Method Article

ייצור חללים ננומטריים אחידים באמצעות מליטה וופל ישיר סיליקון

DOI:

10.3791/51179

⸱

January 9th, 2014

 ,  ,  ,  , 
1Department of Physics, The State University of New York at Buffalo, 2Joint Quantum Institute, University of Maryland, 3The National Institute of Standards and Technology, 4Cryogenics and Fluids Branch, NASA Goddard Space Flight Center, 5HRL Laboratories

In This Article

Summary

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

שיטה לחיבור קבוע של שני ופלים מסיליקון כדי לממש מארז אחיד מתוארת. זה כולל הכנת רקיקים, ניקוי, מליטה RT, ותהליכי חישול. ופלים מלוכדים וכתוצאה מכך (תאים) יש אחידות של המתחם ~ 1%1,2. הגיאומטריה המתקבלת מאפשרת מדידות של נוזלים וגזים מוגבלים.

Abstract

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

מדידות של קיבולת החום וחלק superfluid של מוגבל 4הוא בוצעו ליד המעבר lambda באמצעות ופלים סיליקון בדוגמת ליתוגרפית מלוכדות. שלא כמו כליאה בחומרים נקבוביים המשמשים לעתים קרובות עבור סוגים אלה של ניסויים3, ופלים מלוכדים לספק חללים אחידים מעוצבים מראש לכליאה. הגיאומטריה של כל תא ידועה היטב, אשר מסיר מקור גדול של עמימות בפרשנות של נתונים.

שטוח במיוחד, קוטר 5 ס"מ, 375 מיקרומטר עבה סי וופלים עם וריאציה של כ 1 מיקרומטר על כל הוופל ניתן להשיג מסחרית (מחברת עיבוד מוליכים למחצה, למשל). תחמוצת תרמית גדלה על הוופלים כדי להגדיר את מימד הכליאה בכיוון z. תבנית נחרטת בתחמוצת באמצעות טכניקות ליתוגרפיות כדי ליצור מארז רצוי בעת מליטה. חור נקדח באחד הוופלים (החלק העליון) כדי לאפשר את הכנסת הנוזל למדוד. הוופלים מנוקים2 בפתרונות RCA ולאחר מכן לשים בתא microclean שבו הם שטפו עם מים deionized4. הוופלים מחוברים ב RT ולאחר מכן annealed ב ~ 1,100 מעלות צלזיוס. זה יוצר קשר חזק וקבוע. תהליך זה יכול לשמש לייצור מארזים אחידים למדידת תכונות תרמיות והידרודינמיות של נוזלים מוגבלים מהננומטר לסולם המיקרומטר.

Introduction

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

כאשר ופלים סיליקון נקיים מובאים במגע אינטימי ב RT, הם נמשכים זה לזה באמצעות כוחות ואן דר ואלס ויוצרים קשרים מקומיים חלשים. מליטה זו יכולה להיות הרבה יותר חזקה על ידי חישול בטמפרטורות גבוהות יותר5,6. מליטה יכולה להיעשות בהצלחה עם משטחים של SiO2 כדי Si או SiO2 כדי SiO2. מליטה של ופלים Si משמשים בדרך כלל עבור סיליקון על מכשירי מבודד, חיישנים מבוססי סיליקון מפעילים, והתקנים אופטיים7. העבודה המתוארת כאן לוקחת וופל מליטה ישירה בכיוון אחר על ידי שימוש בו כדי להשיג מארזים מוגדרים היטב במרווחים אחידים על פני כל שטח הוופל8,9. לאחר גיאומטריה מוגדרת היטב שבו נוזל יכול להיות הציג מאפשר מדידות להתבצע על מנת לקבוע את ....

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

Protocol

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

1. לפני מליטה, הכנת וופל

שלב זה למעט 1.8 נעשה בחדר הנקי של מתקן ננומטרי קורנל.

  1. הגדל את תחמוצות בתנור חמצון תרמי סטנדרטי באמצעות תהליך תחמוצת רטובה עבור תחמוצות עבות, כדי להשיג בקרת עובי טובה יותר, תהליך תחמוצת יבשה עבור תחמוצות דקות מאוד. בדוק את עובי אחידות על הוופל המלא עם שלוש נקודות.
  2. צור מסכה עבור הגיאומטריה שברצונך לחרוט.
  3. ספין פוטורסיסט על הוופלים החרוטים.
  4. לחשוף, לפתח ולאפות רקיק בדיקה ולבחון עם מיקרוסקופ מתאים.
  5. אם וופל הבדיקה נחשף לפי הצורך, חרוט את רקיק הבדיקה. היחס בין עובי תחמוצת לממד תכונה לרוחב יקבע אם תחריט רטוב או יבש מתאים. מאז etches רטוב הם isotropic הם לא ייצרו קירות אנכיים בתח....

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

Results

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

ופלים מלוכדים כראוי לא יהיו אזורים unbonded. ניסיון לפצל את הוופלים לאחר חישול יגרום לתא להתפרק לחתיכות בשל עוצמת הקשר. תמונות אינפרא אדום של וופל מלוכדות מוצגות באיורים 5 ו- 6. לעתים קרובות חישול משפר את האחידות של התא, במיוחד אם אזורים מקומיים unbonded הם בשל חוסר שטוחות בופלים. באיור 5 נקודות האור והגבול הם אזורים מלוכדים. נקודת האור המרכזית היא החור למילוי התא. באזורים החשוכים הוופל נמצא בהפרדה של 0.321 מיקרומטר. האזור היחיד באיור 5 נמצא ליד הגבול .......

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

Discussion

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

הפיתוח של ליתוגרפיית סיליקון מתאימה בשילוב עם מליטה ישירה של רקיקים אפשרה לנו להכין מארזי ואקום הדוקים עם ממדים קטנים ואחידים ביותר על פני כל השטח המלא של רקיק סיליקון בקוטר 5 ס"מ. מארזים אלה אפשרו לנו ללמוד את ההתנהגות של נוזל 4הוא בשכונה של מעברי הפאזה שלה מנוזל רגיל לתנור על. מחקרים אלה אימתו תחזיות של קנה מידה בגודל סופי, כמו גם הצביעו על כשלים שנותרו להיחקר. העבודה גם זיהתה, לראשונה, צימוד חזק מאוד שקיים בין שני אזורים של נוזל כאשר מופרדים על ידי סרט דק מאוד, ~ 30 ננומטר. מחקרים לאורך קווים אלה ממשיכים עם.......

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

Disclosures

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

אין לנו מה לחשוף.

Acknowledgements

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

עבודה זו מומנה על ידי NSF מענקי DMR-0605716 ו DMR-1101189. כמו כן, מרכז המדע והטכנולוגיה של קורנל ננומטרי שימש לגידול ודפוס תחמוצות. אנו מודים להם על עזרתם. אחד מאיתנו FMG אסיר תודה על תמיכתו של הפרופסור מוטי לאל ראסטגי.

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
SmartCutNorth American ToolFL 130לא צריך הרבה לכל תא. ניתן להשיג מידות קטנות יותר.
סיליקון פרוסותמוליכים למחצהישנם ספקים רבים. שימו לב לווריאציה של עובי ועובי בעת ההזמנה.
נטולי יוניםזמינות כללית
מי חמצןזמינות כללית
חומצהזמינות כללית
אמוניום הידרוקסידזמינות כללית
חנקןזמינות כללית
הליוםכללית
משחת יהלומיםBeuler Metadi IIem>e. 406533032
מקדחי יהלוםStarlitee.g. 115010
כליזמינות כללית
נייר סינוןWhatman1001-110
אצטוןזמינות כללית
מתנולזמינות
כללית צינורות קוורץ לתנורזמינות כללית
צינורזמינות כללית
עיבוד מים הידרוכלורית גז גז זמינות < פיירקס שטיפה ואקום גומי

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Gasparini, F. M., Kimball, M. O., Mooney, K. P., Diaz-Avila, M. Finite-size scaling of He-4 at the superfluid transition. Rev. Mod. Phys. 80, 1009-1059 (2008).
  2. Mehta, S., Kimball, M. O., Gasparini, F. M. Superfluid transition of He-4 for two-dimension....

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

Silicon Wafer BondingNanoscale CavitiesDirect Wafer BondingThermal Oxide GrowthLithographic PatterningRCA CleaningInfrared DryingArbor Press BondingQuartz Vacuum ChuckFurnace Annealing

Related Articles