małe przyspieszenie, duże długości fal oraz duże rozmiary urządzeń. Badania nad manipulacją płynami i zawieszonymi cząstkami nabrały w ostatnim czasie tempa, co potwierdza liczna liczba aktualnych i dostępnych przeglądów literatury7,8,9,10.
Wytwarzanie urządzeń mikrofluidycznych zintegrowanych z falami akustycznymi powierzchniowymi (SAW) wymaga naniesienia elektrod — przetwornika interdigitalnego (IDT)11 — na podłoże piezoelektryczne w celu generowania fal SAW. Palce o kształcie grzebienia tworzą obszary sprężania i rozciągania w podłożu po podłączeniu przemiennego sygnału elektrycznego. Proces wytwarzania urządzeń SAW został przedstawiony w wielu publikacjach, zarówno z wykorzystaniem litografii UV z techniką lift-off wraz z napylaniem metali, jak i metod trawienia mokrego10. Jednak brak wiedzy i umiejętności w zakresie wytwarzania tych urządzeń wciąż stanowi kluczową barierę wejścia w dziedzinę akustofluidyki dla wielu grup badawczych. W technice lift-off12,13,14 na powierzchni tworzy się warstwę poświęcalną (fotorezyst) o odwróconym wzorze, tak aby po nałożeniu materiału docelowego (metalu) na cały wafer, mógł on dotrzeć do podłoża w pożądanych obszarach, po czym następuje etap „lift-off” w celu usunięcia pozostałego fotorezystu. Z kolei w procesie trawienia mokrego15,16,17,18 metal jest najpierw nanoszony na wafer, a następnie na metalu tworzy się fotorezyst o bezpośrednim wzorze, aby chronić pożądany obszar przed „wytrawieniem” przez trawienie metalu.
W najczęściej stosowanej konstrukcji, czyli prostym IDT, długość fali częstotliwości rezonansowej urządzenia SAW jest zdefiniowana przez okresowość par palców, gdzie szerokość palca oraz odstęp między palcami wynoszą <img align="center" alt="Równowaga statyczna, ΣFx=0, schemat; równowaga sił, edukacyjny koncept fizyczny." src="/files/ftp_upload/61013/61013eq2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie">/419. Aby zrównoważyć wydajność transmisji prądu elektrycznego oraz efekt obciążenia masowego podłoża, grubość metalu osadzonego na materiale piezoelektrycznym optymalizuje się do poziomu około 1% długości fali SAW20. W przypadku osadzenia niewystarczającej ilości metalu może dojść do lokalnego nagrzewania spowodowanego stratami omowymi21, co potencjalnie może prowadzić do przedwczesnego uszkodzenia palców. Z drugiej strony, nadmiernie gruba warstwa metalu może spowodować obniżenie częstotliwości rezonansowej IDT ze względu na efekt obciążenia masowego i może potencjalnie doprowadzić do powstania niezamierzonych wnęk akustycznych w IDT, izolując generowane przez nie fale akustyczne od otaczającego podłoża. W konsekwencji, dobierane parametry fotorezystu i naświetlania UV różnią się w technice lift-off w zależności od różnych konstrukcji urządzeń SAW, a zwłaszcza od częstotliwości. Poniżej szczegółowo opisujemy proces lift-off w celu wytworzenia urządzenia generującego SAW o częstotliwości 100 MHz na obustronnie polerowanym waflu LN o grubości 0,5 mm i cięciu 128° Y-rotated, a także proces trawienia mokrego w celu wykonania urządzenia 100 MHz o identycznej konstrukcji. Nasze podejście oferuje system mikrofluidyczny umożliwiający badanie różnorodnych problemów fizycznych i zastosowań biologicznych.

<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, Nowy Jork, USA</td><td>ZHL&ndash; 1&ndash; 2W&ndash; S+</td><td></td></tr><tr><td>Camera</td><td>Nikon, Minato, Tokio, Japonia</td><td>D5300</td><td></td></tr><tr><td>Wytrawiacz chromowy</td><td>Transene Company, INC, Danvers, MA, Stany Zjednoczone</td><td>1020</td><td></td></tr><tr><td>Deweloper</td><td>Futurrex, NJ, USA</td><td>Deweloper RD6</td><td></td></tr><tr><td>EMD</td><td>Performance Materials Corp., Philidaphia, PA, Stany Zjednoczone</td><td>AZ300MIF</td><td></td></tr><tr><td>Piła do krojenia w kostkę</td><td>Disco, Tokio, Japonia</td><td>Disco Automatic Piła do kostki 3220</td><td></td></tr><tr><td>Złoty wytrawiacz</td><td>Transene Company, INC, Danvers, MA, USA</td><td>Wiertarka do otworów typu TFA</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Dremel, Mount Prospect, Illinois</td><td>Model #4000</td><td>4000 Wysokowydajny mikroskop obrotowy</td></tr><tr><td>odwrócony</td> o zmiennej prędkości <td>Amscope, Irvine, CA, USA</td><td>IN480TC-FL-MF603</td><td></td></tr><tr><td>Laserowy wibrometr dopplerowski (LDV)</td><td>Polytec, Waldbronn, Niemcy</td><td>UHF-120</td><td>4" obustronnie polerowane o grubości 0,5 mm 128&deg; Niobian litu z obrotem Y-rotated cut</td></tr><tr><td>Podłoże z niobianu litu</td><td>PMOptics, Burlington, MA, USA</td><td>PWLN-431232</td><td></td></tr><tr><td>Nakładka do masek</td><td>Heidelberg Instruments, Heidelberg, Niemcy</td><td>MLA150</td><td>Proces produkcji odbywa się w nim.</td></tr><tr><td>Zakład pomieszczeń czystych Nano3</td><td>UCSD, La Jolla, CA, Stany Zjednoczone</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ujemny fotorezystor</td><td>Futurrex, NJ, USA</td><td>Oscyloskop NR9-1500PY</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, USA</td><td>InfiniiVision 2000 X-Series</td><td></td></tr><tr><td>Dodatni fotorezystor</td><td></td><td>AZ1512</td><td>System napylania Denton Discovery 18</td></tr><tr><td>Generator sygnału</td><td>NF Corporation, Yokohama, Japonia</td><td>WF1967 wielofunkcyjny generator</td><td>Wafer Dipper 4"</td></tr> <tr><td>Napylanie</td><td>Denton Vacuum, NJ, USA</td><td>Denton 18</td><td></td></tr><tr><td>Teflonowy łyżka waflowa</td><td>ShapeMaster, Ogden, IL, USA</td><td>SM4WD1</td><td></td></tr></tbody></table>

wytwarzanie powierzchniowych urządzeń fal akustycznych na niobianie litu

Fabrication of Surface Acoustic Wave Devices on Lithium Niobate

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.

Pomiarowi IDT jest zaprojektowany tak, aby miał częstotliwość rezonansową 100 MHz, ponieważ szerokość palców oraz odstępy między nimi wynoszą 10 μm, co daje długość fali 40 μm. Rysunek 1 przedstawia urządzenie SAW oraz IDT wykonane tą metodą.
Wykorzystując oscylujący sygnał elektryczny dopasowany do częstotliwości rezonansowej IDT, na powierzchni materiału piezoelektrycznego można wygenerować SAW. LDV mierzy wibracje na powierzchni poprzez efekt Dopplera, a dzięki przetwarzani...

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.

Wytwarzanie powierzchniowych urządzeń fal akustycznych na niobianie litu

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

Nasz protokół przedstawia szczegóły wytwarzania typowych powierzchniowych urządzeń fal akustycznych na podłożach piezoelektrycznych, co jest szczególnie cenne dla osób chcących wejść w tę rozwijającą się dziedzinę. Trzymanie wszelkich zanieczyszczeń z dala od powierzchni podczas czyszczenia ma kluczowe znaczenie w procesie produkcji. Aby wstępnie rozbić wafel, umieść go na płycie grzejnej w temperaturze 100 stopni Celsjusza na trzy minuty.Następnie przenieś wafel na folię aluminiową. Umieść wafel na wirówce. Za pomocą zakraplacza umieść ujemny fotorezystor na płytce pokrywającej około 75% powierzchni płytki.Aby uzyskać grubość fotorezystu około 1,3 mikrometra, wykonaj następujący program na powlekarce wirowej: 500 obr./min z przyspieszeniem 3 000 obr./min na sekundę przez pięć sekund, a następnie 3 500 obr./min z przyspieszeniem 3 000 obr./min na sekundę przez 40 sekund. Upiecz wafelek, kładąc go na płycie grzejnej w temperaturze 100 stopni Celsjusza. Zwiększ temperaturę płyty grzejnej do 150 stopni Celsjusza i utrzymuj tę temperaturę przez jedną minutę.Następnie odsuń wafel od płyty grzejnej i pozwól mu ostygnąć na powietrzu do temperatury pokojowej. Nie umieszczaj wafla bezpośred

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

W tym filmie najpierw opisujemy procedury produkcji i obsługi akustycznego urządzenia przeciwprądowego powierzchniowej fali akustycznej (SAW). Następnie demonstrujemy eksperymentalną konfigurację, która pozwala zarówno na jakościową wizualizację przepływu, jak i analizę ilościową złożonych przepływów w urządzeniu pompującym SAW.

Wytwarzanie, eksploatacja i wizualizacja przepływu w mikrofluidyce akustyczno-przeciwprądowej opartej na powierzchniowych falach akustycznych

Urządzenia akustofluidyczne wykorzystują fale ultradźwiękowe w kanałach mikroprzepływowych do manipulowania, koncentracji i izolowania zawieszonych mikro i nanoskopowych jednostek. Protokół ten opisuje produkcję i działanie takiego urządzenia obsługującego masowe akustyczne fale stojące w celu skupienia cząstek w centralnym strumieniu bez pomocy płynów osłonowych.

Wytwarzanie i eksploatacja urządzeń akustyczno-przepływowych wspomagających masowe akustyczne fale stojące do bezosłonowego ogniskowania cząstek

Nadprzewodzące rezonatory mikrofalowe są interesujące dla wykrywania światła, zastosowań obliczeń kwantowych i charakteryzacji materiałów. W pracy przedstawiono szczegółową procedurę wytwarzania i charakterystyki parametrów rozpraszania nadprzewodzącego rezonatora mikrofalowego.

Wytwarzanie i charakterystyka rezonatorów nadprzewodzących

Przedstawiamy protokół wytwarzania wnęk kryształów fotonicznych 1D na włóknach krzemionkowych o średnicy podfalowej (nanowłókna optyczne) za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym.

Wytwarzanie 1-D fotonicznej wnęki kryształu na nanowłóknie za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym

Przedstawiono protokół wytwarzania elektrochemicznie aktywnych nanobaterii litowo-jonowych litowo-jonowych na bazie litów litowo-jonowych opartych na elektrochemicznie aktywnych LiPON przy użyciu skupionej wiązki jonów.

Produkcja skupionej wiązki jonów półprzewodnikowych nanobaterii litowo-jonowych na bazie LiPON do testów in situ

Przedstawiono protokół wytwarzania magnetycznych mikro- i nanostruktur o konfiguracjach spinowych tworzących wiry magnetyczne odpowiednie do badań transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) i magnetycznej transmisyjnej mikroskopii rentgenowskiej (MTXM).

Wytwarzanie nanostruktur magnetycznych na membranach z azotku krzemu do badań wirów magnetycznych z wykorzystaniem technik mikroskopii transmisyjnej

Przedstawiono protokół manipulowania mikrocząstkami w kanale mikroprzepływowym z wzbudzeniem o podwójnej częstotliwości.

Manipulacja mikrocząstkami poprzez powierzchniowe fale akustyczne z wzbudzeniami o podwójnej częstotliwości

Ustalamy tutaj metodę pokrywania powierzchni urządzenia do powierzchniowej fali akustycznej (SAW) amorficzną folią teflonową, aby poprawić wydajność atomizacji wymaganą do zastosowania na wyświetlaczu węchowym.

Metoda poprawy wydajności rozpylacza powierzchniowej fali akustycznej do wyświetlania węchowego

Pokazujemy wytwarzanie kanałów o nanowysokości z integracją urządzeń do aktywacji powierzchniowej fali akustycznej na niobianie litu dla nanofluidyki akustycznej za pomocą fotolitografii liftoff, nano-głębokiego reaktywnego trawienia jonowego i plazmowego aktywowanego powierzchniowo wielowarstwowego wiązania monokryształowego niobianu litu w temperaturze pokojowej, procesu podobnie użytecznego do wiązania niobianu litu z tlenkami.

Wytwarzanie kanałów o nanowysokości wykorzystujących aktywację powierzchniowej fali akustycznej za pomocą niobianu litu w nanofluidyce akustycznej

Opisano wytwarzanie piezoelektrycznych przetworników grubości poprzez rozpylanie elektrod płytkowych prądem stałym na niobianie litu. Dodatkowo, niezawodna praca jest osiągana dzięki uchwytowi przetwornika i systemowi zasilania płynem, a charakteryzacja jest demonstrowana za pomocą analizy impedancji, laserowej wibrometrii dopplerowskiej, szybkiego obrazowania i rozkładu wielkości kropel za pomocą rozpraszania laserowego.

Wytwarzanie i charakterystyka urządzeń piezoelektrycznych w trybie grubości do atomizacji i akustofluidyki

W tym artykule prześledzono cykl życia rezonatora membranowego z azotku krzemu, od projektu, przez produkcję, aż po charakterystykę.

Wytwarzanie i charakterystyka rezonatorów membranowych z azotku krzemu o wysokiej zawartości Q

Poznaj techniki wytwarzania urządzeń fal akustycznych na niobianie litu metodą lift-off i trawienia mokrego. Protokół obejmuje nanoszenie fotorezystu, napylanie chromu i aluminium oraz charakteryzację fal Rayleigha w zakresie megahertzów.

Wytwarzanie powierzchniowych urządzeń fal akustycznych na niobianie litu

Przeglądaj więcej filmów