Summary
इस पत्र microelectromechanical सिस्टम (MEMS) संरचनाओं और उपकरणों का लचीला निर्माण के लिए एक 3 डी additive Micromanufacturing रणनीति (करार दिया 'माइक्रो चिनाई') का परिचय. यह दृष्टिकोण तेजी से थर्मल annealing सक्षम सामग्री संबंध तकनीकों के साथ संयोजन के रूप में सूक्ष्म / nanoscale सामग्री के हस्तांतरण मुद्रण आधारित विधानसभा शामिल है.
Abstract
स्थानांतरण प्रिंटिंग वे elastomeric टिकटों का उपयोग करके एक अलग सब्सट्रेट करने के लिए उत्पन्न कर रहे हैं, जहां एक सब्सट्रेट से (यहाँ 'स्याही' कहा जाता है) ठोस माइक्रो / nanoscale सामग्री हस्तांतरण करने के लिए एक विधि है. स्थानांतरण प्रिंटिंग ऐसे लचीला और stretchable सौर कोशिकाओं और एलईडी सरणियों के रूप में हाल ही में उन्नत उपकरणों में पाए जाते हैं कि बेमिसाल संरचनाओं या कार्यात्मक प्रणाली के निर्माण की विषम सामग्री के एकीकरण सक्षम बनाता है. अंतरण मुद्रण सामग्री विधानसभा क्षमता में अद्वितीय विशेषताएं दर्शाती है, वहीं इस तरह की छपाई की प्रक्रिया को बढ़ाने के लिए substrates पर आत्म इकट्ठे monolayer (एसएएम) के बयान के रूप में चिपकने वाला परतों के उपयोग या सतह संशोधन सूक्ष्म प्रणाली की microassembly (MEMS) संरचनाओं में इसकी विस्तृत अनुकूलन hinders और उपकरणों. इस कमी को दूर करने के लिए, हम deterministically केवल सतह संपर्क क्षेत्र को नियंत्रित करने के माध्यम से व्यक्तिगत microscale वस्तुओं assembles जो अंतरण मुद्रण के एक उन्नत स्वरूप विकसितकिसी भी सतह परिवर्तन के बिना. एक चिपकने वाला परत या अन्य संशोधन और बाद में सामग्री संबंध प्रक्रियाओं का अभाव ही नहीं यांत्रिक संबंध सुनिश्चित है, लेकिन आगे असामान्य MEMS उपकरणों के निर्माण में अनुकूलन में विभिन्न अनुप्रयोगों को खोलता है जो इकट्ठे सामग्री के बीच भी थर्मल और बिजली के कनेक्शन,.
Introduction
इतने बड़े पैमाने पर साधारण 3 डी मशीनों के लघुरूपकरण microelectromechanical सिस्टम (MEMS), प्रदर्शन संवर्द्धन और विनिर्माण लागत में कमी 1,2 प्रदान करके आधुनिक प्रौद्योगिकियों को आगे बढ़ाने के लिए अपरिहार्य हैं. हालांकि, MEMS में तकनीकी उन्नति की वर्तमान दर विनिर्माण प्रौद्योगिकी 3-6 में निरंतर नवाचार के बिना नहीं रखा जा सकता. आम अखंड microfabrication मुख्य रूप से एकीकृत सर्किट (आईसी) के निर्माण के लिए विकसित की परत दर परत की प्रक्रिया पर निर्भर करता है. इस विधि उच्च प्रदर्शन MEMS उपकरणों के बड़े पैमाने पर उत्पादन को सक्षम करने के लिए काफी सफल रहा है. हालांकि, के कारण इसकी जटिल परत दर परत और electrochemically subtractive प्रकृति, तरह - तरह से आकार का 3 डी MEMS संरचनाओं और उपकरणों के विनिर्माण, macroworld में आसान है, इस अखंड microfabrication का उपयोग कर प्राप्त करने के लिए बहुत ही चुनौतीपूर्ण है. कम प्रक्रिया जटिलता के साथ और अधिक लचीला 3D microfabrication सक्षम करने के लिए, हम विकास के उद्देश्योंतेजी से थर्मल annealing सक्षम सामग्री संबंध तकनीकों के साथ संयोजन के रूप में सूक्ष्म / nanoscale सामग्री के हस्तांतरण मुद्रण आधारित विधानसभा शामिल है जो एक 3 डी additive Micromanufacturing रणनीति (करार दिया 'माइक्रो / नैनो चिनाई') loped.
स्थानांतरण प्रिंटिंग वे elastomeric टिकटों की नियंत्रित शुष्क आसंजन का उपयोग करके उत्पन्न या एक अलग सब्सट्रेट करने के लिए बड़े हो रहे हैं, जहां एक सब्सट्रेट से ठोस microscale सामग्री (यानी, 'ठोस स्याही') स्थानांतरित करने के लिए एक विधि है. सूक्ष्म चिनाई की विशिष्ट प्रक्रिया हस्तांतरण मुद्रण के साथ शुरू होता है. पूर्वनिर्मित ठोस स्याही एक उन्नत elastomeric टिकटों की फॉर्म और मुद्रित संरचनाओं बाद में स्याही स्याही और स्याही सब्सट्रेट आसंजन बढ़ाने के लिए तेजी से थर्मल annealing (आरटीए) का उपयोग annealed रहे है कि एक microtip स्टाम्प का उपयोग कर मुद्रित स्थानांतरण हैं. यह विनिर्माण दृष्टिकोण अन्य मौजूदा metho का उपयोग कर शामिल नहीं किया जा सकता कि असामान्य microscale संरचनाओं और उपकरणों के निर्माण में सक्षम बनाता हैडी एस 7.
MEMS सेंसर इकट्ठा करने के लिए भिन्न सामग्री की कार्यात्मक और संरचनात्मक ठोस स्याही एकीकृत करने के लिए (एक) क्षमता और सभी 3 डी संरचना के भीतर एकीकृत actuators;: लघु चिनाई अन्य तरीकों में मौजूद नहीं कई आकर्षक सुविधाओं को प्रदान करता है (ख) इकट्ठे ठोस स्याही का इंटरफेस विद्युत और थर्मल संपर्क 9,10 के रूप में कार्य कर सकते हैं; (ग) विधानसभा स्थानिक संकल्प 7 मुद्रण हस्तांतरण के लिए ठोस स्याही और उच्च सटीक यांत्रिक चरणों पैदा करने के लिए उच्च स्केलेबल और अच्छी तरह से समझ lithographic प्रक्रियाओं के उपयोग द्वारा (~ 1 माइक्रोन) ज्यादा हो सकती है; और (घ) कार्यात्मक और संरचनात्मक ठोस स्याही तलीय या वक्रीय geometries में दोनों कठोर और लचीला substrates पर एकीकृत किया जा सकता है.
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Protocol
दाता सब्सट्रेट के निर्माण के लिए 1. डिजाइन मास्क
- वांछित ज्यामिति के साथ एक मुखौटा डिजाइन. , 100 माइक्रोन x 100 माइक्रोन वर्ग सिलिकॉन व्यक्तिगत इकाइयों बनाना 100 माइक्रोन x 100 माइक्रोन वर्गों की एक सरणी आकर्षित करने के लिए.
- प्रत्येक पक्ष एक अतिरिक्त 15 माइक्रोन बाहर देने के साथ, एक समान ज्यामिति के साथ एक दूसरे मुखौटा डिजाइन. 100 माइक्रोन x 100 माइक्रोन चौकों की सरणी के लिए, 1.1 चरण में चौकों कवर कर सकते हैं कि 130 माइक्रोन x 130 माइक्रोन वर्गों की एक सरणी आकर्षित.
- लंगर ज्यामिति डिजाइन. चार 20 माइक्रोन x 40 माइक्रोन आयतों, एक वर्ग के एक किनारे के साथ केंद्रित प्रत्येक ड्रा. पहले 15 माइक्रोन 1.1 चरण में एक्स 100 माइक्रोन वर्ग मूल 100 मीटर शामिल हैं और (चित्रा 2 में दिखाया गया है) शेष 25 माइक्रोन जावक फैली कि इतनी संरचनाओं रखें.
नोट: किसी भी आकार और आयाम लंगर संपर्क नमूनों सामग्री और सब्सट्रेट दोनों के रूप में लंबे समय के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है. इस लंगर का एक सिरा मूल को शामिल किया गया1.1 कदम और दूसरे छोर में अल ज्यामिति 1.2 चरण में ज्यामिति बाहर का विस्तार करना चाहिए.
2. बहाली करने दाता सब्सट्रेट की तैयारी
- 1 माइक्रोन से 1-20 Ω • सेमी और बॉक्स ऑक्साइड परत मोटाई की चादर प्रतिरोध के साथ 3 माइक्रोन डिवाइस परत मोटाई, साथ इन्सुलेटर (एसओआई) वेफर पर एक P-प्रकार डाल दिया गया सिलिकॉन तैयार करें. नोट: विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए इन मापदंडों को बदला जा सकता है.
- स्पिन कोट photoresist (AZ5214, 30 सेकंड के लिए 3000 rpm, मोटी 1.5 माइक्रोन) और 1.1 चरण में बनाया गया मुखौटा देते हैं.
- (आर.आई.ई.) साधन, पैटर्न सोइ मे डिवाइस परत एक प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी का प्रयोग और photoresist मुखौटा हटा दें. इस कदम के बाद, क्षेत्रीय शिक्षा संस्थान etched क्षेत्र बॉक्स ऑक्साइड परत (2A चित्रा) उजागर किया है.
- स्पिन कोट photoresist (AZ5214, 30 सेकंड के लिए 3000 आरपीएम, 1.5 माइक्रोन मोटी) 1.2 चरण में बनाया गया मुखौटा के साथ और पैटर्न.
- एक गर्म थाली पर 90 सेकंड के लिए 125 डिग्री सेल्सियस पर वेफर गरम करें.
- वेफर में विसर्जित2.3 कदम से अवगत कराया बॉक्स ऑक्साइड परत खोदना 50 सेकंड के लिए 49% HF. पूरी तरह सूखने के बाद, मास्किंग photoresist (चित्रा 2 बी) को हटा दें.
- स्पिन कोट (AZ5214, 30 सेकंड के लिए 3000 आरपीएम, 1.5 माइक्रोन मोटी) और पैटर्न कदम 1.3 से प्रस्तोता डिजाइन.
- एक गर्म थाली पर 90 सेकंड के लिए 125 डिग्री सेल्सियस पर वेफर गरम करें.
- 50 मिनट के लिए 49% HF में विसर्जित कर दिया. यह कदम photoresist (चित्रा -2) पर निलंबित सिलिकॉन व्यक्तिगत इकाइयों में जिसके परिणामस्वरूप, शेष नमूनों डिवाइस परत सिलिकॉन नीचे शेष बॉक्स ऑक्साइड परत etches.
एक microtip टिकट के लिए 3. डिजाइन मास्क
- वर्ग एक एकल 100 माइक्रोन x 100 माइक्रोन के साथ एक मुखौटा डिजाइन.
- एक 100 माइक्रोन x 100 माइक्रोन क्षेत्र के अंदर कई 12 माइक्रोन x 12 माइक्रोन चौकों के साथ एक मुखौटा डिजाइन.
4. एक microtip टिकट के लिए मोल्ड बनाओ
- <1-0-0> की क्रिस्टलीय उन्मुखीकरण के साथ एक सिलिकॉन वेफर साफ, Depoप्लाज्मा (PECVD) उपकरण रासायनिक वाष्प जमाव के उपयोग सिलिकॉन नाइट्राइड की 100 एनएम बैठते हैं.
- स्पिन कोट photoresist (AZ5214, 30 सेकंड के लिए 3000 आरपीएम, 1.5 माइक्रोन मोटी) 3.2 कदम में बनाया गया मुखौटा के साथ और पैटर्न.
- पैटर्न 10:01 Buffered ऑक्साइड etchant (बीओई) का उपयोग सिलिकॉन नाइट्राइड परत.
- विआयनीकृत पानी की 170 मिलीलीटर और isopropyl शराब (आईपीए) मिश्रण एक बीकर के 40 एमएल में पोटेशियम हीड्राकसीड (KOH) की 80 ग्राम भंग.
- एक गर्म थाली पर 80 डिग्री सेल्सियस पर KOH, आईपीए, और पानी के मिश्रण गरम करें.
- ऊर्ध्व (नक़्क़ाशी दर लगभग 1 मीटर / मिनट है) क्रिस्टलीय संरचना में उजागर सिलिकॉन खोदना KOH मिश्रण के साथ बीकर में तैयार वेफर जगह है.
- उजागर सिलिकॉन पूरी तरह से etched है, के बाद, KOH मिश्रण से वेफर हटाने HF का उपयोग सिलिकॉन नाइट्राइड दूर खोदना है, और (चित्रा 3) सफाई आरसीए 1 और आरसीए 2 प्रदर्शन करते हैं.
- निम्नलिखित नुस्खा के साथ 3.1 कदम से तैयार नकाब के साथ SU-8 100 और पैटर्न के साथ कोट स्पिन: 3,000 R1 मिनट, 30 मिनट के लिए 10 मिनट और 95 डिग्री सेल्सियस के लिए 65 डिग्री सेल्सियस पर नरम सेंकना बजे, 550 MJ / 2 सेमी, और बाद सेंकना 65 डिग्री सेल्सियस पर 1 मिनट के लिए और 10 मिनट के लिए 95 डिग्री सेल्सियस (चित्रा 3 बी के साथ बेनकाब ).
- SU-8 100 पूरी तरह से ठीक हो जाने के बाद की 3-5 बूंदें गिर द्वारा की (tridecafluoro -1 ,1,2,3-tetrahydro octyl)-1-trichlorosilane एक monolayer लागू (tridecafluoro-1, 1,2,3 - tetrahydro octyl एक वैक्यूम जार में)-1-trichlorosilane और जार में वेफर रखने और वैक्यूम आवेदन.
5. एक फफूंदी का उपयोग एक microtip स्टाम्प डुप्लिकेट
- 05:01 के अनुपात के साथ polydimethylsiloxane (PDMS) का आधार है और इलाज एजेंट मिलाएं.
- एक वैक्यूम जार में डाल द्वारा मिश्रण देगास.
- मोल्ड पर degassed PDMS मिश्रण का एक छोटा सा हिस्सा डालो और PDMS reflow एक फ्लैट ऊपर की सतह (चित्रा -3 सी) प्राप्त करने के लिए करते हैं.
- पूरी तरह से PDMS इलाज करने के लिए 2 घंटे के लिए 70 डिग्री सेल्सियस पर ओवन में PDMS साथ मोल्ड रखें.
- से मोल्ड निकालेंओवन और PDMS छील (चित्रा 3 डी).
6. दाता सब्सट्रेट से स्याही निकालें और लक्षित क्षेत्र पर प्रिंट
- एक खुर्दबीन से सुसज्जित मोटर चालित घूर्णी और एक्स, वाई अनुवाद चरणों पर दाता सब्सट्रेट रखें.
- एक स्वतंत्र खड़ी translational चरण के लिए microtip स्टाम्प देते हैं.
- खुर्दबीन के तहत, translational और घूर्णी चरणों का उपयोग कर दाता सब्सट्रेट पर सी स्याही के साथ microtip स्टाम्प संरेखित. इसके अलावा, microtip सतह और एक झुकाव मंच का समायोजन करके सी स्याही के बीच झुकने संरेखण करना. बाद में, संपर्क बनाने के लिए microtip स्टाम्प नीचे लाने के लिए.
- छोटे सुझावों को पूरी तरह से ध्वस्त हो गई और पूरी सतह दाता सब्सट्रेट पर सी स्याही के साथ संपर्क में है ताकि धीरे धीरे, प्रारंभिक संपर्क के बाद नीचे आगे microtip के टिकट ले आओ.
- जल्दी से अनुसंधान करने के लिए, कारण microtip टिकट और सी स्याही के बीच बड़े संपर्क क्षेत्र के लिए लंगर तोड़ने, जेड चरण बढ़ादाता सब्सट्रेट से सी स्याही etrieve और microtip स्टाम्प को देते हैं.
नोट: microtip स्टाम्प किसी भी तनाव से मुक्त हो गया है, संकुचित microtip पुनः प्राप्त सी स्याही के साथ कम से कम संपर्क कर रही है, उसके मूल पिरामिड आकार को पुनर्स्थापित करता है. - एक एक्स, वाई, अनुवाद मंच पर रिसीवर सब्सट्रेट प्लेस और इच्छित स्थान पर microtip स्टाम्प तहत पुनः प्राप्त सी स्याही संरेखित.
- पुनः प्राप्त सी स्याही मुश्किल से रिसीवर सब्सट्रेट के साथ संपर्क में आता है, जब तक Z चरण उतर.
- संपर्क करने के बाद, धीरे धीरे इच्छित स्थान पर इसे मुद्रण, सी स्याही जारी करने के लिए जेड चरण बढ़ा.
7. संबंध प्रक्रिया
- कार्यक्रम 90 सेकंड में 950 डिग्री सेल्सियस तक आरटी से चक्र करने के लिए एक तेजी से थर्मल annealing भट्ठी, 10 मिनट के लिए 950 डिग्री सेल्सियस पर बना रहेगा और (भट्ठी में किसी भी गर्मी की आपूर्ति को हटाने के द्वारा) आर टी के लिए शांत हो जाओ.
- 950 डिग्री पर एक परिवेशी वायु पर्यावरण और पानी रखना भट्ठी में मुद्रित रिसीवर सब्सट्रेट रखेंसी सी के संबंधों के लिए या सी-Au संबंधों के लिए 30 मिनट के लिए 360 डिग्री सेल्सियस पर 10 मिनट के लिए सी.
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Representative Results
माइक्रो चिनाई अखंड microfabrication प्रक्रियाओं से प्राप्त करने के लिए बहुत ही चुनौतीपूर्ण या असंभव हैं कि MEMS संरचनाओं उत्पन्न करने के लिए विषम सामग्री एकीकरण सक्षम बनाता है. अपनी क्षमता का प्रदर्शन करने के लिए, (एक 'माइक्रो चायदानी' कहा जाता है) एक संरचना. चित्रा -4 ए एक दाता सब्सट्रेट पर गढ़े सी स्याही की एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप छवि है केवल सूक्ष्म चिनाई के माध्यम से निर्मित है. बनाया गया स्याही सूक्ष्म चायदानी की इमारत ब्लॉकों हैं जो एकल क्रिस्टलीय सिलिकॉन से बने विभिन्न आयामों के साथ डिस्क रहे हैं. एक दाता सब्सट्रेट स्वतंत्र रूप से तैयार हो जाने के बाद, डिस्क एक रिसीवर सब्सट्रेट और चित्रा 4 बी में दिखाया गया है एक microtip स्टाम्प का उपयोग परत द्वारा annealed परत पर मुद्रित स्थानांतरण हैं. सूक्ष्म चायदानी के भीतरी क्षेत्र प्रत्येक इकट्ठे डिस्क से देखा जा सकता है के रूप में खोखला है. इसके अलावा, सूक्ष्म चिनाई प्रक्रियाओं की delicateness भी स्थानान्तरण मुद्रण और नहीं बल्कि एक अति सुंदर phot annealing द्वारा परीक्षण किया जाता हैonic क्रिस्टल प्लेटलेट (आंकड़े 4C-E). Photonic सतहों पहली लिथोग्राफी nanoimprint साथ नमूनों और प्रोटोकॉल में उल्लिखित के रूप में एक दाता सब्सट्रेट पर संक्रमणीय स्याही के रूप में बना रहे हैं. स्याही के लिए पूरी तरह तैयार हो जाने के बाद, फोटोनिक क्रिस्टल प्लेटलेट चित्रा 4E में दिखाया विन्यास की तरह एक तालिका बनाने, 50 माइक्रोन मोटाई के साथ चार सी के छल्ले पर स्थानांतरित किया है.
इसके अलावा सिलिकॉन स्याही के लिए सूक्ष्म चिनाई से, चित्रा में छवियों सूक्ष्म चिनाई के 5 शो उदाहरण पतली Au फिल्मों को इकट्ठा करने के लिए अपनाया. चित्रा 5A एक दाता सब्सट्रेट पर तैयार 400 एनएम मोटी Au फिल्मों की एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप छवि है. ये स्याही आगे की कार्रवाई की और एक Au सतह (चित्रा 5 ब) पर छापा हस्तांतरण, साथ ही एक सी सतह (चित्रा 5C) पर परीक्षण कर रहे हैं.
Au पतली फिल्म विधानसभा के लिए इस माइक्रो चिनाई के साथ महत्वपूर्ण महत्व का है कि किसी भी चिपकने वाला परत, टी के अभाव मेंवह मुद्रित Au फिल्मों रिसीवर सब्सट्रेट के साथ बिजली के प्रवाहकत्त्व प्रदर्शन हस्तांतरण. यह हस्तांतरण मुद्रित Au फिल्मों और एक रिसीवर Au सतह के बीच मजबूत यांत्रिक संबंधों को प्राप्त करने के लिए मुश्किल है, घटकों वान डर है Waal बल के माध्यम से जगह में आयोजित किया है और किसी भी आगे की प्रक्रिया (चित्रा 5 ब) 9 बिना महान विद्युत प्रवाहकत्त्व प्रदर्शन कर रहे हैं.
इसके विपरीत, एक सी सतह के साथ Au पतली फिल्मों की विषम एकीकरण भी स्थानान्तरण मुद्रण और लगभग सी-Au गलनक्रांतिक तापमान में तेजी से थर्मल annealing के माध्यम से हासिल की है. Annealing प्रक्रिया के माध्यम से, सी-Au इंटरफेस में संपर्क प्रतिरोध काफी वजह सी-Au गलनक्रांतिक संबंधों को नमूना जमा धूम के समान कम है. संचरण लाइन माप (टीएलएम) प्रयोगों द्वारा यह दावा (चित्रा 5C) 10 पुष्टि की गई है.
चित्रा 1. सूक्ष्म चिनाई 7 की सामान्य प्रक्रिया का प्रवाह. एक तैयारी कदम के रूप में, एक दाता सब्सट्रेट, एक डाक टिकट, और एक रिसीवर सब्सट्रेट स्वतंत्र रूप से तैयार कर रहे हैं. (ए) एक बार विभिन्न घटकों के सभी पहले एक microtip स्टाम्प उल्टा रखा एक पारदर्शी कांच स्लाइड से जुड़ा हुआ है, व्यवस्था कर रहे हैं कि इस तरह के microtips स्टाम्प में नीचे की तरफ इशारा कर रहे हैं. स्टाम्प सुरक्षित रखा गया है, दाता सब्सट्रेट एक एक्स, वाई अक्ष मंच पर स्थित है और दुनिया भर के टिकट एक माइक्रोस्कोप के माध्यम से दाता सब्सट्रेट पर स्याही के साथ गठबंधन किया है. (बी) के बाद, दुनिया भर के टिकट दाता सब्सट्रेट करने के लिए नीचे लाया जाता है और एक प्रीलोड के टिकट पर लागू किया जाता है इस तरह के टिकट में सभी microtips पूरी तरह से ढह रहे हैं. (सी) बाद में, दुनिया भर के टिकट जल्दी से उठाया है और स्याही लिया गया है और एक डाक टिकट से जुड़ा हुआ है. (डी) retriev मुद्रित करने के लिए आदेश मेंएड स्याही, स्याही के साथ दुनिया भर के टिकट सावधानी से क्षेत्र को लक्षित करने के लिए गठबंधन और सुझावों को आंशिक रूप से ढह रहे हैं, जबकि स्याही धीरे रिसीवर सब्सट्रेट के साथ संपर्क में आता है कि ऐसे में उतारा है. (ई) स्याही रिसीवर सब्सट्रेट के साथ संपर्क में है, स्टाम्प धीरे से उठाया है. कारण स्टांप स्याही इंटरफेस में से स्याही रिसीवर इंटरफेस में बड़े वान डर वाल्स बातचीत करने के लिए, स्याही रिसीवर सब्सट्रेट पर बनी हुई है. (एफ) इकट्ठे स्याही के साथ रिसीवर सब्सट्रेट एक तेजी से थर्मल annealing भट्ठी में ले जाया गया और 950 डिग्री पर annealed है सी सी के संबंधों के लिए या 30 मिनट के लिए सी-Au संबंधों के लिए 360 डिग्री सेल्सियस पर 10 मिनट के लिए सी. अंतरण मुद्रण कदम निम्नलिखित annealing कदम सूक्ष्म चिनाई प्रक्रिया पूरा करती है. Keum एट अल से अनुमति के साथ Reproduced. 7 इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
एक सोइ वेफर पर चित्रा 2. दाता सब्सट्रेट तैयारी के योजनाबद्ध. (ए), डिवाइस परत वांछित आयामों और ज्यामिति में नमूनों है. (बी) एक के बाद HF गीला नक़्क़ाशी प्रक्रिया के नीचे क्षेत्रों के लिए छोड़कर उजागर 2 Sio बॉक्स परत को हटा नमूनों सी. (सी) photoresist काता और लंगर के लिए फार्म नमूनों है. (डी) बाद में, सब्सट्रेट शेष 2 Sio दूर खोदना HF में डूबे हुए है. HF में पर्याप्त समय के बाद, सी वर्ग स्याही की सरणी निलंबित कर दिया है और दाता सब्सट्रेट पर ही photoresist एंकर के साथ मुक्त खड़े. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
चित्रा 3. स्टाम्प निर्माण 7 के योजनाबद्ध. (ए) microtip टिकट के लिए एक फफूंदी बनाने के क्रम में, एक सी वफ़र साफ किया जाता है और छोटे पिरामिड के आकार का micropits KOH नक़्क़ाशी के माध्यम से वेफर पर बनाया जाता है. (बी) नक़्क़ाशी बाद किया जाता है, वेफर की सतह microtips पर एक गुहा फार्म को लागू करने और patterning SU8 द्वारा पीछा आरसीए 2 सफाई की प्रक्रिया के माध्यम से साफ किया जाता है. बाद में, trichlorosilane की एक monolayer एक वैक्यूम जार में trichlorosilane की 3-5 बूंदों छोड़ने और वेफर रखने और वैक्यूम जार vacuuming द्वारा निम्न PDMS ढलाई / demolding प्रक्रिया को बढ़ावा देने के मोल्ड पर लेपित है. कोटिंग किया जाता है (सी) एक बार , PDMS अग्रदूत डाला और ओवन में ठीक हो जाता है. (डी) ठीक PDMS बस को पूरा करने के लिए आचारण से से खुली हैएक microtip के टिकट के लिए मिट्टी तैयार करने की प्रक्रिया. Keum एट अल से अनुमति के साथ Reproduced. 7 इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
सी सूक्ष्म चिनाई 7 में चित्रा 4. प्रतिनिधि काम करते हैं. (ए) एक दाता सब्सट्रेट पर अंगूठी आकार सी स्याही की ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप छवियों, (बी) सूक्ष्म चिनाई द्वारा गठित एक सूक्ष्म चायदानी संरचना, की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) छवि ( चार सी के छल्ले, पर एक सिलिकॉन photonic सतह के सूक्ष्म चिनाई की सी) चित्रण (photonic सतह (डी) और चार पर इकट्ठे सिलिकॉन photonic सतह पर nanostructures के डी, ई) SEM छवियों सिलिकॉन के छल्ले (ई). Keum एट अल से अनुमति के साथ Reproduced. 7 इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
Au सूक्ष्म चिनाई 8 में चित्रा 5. प्रतिनिधि काम करते हैं. शीर्ष पंक्ति में लिया गया है और निचली पंक्ति में पुनः प्राप्त किया जा करने के लिए तैयार Au स्याही, (बी) Au फिल्म छपी एक हस्तांतरण के SEM छवि के साथ तैयार दाता सब्सट्रेट की (ए) ऑप्टिकल सूक्ष्म देखें एक नमूनों Au सतह पर, एक नमूनों सी पट्टी पर Au फिल्मों मुद्रित हस्तांतरण (सी) SEM छवि. Keum एट अल से अनुमति के साथ Reproduced. 8= "_blank" मिल> इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
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Discussion
चित्रा 4 में प्रस्तुत माइक्रो चिनाई, एक सामग्री संबंध चरण में सिलिकॉन संलयन संबंध शामिल है. सिलिकॉन संलयन संबंध एक तेजी से थर्मल annealing भट्ठी में नमूना रखने (आरटीए भट्ठी) और 10 मिनट के लिए 950 डिग्री सेल्सियस पर नमूना हीटिंग द्वारा हासिल की है. सी और सी - - 2 Sio संबंध 10,11 इस annealing हालत सी के बीच ग्रहणीय दोनों है. वैकल्पिक रूप से, चित्रा 5C में पाया के रूप में एक सी पट्टी के साथ बंधुआ Au गलनक्रांतिक संबंधों को गोद ले, और इसलिए, संबंध तापमान 30 मिनट 8 के लिए सी-Au गलनक्रांतिक तापमान (363 डिग्री सेल्सियस) के आसपास है. गलनक्रांतिक संबंध सुनिश्चित करने के लिए पिछले एक सी पट्टी पर Au स्याही मुद्रण के लिए, सी पट्टी को अच्छी तरह से इस तरह के Au और सी के इंटरफेस में देशी ऑक्साइड के रूप में किसी भी अशुद्धता को रोकने के क्रम में 49% HF के साथ शुद्ध करने की आवश्यकता है. सूक्ष्म चिनाई के साथ Au फिल्मों को इकट्ठा करने में सक्षम होने के नाते बेहद सूक्ष्म चिनाई निर्माण योजना sinc के व्यापक अनुकूलन को बेहतर बनाता हैई यह सामग्री की एक धातु प्रकार का परिचय. Keum एट अल में प्रस्तुत के रूप में होने के कारण सिलिकॉन के साथ अपनी कम बिजली के संपर्क प्रतिरोध करने के लिए, यह तय MEMS उपकरणों में एक इलेक्ट्रोड के साथ ही एक निलंबित झिल्ली मोड़ के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है. 9
विकसित संक्रमणीय स्याही वर्तमान में सी और Au तक ही सीमित है और उनके इसी रिसीवर substrates की सामग्री सी और Sio 2 सी के लिए, और ए.यू. के लिए Au और सी हैं. कुल मिलाकर, मुद्रण कदम में एक रिसीवर सब्सट्रेट और आराम में एक स्याही परिणामों के बीच बड़ा संपर्क क्षेत्र. चित्रा 4E में प्रदर्शन के रूप में हालांकि, आंशिक रूप से सतह से संपर्क करते समय स्याही मुद्रण, निलंबित संरचना है, जिसके परिणामस्वरूप यह भी संभव है.
सूक्ष्म चिनाई microfabrication के एक उपन्यास दृष्टिकोण है, जबकि अभी भी प्रक्रिया में काबू पाने के लिए सीमाएं हैं. ठोस स्याही की मौजूदा नियतात्मक विधानसभा के बाद से पहली और अब तक की सबसे विनिर्माण है scalability व्यक्तिगत आयोजित किया जाता हैएक ही समय में ly बजाय. सिलिकॉन संलयन संबंध उच्च तापमान में प्रयोग किया जाता है भी, जब से, सी और SiO में मतभेद 2 थर्मल विस्तार गुणांक इंटरफेस में / delamination buckling में हो सकता है. इन सीमाओं को आगे सूक्ष्म चिनाई तकनीक का अधिक व्यापक अनुकूलन के लिए जांच की जानी चाहिए.
चित्रा 4 में प्रस्तुत किया, सूक्ष्म चिनाई मुख्य रूप से अपनी अनूठी additive और पहले अनदेखी है कि तीन आयामी microscale संरचनाओं की लचीली विनिर्माण क्षमता के माध्यम से, अखंड microfabrication पर भरोसा करते हैं जो पारंपरिक MEMS प्रक्रियाओं, पर एक विशाल प्रभाव है. इसके अलावा, सूक्ष्म चिनाई यह नरम elastomeric टिकटों का उपयोग करता है, क्योंकि सतह को नुकसान पहुँचाए बिना microscale में नाजुक सुविधाओं में हेरफेर करने की क्षमता है. भविष्य के काम के विधानसभा के समय को कम करने के लिए समानांतर हस्तांतरण मुद्रण शामिल हैं, लेजर की सहायता annealing, और गोताखोर के लिए इस प्रक्रिया को आगे बढ़ाकर सक्षम स्थानीयकृत संबंध प्रक्रियाओंएसई आदि Sio 2, सी एक्स एन वाई, अल, के रूप में सामग्री MEMS.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Az 5214 | Clariant | 1.5 mm thick Photoresist | |
| Su8-100 | Microchem | 100 mm Photoresist used in mold | |
| Sylgard 184 | Dow Corning | PDMS mixed to fabricate stamp | |
| Hydrofluoric acid | Honeywell | Acid to etch silicon oxide layer | |
| Silicon on insulator | Ultrasil | Donor substrate was fabricated | |
| Trichlorosilane | Sigma-Aldrich | Chemical used to help pealing of PDMS from mold |
References
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- Appenzeler, T. The Man Who Dared to Think Small. Science. 254, 1300-1301 (1991).
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