Summary
Um método para unir permanentemente dois wafers de silício para perceber que um gabinete uniforme é descrito. Isso inclui a preparação de wafer, limpeza, ligação RT e processos de ressarcimento. Os wafers ligados resultantes (células) têm uniformidade de gabinete ~1%1,2. A geometria resultante permite medições de líquidos confinados e gases.
Abstract
Medições da capacidade de calor e fração supérflua de 4confinados Ele foi realizado perto da transição lambda usando bolachas de silício litograficamente padronizadas e ligadas. Ao contrário dos confinamentos em materiais porosos frequentemente utilizados para esses tipos de experimentos3,os wafers ligados fornecem espaços uniformes pré-assinados para confinamento. A geometria de cada célula é bem conhecida, o que remove uma grande fonte de ambiguidade na interpretação dos dados.
Wafers Si excepcionalmente plano, de 5 cm de diâmetro, 375 μm de espessura com variação de cerca de 1 μm sobre o wafer inteiro pode ser obtido comercialmente (da Companhia de Processamento de Semicondutores, por exemplo). O óxido térmico é cultivado nos wafers para definir a dimensão do confinamento na direção z. Um padrão é então gravado no óxido usando técnicas litográficas de modo a criar um gabinete desejado ao ligar. Um orifício é perfurado em um dos wafers (o topo) para permitir que a introdução do líquido seja medida. Os wafers são limpos2 em soluções RCA e, em seguida, colocados em uma câmara microlimpíada onde são enxaguados com água deionizada4. Os wafers são ligados em RT e, em seguida, annealed a ~1.100 °C. Isso forma um vínculo forte e permanente. Este processo pode ser usado para fazer gabinetes uniformes para medir propriedades térmicas e hidrodinâmicas de líquidos confinados do nanômetro até a escala de micrômetros.
Introduction
Quando wafers de silício limpos são trazidos para contato íntimo na RT, eles são atraídos um pelo outro através das forças van der Waals e formam laços locais fracos. Essa ligação pode ser muito mais forte, a ressarando a temperaturas mais altasde 5,6. A ligação pode ser feita com sucesso com superfícies de SiO2 para Si ou SiO2 para SiO2. A ligação de wafers Si é mais comumente usada para silício em dispositivos isoladores, sensores e atuadores à base de silício e dispositivos ópticos7. O trabalho descrito aqui leva a ligação direta de wafer em uma direção diferente, usando-o para alcançar gabinetes bem definidos e uniformemente espaçados sobre toda a área de wafer8,9. Ter uma geometria bem definida onde o fluido pode ser introduzido permite que medidas sejam realizadas a fim de determinar o efeito do confinamento nas propriedades do fluido. Fluxos hidrodinâmicos podem ser estudados onde a pequena dimensão pode ser controlada de dezenas de nanômetros a vários micrômetros.
O SiO2 pode ser cultivado em wafers Si usando um processo de óxido térmico úmido ou seco em um forno. O SiO2 pode então ser padronizado e gravado conforme desejado usando técnicas litográficas. Padrões que têm sido usados em nosso trabalho incluem um padrão de postagens de suporte amplamente espaçadas que resulta em ligação em um planar ou geometria de filme (ver Figura 1). Também padronizamos canais para características unidimensionais, e matrizes de caixas, de (1 μm)3 ou (2 μm)3 dimensão3 (ver Figura 2). Ao projetar um confinamento com caixas, tipicamente 10-60 milhões em um wafer, precisa haver uma maneira de encher todas as caixas individuais. Uma padronização separada do wafer superior com um design que fica fora dos dois wafers por 30 nm ou mais permite isso. Ou, equivalentemente, canais rasos podem ser projetados no wafer superior para que todas as caixas estejam ligadas. A espessura do óxido cultivado no wafer superior é diferente da do wafer inferior. Isso adiciona outro grau de flexibilidade e complexidade ao projeto. Ser capaz de padronizar ambos os wafers permite que uma maior variedade de geometrias de confinamento seja realizada.
O tamanho das características geométricas nestes wafers ligados, ou células, pode variar. Células com filmes planares de até 30 nm foram feitas com sucesso10,11. Em espessuras abaixo disso, o sobresssocimento pode ocorrer pelo qual os wafers se curvam ao redor dos postes de suporte, assim "selando" a célula. Recentemente, uma série de medições no líquido 4Ele foi realizado com uma matriz de (2 μm)3 caixas com distância de separação variada entre elas10,12. Características muito maiores em profundidade do que 2 μm não são muito práticas devido ao tempo crescente necessário para cultivar o óxido. No entanto, as medidas foram feitas com um óxido tão grosso quanto 3,9 μm9. Os limites da pequenidade da dimensão lateral decorrem dos limites das capacidades de litografia. O limite para a grandeza da dimensão lateral é determinado pelo tamanho do wafer. Criamos com sucesso as células do planar onde a dimensão lateral abrangeu quase todo o diâmetro do wafer, mas poderíamos imaginar facilmente padronizar várias estruturas menores na ordem de dezenas de nanômetros de largura. No entanto, tais estruturas exigiriam litografia de feixe eletrônico. Não fizemos isso até agora.
Em todo o nosso trabalho, os wafers ligados formaram um gabinete apertado de vácuo. Isso é conseguido retendo no óxido padronizado um anel sólido de SiO2 de 3-4 mm de largura no perímetro do wafer, ver Figura 1. Isso, ao se unir, forma um selo apertado. Este projeto poderia ser facilmente modificado se alguém estivesse interessado em estudos hidrodinâmicos que requerem uma entrada e uma saída.
A pressão das células ligadas também foi testada. Descobrimos que com wafers de 375 μm de espessura, a pressão até aproximadamente nove atmosferas poderia ser aplicada. No entanto, não estudamos como isso poderia ser melhorado por ligação sobre áreas de óxido maiores ou, talvez, para wafers mais espessos.
O procedimento para interligar as células de silício a uma linha de enchimento e as técnicas para medir as propriedades do hélio confinado a baixa temperatura é dado em Mehta et al. 2 e Gasparini et al. 13 Observamos que as mudanças na dimensão linear para o silício são de apenas 0,02% ao resfriar as células14. Isso é insignificante para os padrões formados na RT.
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Protocol
1. Antes de ligar, preparação de wafer
Esta etapa, exceto 1.8, é feita na sala de limpeza da Cornell Nanoscale Facility.
- Cresça os óxidos em um forno de oxidação térmica padrão usando um processo de óxido molhado para óxidos grossos e, para obter um melhor controle de espessura, um processo de óxido seco para óxidos muito finos. Verifique a espessura da uniformidade sobre o wafer completo com elítida.
- Crie uma máscara para a geometria que você deseja gravar.
- Gire fotoresist nos wafers sendo gravados.
- Exponha, desenvolva e faça um wafer de teste e examine com um microscópio apropriado.
- Se o wafer de teste for exposto conforme desejado, etch o wafer de teste. A razão da espessura do óxido para a dimensão característica lateral determinará se uma gravura molhada ou seca é apropriada. Uma vez que as etches molhadas são isotrópicos eles não produzirão paredes verticais no óxido. Em muitos casos, isso não importa. Se forem desejadas paredes verticais, pode-se usar gravura de íon de reação. Se a gravação for bem sucedida, prossiga com os outros wafers. Muitas vezes, as propriedades hidrofóbicas/hidrofílicas de Si e SiO2 podem ser usadas para ver se o processo de gravação foi bem sucedido.
- Remova o fotoresist dos wafers. Para a maioria dos fotoresistas, isso pode ser feito inicialmente com álcool isopropílico e acetona. No entanto, alguma pequena quantidade de resistência ainda permanecerá nos wafers. Essa resistência precisa ser completamente removida para conseguir uma boa ligação.
- Use um breve processo de descumção de oxigênio de 20 min em um íon reativo etcher. Isso removerá o que resta fotoresistista nas bolachas. No entanto, isso também adicionará algumas camadas de óxido ao silício exposto. Isso é tipicamente 1-4 nm15.
- Faça o orifício de enchimento no wafer superior. Isso pode ser feito com brocas com ponta de diamante e lubrificação de corte inteligente (veja Materiais para detalhes do fabricante). Enxágüe o corte inteligente imediatamente após a perfuração com água deionizada. A perfuração também pode ser feita usando uma pasta de diamante com grão de 3-9 μm para enchimento de orifícios maiores que ~0,124 cm de diâmetro. O corte inteligente pode ser novamente usado para lubrificação. Usamos uma pequena prensa de perfuração de precisão a 1.000-2.000 rpm.
2. Preparação de ligação
- Para ligar bolachas, a limpeza é primordial. Existem alguns passos que devem ser tomados para limpar os wafers. Primeiro, limpe com banhos de RCA.
- Enxágüe wafers em água desionizada (DI).
- Limpe no banho de ácido "RCA". O banho de ácido RCA é H2O:H2O2:HCl com as proporções de 5:1:1. Coloque wafers em ácido RCA de 80 °C por 15 minutos com os lados padronizados voltados para cima. Esta etapa eliminará qualquer contaminação metálica.
- Remova os wafers do ácido e enxágue no banho d'água por 5 minutos.
- Limpe na base "RCA" em seguida. Base RCA é H2O:H2O2:NH4OH com as proporções de 10:2:1. Coloque wafers na base de RCA de 80 °C por 15 minutos com os lados padronizados voltados para cima. Esta etapa eliminará qualquer contaminação orgânica.
- Enxágüe wafers em banho d'água DI por ~15 min.
- Os wafers precisam ser removidos do banho d'água DI e permanecer limpos para que ocorram laços adequados. Isso é feito em duas etapas:
- Primeiro, coloque os wafers com seus lados gravados estampados de frente um para o outro em um mandril Teflon em uma microcâmara limpa, como mostrado na Figura 3B. Eles são separados por abas Teflon de ~1 mm. Pulverize a água deionizada entre os wafers enquanto eles giram lentamente (~10-60 rpm) por ~2 min, a fim de remover qualquer contaminação de partículas. Um filme de água será deixado entre os wafers neste momento. Isso evita a contaminação da poeira antes do próximo passo.
- Cubra os wafers com a tampa acrílica clara e gire os wafers secos por ~30 min a 3.000 rpm. Use uma lâmpada de calor infravermelha de 250 W para auxiliar no processo de secagem. A fiação rápida vai prender qualquer contaminante de partículas com a ejeção do filme de água, como na Figura 3C.
- Antes de remover a tampa sobre os wafers, remova as abas que separam os wafers girando a tampa. Isso trará os wafers em contato local leve enquanto ainda está na câmara microlimpa. Agora os wafers podem ser removidos com segurança da câmara microlimpísa em seu porta-aviões. A pequena distância de aproximadamente 1 μm entre os wafers minimizará a contaminação da poeira durante esta etapa. Além disso, não pegue os wafers com pinças neste momento, pois isso iniciaria a ligação assimétrica. Em vez disso, transporte os wafers com o uso do porta-aviões removível para a prensa da árvore.
3. Ligação de wafer
- Pressione os dois wafers juntos usando uma prensa arbor e uma bola bastante rígida e suave (Nerf). A bola Nerf é usada para aplicar pressão nos wafers do meio para fora. A pressão aplicada desta forma permite que o ar preso seja empurrado para fora à medida que a onda de ligação se espalha do centro para fora. Iniciar a ligação no centro minimiza as tensões que são construídas à medida que os wafers contornam uns aos outros. Os wafers têm um achatamento de estado livre de cerca de 1 μm, enquanto as lacunas alcançadas na ligação são uniformes dentro de alguns nm. Assim, os wafers devem distorcer de seu estado livre para conseguir isso.
- Verifique a ligação procurando por franjas de interferência usando uma fonte de luz infravermelha e detector com um filtro de passagem de 1 μm de altura. As imagens da amostra são mostradas nas Figuras 4 e 5. As franjas de interferência (anéis de Newton) aparecerão se houver má ligação. Se a ligação for boa, pode-se passar para o passo 3.3. Se o vínculo é ruim e há não-universidades, proceda da seguinte forma.
- Coloque a célula em um plano óptico, cubra com papel filtro para proteger e amorteça o wafer superior e pressione os wafers junto com pinças de wafer. Empurre "bolhas" desossadas para o meio (onde há o orifício de enchimento) ou para as bordas. Tenha cuidado ao aplicar força perto das bordas, pois os wafers podem ser ligeiramente deslocados centro para centro. A pressão perto das bordas, portanto, pode fazer com que o wafer superior quebre se ele sobrepõe o wafer inferior.
- Se as irregularidades de ligação persistirem ou uma partícula de poeira for evidente, divida os wafers com uma lâmina de barbear entre eles. Repita o processo desde o início (etapa 2.1.1). Até agora, a ligação é reversível. Os wafers podem ser ressarcidos na RT muitas vezes enquanto tentam obter vínculos aceitáveis.
- Após a obtenção de vínculo RT aceitável, passa-se a anneal os wafers. Temperaturas acima de 900 °C precisam ser atingidas para ter certeza deque a 5,6.
- Enloucar a célula em um mandril de vácuo de quartzo de tal forma que o orifício de enchimento esteja centrado sobre o orifício de bombeamento no mandril. O mandril está conectado a um tubo de bombeamento de quartzo que é usado para evacuar a célula antes e durante o processo de ressaramento. Este tubo se estende fora do forno. Evacuar a célula faz com que uma pressão de uma atmosfera seja aplicada à célula. Isso vai ajudar com a ligação. O bombeamento também é necessário para evitar o acúmulo de pressão se a temperatura do forno force for aumentada muito rapidamente. O tempo que leva para diminuir significativamente a pressão na célula dependerá da geometria dentro da célula.
- Para evitar o crescimento de óxido do lado de fora da célula, purigue a câmara do forno com um gás não reencenante, tipicamente 4 He, de modo que nenhum óxidoseja cultivado.
- Para permitir que as cepas tenham tempo para relaxar, é importante aumentar as temperaturas de 250-1.200 °C ao longo de ~4 horas. Depois de ficar a 1.200 °C por pelo menos 4 horas, desligue o forno.
- Deixe o sistema esfriar para RT.
- Analise a célula mais uma vez usando a fonte e o detector de luz infravermelha, como mostrado na Figura 6. Se a renasceção correu bem, a célula vai parecer tão boa quanto, ou muitas vezes melhor do que, quando inicialmente colocada no forno. Se há franjas inaceitáveis indicando má ligação, todo o processo deve ser repetido desde o início; no entanto, isso deve ser feito com novos wafers. Uma vez ressutado, o vínculo entre wafers é permanente e não há divisão possível.
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Representative Results
Wafers devidamente ligados não terão regiões desabondadas. Tentar dividir os wafers após a recaída fará com que a célula se quebre em pedaços devido à força do vínculo. Imagens infravermelhas de wafer devidamente ligados são mostradas nas Figuras 5 e 6. Muitas vezes o ressarcimento melhora a uniformidade da célula, especialmente se as regiões locais não aderidas são devido à falta de achatamento nos wafers. Na Figura 5, os pontos de luz e a fronteira são áreas ligadas. O ponto brilhante central é o buraco para encher a cela. Nas áreas escuras, o wafer está em uma separação de 0,321 μm. A única região sem acordo na Figura 5 está perto da fronteira no lado superior esquerdo da imagem. Uma vez que está localizado além da borda da borda do óxido, e assim não poderia ser preenchido com líquido, isso não afetaria o uso desta célula.
Existem múltiplos sintomas de má ligação que podem se manifestar, porém o mais comum é ter uma partícula presa entre os wafers. Isso fará com que a falta de ligação localizada ocorra e seja visível através da aparência de interferência que Newton anéis na imagem infravermelha, como na Figura 4A. Esta célula tem um amplo anel de óxido por fora e dentro desta região podemos ver vários pequenos anéis indicando regiões não-americanas. Além disso, perto do centro, onde um padrão quadrado de canais são formados (não visíveis), há um padrão de vários anéis newton. Essas células não seriam adequadas para uso. Na Figura 4B tentamos fechar a região sem acordo aplicando pressão localmente. Isso é parcialmente eficaz, e há menos anéis, mas ainda há pequenas inhomogeneidades. Esses wafers foram então divididos e o processo de ligação foi reiniciado.
Outro possível cenário de baixa ligação é o excesso de vínculo. Isso ocorre quando não há postagens de suporte suficientes entre os wafers para manter a separação uniforme, ou os postes não são grandes o suficiente, fazendo com que a célula entre em colapso,16ouseja, ligando diretamente silício ao silício. A inclinação dos wafers ocorre entre os postes até o ponto em que não há mais nenhuma lacuna entre os wafers. Isso não é facilmente observado através da imagem infravermelha e geralmente só é descoberto quando a célula é incapaz de ser preenchida. O excesso de bônus é uma preocupação significativa principalmente quando se lida com lacunas muito pequenas (dezenas de nanômetros) onde as forças van der Waals são maiores.
Um terceiro problema potencial com wafers de ligação é que às vezes os wafers, não importa o quão limpos, simplesmente não são planos o suficiente para se unirem. Embora raro, por causa dos wafers excepcionalmente planos usados, às vezes a má ligação entre wafers persistirá. O processo de ligação envolve dois wafers superando seu achatamento de estado livre e contornando um ao outro em uma separação uniforme. Isso requer um estresse substancial em ambos os wafers e pode levar à falta de ligação devido ao excesso de estresse. Quanto mais grossa a bolacha, mais difícil é a ligação, já que os wafers perdem flexibilidade6. Quando ocorre a persistente falta de ligação, deve-se usar um novo wafer e tentar se relacionar novamente. Se a ligação novamente for ruim nos mesmos locais gerais do wafer, o wafer reutilizado não é plano o suficiente para a ligação e deve ser substituído.
Para alcançar estruturas celulares uniformes, os wafers são estudados na RT antes e depois da ligação. Antes da ligação, a espessura do óxido cultivado no silício antes da padronização é medida usando elipsometry. Após a padronização, um microscópio de força atômica pode ser usado para confirmar dimensões. Padrões mais complicados ou menores requerem o uso de um microscópio eletrônico para analisar o padrão. Depois de ligar os wafers em uma separação desejada, a interferometria Fabry-Perot pode ser usada para determinar a separação local da estrutura ligada. Com múltiplas medidas ao longo da face dos wafers ligados, a separação entre eles pode ser mapeada como mostrado na Figura 7. O método Fabry-Perot usa a interferência da luz transmitida à medida que se multiplica refletida pelas superfícies paralelas da célula. No entanto, isso só pode ser usado se o espaçamento for maior que metade do comprimento de onda de absorção de corte para Si. Assim, o limite inferior para verificar a ligação com a interferometria Fabry-Perot é de cerca de 0,57 μm9. Esses métodos, combinados com a imagem infravermelha da célula, confirmam a uniformidade da estrutura celular.
Figura 1. Desenho esquemático de dois wafers prontos para serem ligados (superior). O azul representa o Si enquanto o vermelho representa o SiO2. O wafer esquerdo foi padronizado litograficamente com postes de suporte. O wafer direito não foi padronizado neste exemplo, embora muitas vezes ele será padronizado. A combinação dos dois wafers como indicado cria uma geometria planar de separação uniforme interrompida pelos postes de suporte. Os wafers são ligados em RT (inferior). Este vínculo é fraco, e os wafers precisarão ser ressarcidos para fortalecer o vínculo. Clique aqui para ver imagem maior.
Figura 2. Um desenho transversal de dois wafers padronizados juntos. O wafer inferior tem caixas que foram gravadas no óxido usando litografia de feixe de íons (estes são os quadrados roxos escuros). O wafer superior tem postes de suporte, mostrados pelos quadrados vermelhos, que mantêm o vacilo superior 33 nm acima do wafer inferior. Essas características não são para escalar neste desenho. Clique aqui para ver imagem maior.
Figura 3. Diagrama esquemático do processo de lavagem e secagem rt na câmara micro-limpa. A) mostra os dois wafers. B) os wafers foram colocados no rotador e são separados a uma distância de aproximadamente 1 mm por três abas espaçadoras. Um jato de água deionizada é pulverizado entre os wafers enquanto giram lentamente. C) os wafers foram cobertos e giram a 3.000 rpm para secá-los sob uma lâmpada de calor infravermelha. Após esse processo, as guias de separação são movidas para fora do caminho, girando a tampa antes da exposição ao ambiente laboratorial. Clique aqui para ver imagem maior.
Figura 4. A) Imagens infravermelhas de uma célula após a ligação inicial de RT. Existem algumas áreas claramente desabonadas (anéis de luz) na fronteira que não são grandes o suficiente para comprometer o uso da célula. No entanto, perto do centro, os anéis múltiplos indicam que há uma área desapesada onde a separação é ~3 μm. B) Depois de tentar forçar a ligação nesta região aplicando uma pressão localmente, é claro que há uma partícula presa entre os wafers perto do centro causando a falta de ligação. Esses wafers terão que ser divididos e o processo reiniciado. Note que ao longo das imagens há uma fraca ondulação vista mais claramente ao longo da fronteira escura e ampla ligada. Isso se deve às variações de espessura dos próprios wafers de silício e não à sua separação. Clique aqui para ver imagem maior.
Figura 5. Uma imagem infravermelha de perto de uma seção de uma célula. Devido à espessura do óxido cultivado para esta célula, 0,321 μm, os postes de suporte podem ser claramente vistos nesta imagem como as manchas de luz regulares em toda a célula. O ponto brilhante no centro é o buraco de enchimento. Uma ligeira falta de ligação pode ser vista nas bordas da imagem do lado esquerdo. Clique aqui para ver imagem maior.
Figura 6. Imagem infravermelha de uma célula imediatamente antes (A) e depois (B) de ressar. Há dois lugares onde há falta de ligação, como evidenciado pelos anéis de luz. A ressarção fez com que a localização e o tamanho das áreas não anexadas mudassem. O patter "esquartejado" que cobre a maior parte do wafer é a área ativa para uso experimental. Isso é completamente uniforme. A área escura ao redor do buraco central brilhante é provavelmente uma reação química devido ao backstreaming da bomba mecânica. Clique aqui para ver imagem maior.
Figura 7. Uniformidade típica de espaçamento para bolachas bem ligadas. Esta trama foi obtida usando interferometria Fabry-Perot em uma série de medições sobre uma área ~20 mm x 20 mm nos wafers ligados. A célula foi projetada para uma separação de 0,989 μm. Como medido, o wafer ligado concorda bem com isso para melhor que 1%. Clique aqui para ver imagem maior.
Figura 8. Um desenho transversal de bolachas padronizadas com uma geometria do anel Corbino17. Duas regiões são isoladas uma da outra por um anel. Um filme fino de 30 nm será formado em cima deste anel pelo padrão no wafer superior. A geometria resultante terá duas câmaras relativamente grandes separadas por um nanofilme. Clique aqui para ver imagem maior.
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Discussion
O desenvolvimento de litografia de silício adequada em combinação com a ligação direta de wafer nos permitiu fazer gabinetes apertados a vácuo com pequenas dimensões altamente uniformes sobre toda a área de um wafer de silício de 5 cm de diâmetro. Esses gabinetes nos permitiram estudar o comportamento do líquido 4Ele no bairro de sua fase transita de um líquido normal para um superfluido. Esses estudos verificaram previsões de dimensionamento de tamanho finito, bem como apontaram falhas que ainda estão a ser exploradas. O trabalho também identificou, pela primeira vez, um acoplamento muito forte que existe entre duas regiões de líquido quando separado por um filme muito fino, ~30 nm. Estudos nesse sentido continuam com células projetadas na geometria de Corbino, como mostra a Figura 8. Esta geometria tem duas regiões isoladas uma da outra por um anel e conectadas apenas por um filme de 30 nm de espessura.
Nosso método de construção celular é limitado porque a espessura do SiO2 muito maior que 2 μm é difícil de alcançar. Isso é por causa do longo tempo de crescimento do forno. No outro limite, grandes estruturas planares com separação menor que ~30 nm são difíceis de alcançar, evitando o excesso de bônus. O excesso de bônus acontece quando os dois wafers se curvam sobre os postes de suporte e tocam. Uma maneira de evitar isso é usar wafers mais grossos e/ou espaço os posts de suporte mais próximos. Não exploramos todas essas variáveis. Um wafer mais grosso, em particular, pode evitar a superabonding, no entanto, também pode ser muito rígido e não se ligar para dar uma separação uniforme. Conseguimos a separação de até 10 nm em uma estrutura onde foram feitos estudos em canal de larguras que variavam de 2-20 μm18. Neste limite é preciso se preocupar com as variações de curto alcance na superfície do silício que podem ser mapeadas com um Microscópio de Força Atômica18.
Existem outros métodos de ligação que podem ser considerados. A ligação eletrostática pode ser usada para ligação de vidro ao silício. Este processo é mais adequado para a ligação sobre uma pequena área, uma vez que se inicia a ligação com um eletrodo em alta tensão e a onda de ligação começa onde quer que as superfícies estejam mais próximas. Assim, a onda de ligação não é simétrica sobre a superfície dos wafers. Outra técnica de ligação com a qual experimentamos tinha um problema semelhante. Em nossos procedimentos anteriores de ligação, iniciamos a ligação usando pinças para pegar as bolachas da câmara microlimpa. Isso não foi satisfatório. Assim, como descrito, fomos ao uso de um titular e ao início da ligação usando uma prensa de bola. Esta etapa também pode ser melhorada, uma vez que não exploramos os parâmetros para a rigidez ideal da bola e arranjo de imprensa.
A ligação global bem sucedida de silício deve começar com wafers excepcionalmente planos. O nosso é especificado para ser plano com 1 μm acima do tamanho total de 5 cm. Uma vez que espaçamos dois wafers tão perto quanto 30 nm, pode-se ver que deve haver deformação substancial dos wafers à medida que se curvam para alcançar esta separação. Isso sugere que os wafers não podem ser muito grossos. Não exploramos variações na espessura do wafer desde que tivemos sucesso com 375 μm.
Pequenas cavidades também podem ser alcançadas usando um processo de ligação anodica, usando vidro no vidro19 ou vidro no silício20. Estas técnicas produziram cavidades planares na faixa de 30 nm a 11 μm. Essas estruturas têm uma seção transversal menor do que as células que fazemos por mais de uma ordem de magnitude, 0,2-0,7 cm2 vs 12 cm2 para nossas células. Eles também podem ser feitos sem postes de suporte porque vidro muito mais grosso e silício são usados. Assim, embora suas técnicas representem outra maneira viável de alcançar câmaras micro-para nanofluidic, parece-nos que a ligação direta de wafer com a possibilidade de padronização de ambos os wafers é uma técnica mais variável que permitiu a formação de estruturas bidimensionais, unidimensionais e bidimensionais. As células de Dimov et al. 19 e Duh et al. 20 não seria adequado para nossas próprias medidas.
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Disclosures
Não temos nada para revelar.
Acknowledgments
Este trabalho foi financiado pelas bolsas NSF DMR-0605716 e DMR-1101189. Além disso, o Centro de Ciência e Tecnologia Cornell NanoScale foi usado para cultivar e padronizar os óxidos. Agradecemos a ajuda deles. Um de nós da FMG agradece o apoio da Professora Moti Lal Rustgi.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| SmartCut | North American Tool | FL 130 | Not much is needed per cell. Smaller sizes are available. |
| Silicon Wafers | Semiconductor Processing Co | There are many suppliers. Pay attention to thickness and thickness variation when ordering. | |
| Deionized Water | General Availability | ||
| Peroxide | General Availability | ||
| Hydrochloric Acid | General Availability | ||
| Ammonium Hydroxide | General Availability | ||
| Nitrogen Gas | General Availability | ||
| Helium Gas | General Availability | ||
| Diamond Paste | Beuler Metadi II | e.g. 406533032 | |
| Diamond Drills | Starlite | e.g. 115010 | |
| Pyrex Dishes | General Availability | ||
| Filter Paper | Whatman | 1001-110 | |
| Acetone | General Availability | ||
| Methanol | General Availability | ||
| Quartz tubes for flushing furnace | General Availability | ||
| Rubber vacuum hose | General Availability |
References
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