Fabricação de canais de nanoaltura incorporando atuação de onda acústica superficial via Niobate de lítio para nanofluidos acústicos

Nosso protocolo fornece um método de fabricação detalhado de canais de nano-altura incorporando atuação de ondas acústicas superficiais através de nióbio de lítio para nanofluidos acústicos. Esta técnica pode ser usada para realizar a superfície de plasma de temperatura ambiente ativada de ligação multicamadas de nióbio de lítio cristal único, um processo igualmente útil para ligar nióbio de lítio ou dióxido de silício e outros óxidos. Quaisquer detritos e partículas devem ser removidos durante os processos ativados da limpeza e superfície plasmática para evitar falhas de ligação na formação do canal de nano-altura.

A demonstração visual deste método pode capturar todo o processo de fabricação em detalhes, resultando em uma apresentação clara do protocolo para outros pesquisadores. Para preparar uma máscara de canal de nano-altura, coloque um wafer inscrito com um padrão projetado para ser uma fotolitografia normal em procedimentos de decolagem em um sistema de deposição sputter e desenhe o vácuo da câmara para cinco vezes 10 para o seis militorr negativo. Deixe o argônio fluir a 2,5 militorr e o cromo sputter a 200 watts para produzir uma máscara de sacrifício de 400 nanômetros de espessura em 18 minutos.

No final do depoimento, submerga completamente o wafer em um béquer de acetona e sonicate o wafer em intensidade média por 10 minutos. No final da sônicação, enxágue o wafer com água desionizada e seque o wafer com fluxo de nitrogênio seco. Em seguida, use uma serra de dicing para dividir o wafer em chips individuais com um padrão nano-fenda por chip.

Para fabricar o canal nano-altura, coloque o wafer em uma câmara de gravação de íons reativos. Defina os parâmetros da câmara como indicado para produzir um nano-fenda de 120 nanômetros de profundidade no nióbio de lítio. Para perfurar as entradas e tomadas do canal, use fita dupla face para anexar uma pequena placa de aço ao fundo de uma placa de Petri e o chip gravado à placa.

Encha o prato com água para imergir totalmente o chip e conecte uma broca de diamante de 0,5 milímetros de diâmetro a uma prensa de perfuração. Em seguida, perfurar a uma velocidade de pelo menos 10.000 rotações por minuto para máquina as entradas e tomadas desejadas. Para gravura molhada de cromo, use uma caneta de gravura de ponta de diamante para marcar claramente a superfície plana e nãotched do nióbio de lítio perfurado para acompanhar de que lado o canal de nano-altura está localizado e sonicar os chips em etchant de cromo.

Para a limpeza dos chips, coloque pares de chips compostos por um dispositivo de onda acústica de superfície e um chip de depressão nanoescala gravado e mergulhe os pares em um béquer de acetona colocado com um banho de sônica. Depois de dois minutos de sônica em acetona, sonicar as fichas em metanol por um minuto. No final da sônica do metanol, enxágue os chips em água deionizada.

Em seguida, adicione peróxido de hidrogênio ao ácido sulfúrico em uma proporção de um a três em um capô bem ventilado e coloque todos os chips em um suporte de Teflon. Coloque cuidadosamente o suporte no béquer do ácido piranha por 10 minutos antes de enxaguar as lascas e o suporte em dois banhos de água desionizantes sequenciais. Após a segunda lavagem, seque os chips com fluxo de nitrogênio seco e coloque imediatamente as amostras em equipamentos de ativação de plasma de oxigênio mantendo-as cobertas durante o manuseio para evitar contaminação.

Usando 120 watts de potência enquanto expõe os chips ao fluxo de oxigênio a 120 centímetros cúbicos padrão por 150 segundos, ative as superfícies do chip com o plasma. No final da ativação, submerga imediatamente as amostras em um banho de água desionizado fresco por pelo menos dois minutos. Depois de secar os chips com fluxo de nitrogênio seco, coloque cuidadosamente o chip nano-fenda no chip do dispositivo de onda acústica da superfície na posição desejada com os chips alinhados na orientação apropriada.

Em seguida, use pinças ou similares para pressionar a amostra de seu centro para iniciar o vínculo, aplicando pressão suave em áreas que não se ligaram após a depressão inicial. Em seguida, coloque as amostras ligadas em um grampo de espirro para exercer cargas com segurança, apesar da expansão térmica e coloque as amostras presas em um forno de temperatura ambiente. Em seguida, ajuste a temperatura do forno para 300 graus Celsius com uma taxa de rampa de dois graus Celsius por minuto máxima com um tempo de permanência de duas horas antes do desligamento automático.

Para observar o movimento do fluido na nano-fenda completa, coloque o chip nano-fenda sob um microscópio invertido e gire o chip através de um filtro de polarização linear no caminho óptico para bloquear adequadamente a imagem baseada em birefringência dobrando no niobato de lítio. Em seguida, adicione água deionizada ultrapure à entrada e imagem a progressão do fluido. Para a atuação de onda acústica superficial, conecte absorvedores às extremidades do dispositivo de onda acústica da superfície para evitar ondas acústicas refletidas e coloque a frequência de ressonância em um gerador de sinal para cerca de 40 mega-hertz.

Use um amplificador para amplificar o sinal e use um osciloscópio para medir a tensão real, corrente e potência aplicadas ao dispositivo. Em seguida, aplique um campo elétrico sinusoidal ao transdutor interdigital e regise o movimento do fluido durante a atuação dentro da nano-fenda. Nestas imagens, é mostrado o enchimento capilar de água deionizada ultrapure em um canal de 400 micrômetros de altura e um canal de 40 micrômetros de altura de 40 micrômetros.

Forças capilares desenham o enchimento fluido de toda a nano-fenda com uma gota de água ultrauso entregue através da entrada e o enchimento ocorreu mais rapidamente dentro do canal mais estreito devido à sua maior força capilar. Neste experimento, a água em uma fenda de 100 nanômetros de altura foi drenada para mostrar uma interface água-ar com o comprimento máximo no meio indicando uma energia acústica máxima no meio do dispositivo de onda acústica da superfície. Um limiar de potência aplicada de cerca de um watt é necessário para forçar a pressão acústica a ser maior do que a pressão capilar para conduzir um fenômeno de drenagem visível.

A maioria dos processos de fabricação deve ser conduzida em uma sala limpa para evitar a contaminação de partículas de microescala e o fluido usado para o enchimento deve ser ultrauso para evitar o entupimento da nano-fenda. Nossa abordagem oferece um sistema nano-acústico fluido para a investigação de uma variedade de problemas físicos e aplicações biológicas na nanoescala.