Transferência Atacante induzida por laser de Ag Nanopasta

O objetivo geral dessa técnica é imprimir recursos semelhantes a filmes finos que são altamente congruentes em forma e tamanho, em um ponto de laser incidente. Essa técnica de manufatura aditiva pode imprimir interconexões abrangentes, micropontes e estruturas de alta proporção. Este é um método de gravação direta baseado na transferência direta induzida por laser, ou LIFT.

Ao contrário do LIFT tradicional, nosso processo usa uma nanopasta de prata de alta viscosidade, que minimiza qualquer interação de casamento com o substrato. A principal vantagem dessa técnica é que ela é um processo sem contato, sem bicos, que pode transferir formas de forma congruente, com dimensões que variam de alguns mícrons a mais de 100 mícrons. Comece espalhando cerca de 10 miligramas de nanopasta de prata preparada em um lado de um poço de dois micrômetros de profundidade gravado em uma lâmina de vidro.

Esta nanopasta é o substrato doador. Em seguida, usando uma lâmina de metal, espalhe a pasta no poço uniformemente e sem manchas finas. Um pequeno poço preparado com pasta funciona como uma fita de tinta.

Limpe o excesso de pasta ao redor do poço. Em seguida, seque a fita de tinta em uma caixa cheia de trinitrogênio. É necessário um ambiente de baixa umidade.

Após duas ou mais horas em temperatura ambiente, a tinta deve estar pronta para impressão. Para armazenamento por até um mês, coloque o poço voltado para baixo em uma lâmina de vidro e mantenha este conjunto em um ambiente de trinitrogênio. Para testar a viscosidade da fita, tente transferir a laser alguns voxels quadrados.

A palavra voxel"refere-se a um único elemento volumétrico de material. A forma quadrada é selecionada porque serve como um bom teste para transferência de laser congruente. Primeiro, prepare o substrato receptor, neste caso, um wafer de silício em cubos.

Anexe-o a um caminhão a vácuo em um estágio de tradução X, Y. Em seguida, coloque calços feitos do mesmo material e da mesma altura do substrato receptor, em ambos os lados do substrato. Agora, ative a bomba de vácuo para prender o substrato do receptor e os calços ao mandril.

Em seguida, coloque o substrato doador, com a tinta voltada para baixo, sobre o substrato receptor. Selecione uma abertura com a forma de voxel desejada e posicione-a no caminho do feixe. Neste exemplo, uma abertura quadrada é usada.

Usando uma câmera que é parfocal com o ponto de laser, concentre-se na camada de tinta no poço, através da parte de trás da fita. Agora, tente imprimir a laser alguns voxels. Primeiro, dispare um único pulso de laser no substrato doador.

Comece em algum lugar entre 40 e 60 milijoules por centímetro quadrado. Se a posição do foco estiver correta e se a energia for suficientemente alta, um voxel será ejetado. Verifique se há um orifício quadrado na camada de tinta da fita, o que indica que um voxel foi ejetado.

Em seguida, afaste o substrato doador e inspecione o voxel ejetado. Se o orifício não estiver visível ou claro, ajuste o foco do feixe reposicionando a objetiva. Se o foco estiver correto, mas nenhum voxel aparecer, aumente gradualmente a energia do laser.

Se um buraco aparecer, mas parecer desaparecer rapidamente, ele pode estar sendo reabastecido com tinta. Isso ocorre quando a viscosidade da tinta é muito baixa. Tente secar a fita por mais 30 minutos.

A otimização da viscosidade da tinta da fita é a etapa mais importante no processo LIFT. Se a viscosidade da tinta for muito baixa, você não obterá formas bem definidas. E se for muito alto, os voxels irão rachar ou quebrar.

Uma vez que um voxel quadrado claro e bem definido possa ser feito, tente imprimir uma matriz de voxels, para garantir a repetibilidade do processo de transferência. Se tudo estiver bem otimizado, uma matriz bem definida de voxels deve ser transferida, o que é evidenciado por uma matriz de orifícios quadrados na fita. Muitas estruturas avançadas podem ser impressas usando essa tinta de alta viscosidade, que são impossíveis de imprimir com tinta de baixa viscosidade, como uma ponte.

Uma estrutura de ponte pode ser criada ejetando voxels sobre um microcanal ou lacuna no substrato. As estruturas piramidais podem ser criadas empilhando voxels uns sobre os outros, de forma escalonada. Pilhas de alta proporção também podem ser criadas transferindo repetidamente voxels para o substrato doador no mesmo local.

Se alguma estrutura for mais alta que cinco mícrons, insira espaçadores entre os substratos periodicamente, para que os voxels não entrem em contato com a fita de tinta. Não se esqueça de que a ótica deve sempre ser refocada após a adição de espaçadores. Formas de voxel ainda mais complexas podem ser impressas, usando um chip DMD em vez de uma abertura de imagem.

Uma imagem da forma de voxel desejada deve ser preparada previamente, no software DMD disponível comercialmente. Esse processo é descrito mais detalhadamente no protocolo de texto. Com base na imagem selecionada no software, o chip DMD refletirá o feixe de laser incidente para criar uma imagem correspondente no substrato doador.

Se executado corretamente, um voxel no formato da imagem deve ser ejetado. Usando esse método, é relativamente simples imprimir qualquer variedade de formas complexas de voxel com resolução de 10 a 20 mícrons. Após a deposição, a pasta de prata pode ser curada em estufa em condições atmosféricas, para melhorar as propriedades funcionais.

Para curar os voxels impressos no forno, transfira o substrato para um forno de 180 graus Celsius. Deixe a amostra curar por até duas horas. Em seguida, caracterize a amostra.

Uma redução significativa de volume ocorre quando os voxels são curados. Uma redução de volume de 50 a 60% é comum. Normalmente, essa redução de volume se manifesta como uma redução da espessura do voxel, e não uma diminuição nas dimensões laterais.

A viscosidade da pasta de prata tem um enorme impacto nas qualidades do voxel. Quando a viscosidade da pasta é baixa, a tensão superficial fará com que os voxels fiquem mais arredondados, perdendo sua forma original. Se a viscosidade da pasta for muito alta, os voxels tendem a se fraturar.

Quando a viscosidade da pasta está correta, as bordas do voxel são bem definidas e não há fratura. As cadeias de voxel podem ser transformadas em longas linhas condutoras usando uma técnica de ponta a ponta. Simplesmente conectar voxels retangulares, no entanto, não é muito confiável, e os links são frequentemente quebrados após o tratamento do forno.

Ao imprimir voxels interligados de ponta a ponta, esse problema pode ser evitado e linhas contínuas podem ser feitas de forma confiável. A transferência direta induzida por laser é um processo de gravação direta exclusivo, que pode transferir nanopastas de alta viscosidade de forma congruente, mantendo suas propriedades funcionais intrínsecas. Essa alta congruência entre o ponto de laser e o voxel impresso permite a fabricação de novas estruturas e superfícies, para aplicações microeletrônicas.

Com bastante prática, você deve ser capaz de transferir formas simples de forma confiável em uma a duas horas.