Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

הייצור של ערוצי ננו גובה שילוב הופעה גל אקוסטי המשטח באמצעות ליתיום Niobate אקוסטית הננו לוקדיה

Published: February 5, 2020 doi: 10.3791/60648
Automatic Translation
1, 1
1Medically Advanced Devices Laboratory, Center for Medical Devices, Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Jacobs School of Engineering, and the Department of Surgery, School of Medicine, University of California San Diego

Summary

אנו מדגימים הייצור של ערוצי ננו-גובה עם שילוב של התקנים משטח אקוסטית גל התקן על ליתיום niobate אקוסטית עבור nanofluidics המראה באמצעות פוטוגרפיה, ננו-עומק בחריטה על האור, ו-טמפרטורת החדר פלזמה הפעלה מרובת שכבות של משטח של ליתיום niobate חד-גביש, תהליך שימושי באופן דומה כדי מליטה ליתיום niobate תחמוצות.

Abstract

מניפולציה ננו מבוקרת של נוזלים ידוע להיות קשה במיוחד בשל הדומיננטיות של משטח וכוחות צמיגה. מכשירי מגה-הרץ-הזמנה גל אקוסטי (מסור) התקנים ליצור תאוצה אדירה על פני השטח שלהם, עד 108 מ מ 2, בתורו אחראי רבים של ההשפעות שנצפו שבאו להגדיר אתהשני: הזרמת אקוסטית וכוחות קרינה אקוסטית. אפקטים אלה שימשו עבור חלקיקים, תא, מניפולציה נוזלים בקנה מידה, אם כי לאחרונה מסור כבר נעשה שימוש כדי לייצר תופעות דומות בסולם הננו באמצעות קבוצה שונה לחלוטין של מנגנונים. מניפולציה הנוזלים ננו בקנה מידה מציע מגוון רחב של הזדמנויות ב-רביים שאיבה וביואקרוולאואכאואואואואויואויואויואואויוולאותרפיה שימושי עבור יישומים פיזיים כאן, אנו מדגימים את הייצור הננו-גובה ערוץ באמצעות ליתיום בטמפרטורת החדר (LN) מליטה משולבת עם מכשיר מסור. אנו מתארים את כל התהליך הניסיוני כולל ייצור ננו גובה הערוץ באמצעות תחריט יבש, פלזמה מופעל התחברות על ליתיום niobate, ההתקנה האופטית המתאימה עבור הדמיה הבאים, ו הופעה מראה. אנו מציגים תוצאות נציג עבור מילוי נימי נוזלים ונוזלים ניקוז בערוץ ננו הנגרמת על ידי מסור. הליך זה מציע פרוטוקול מעשי עבור הייצור של ערוץ ננו בקנה מידה ואינטגרציה עם התקנים מסור שימושי כדי לבנות על יישומים nanofluiאידיקה עתידיים.

Introduction

העברת נוזלים ננו-סקאלה לשליטה בננו-ערוצים —nanofluidics1— מתרחשת על אותו קשקשים באורך כמו רוב הקרו הביולוגי, והוא מבטיח ניתוח ביולוגי חישה, אבחון רפואי, עיבוד חומרים. עיצובים וסימולציות שונות פותחו ב-nanofluidics כדי לטפל בנוזלים ובשעיות החלקיקים על בסיס מעברי טמפרטורה2, כקולון גורר3, גלי שטח4, שדות חשמליים סטטיים5,6,7, ו תרמוהורזיס8 במשך 15 השנים האחרונות. לאחרונה, ראיתי כבר הראו9 כדי לייצר ננו שאיבה נוזלים ומרוקן עם הלחץ האקוסטי מספיק כדי להתגבר על הדומיננטיות של משטח וכוחות צמימים כי אחרת למנוע הובלה נוזלית יעילה ב ננומטרי. היתרון העיקרי של הזרמת אקוסטי היא היכולת לנהוג בזרימה שימושית במבנים ננו מבלי לדאוג לגבי פרטי הכימיה של מתלה הנוזל או החלקיקים, מה שהופך את המכשירים לנצל את הטכניקה באופן מיידי שימושי בניתוח ביולוגי, חישה, ויישומים אחרים פיזיקליים.

הייצור של התקנים משולבים nanofluidic דורש הייצור של אלקטרודות- מתמר interdigital (IDT)-על מצע פיזואלקטריים, ליתיום niobate10, כדי להקל על יצירת המסור. תחריט של יון תגובתית (RIE) משמש ליצירת דיכאון ננו בחתיכה נפרדת, ו-ln-in התחברות של שתי החתיכות מייצרת ננומטרי שימושי. תהליך הייצור עבור התקנים מסור הוצג בפרסומים רבים, בין אם באמצעות רגיל או להרים את הפוטוגרפיה אולטרה סגולה לצד מתכת או התאיידות להסיר11. לתהליך in RIE לחרוט ערוץ בצורה מסוימת, את ההשפעות על שיעור האיכול ואת פני השטח הסופי של הערוץ מבחירת בכיוונים שונים בתוך, חומרי מסיכה, זרימת גז, וכוח פלזמה נחקרו12,13,14,15,16. משטח פלזמה הפעלה שימש באופן משמעותי להגדיל את אנרגיית השטח ולכן לשפר את החוזק של התחברות תחמוצות כגון בתוך17,18,19,20. כמו כן ניתן ליצור קשר עם תחמוצות אחרות ב-LN, כגון SiO2 (זכוכית) באמצעות שיטת מליטה דו-שיטית המופעלת על-ידי פלזמה21. טמפרטורת החדר מתחברים, בפרט, נחקר תוך שימוש בטיפולים שונים של ניקוי ומשטח הפעלה22.

כאן, אנו מתארים בפירוט את התהליך כדי להמציא 40 MHz משולב משולבים 100-ננומטר גובה ננוערוצים, הנקרא לעתים קרובות ערוצי nanoslit (איור 1א). מילוי נימי נוזלי אפקטיבי ומרוקן נוזלים באמצעות מראה הופעה מדגים את תוקפו של ייצור nanoslit הן ביצועים מסור בערוץ כזה ננו-סולם. הגישה שלנו מציעה מערכת ננו-שוטטיות המאפשרת חקירה של מגוון בעיות פיזיות ויישומים ביולוגיים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. הכנת מסיכת ערוץ ננו-גובה

  1. פוטוליתוגרפיה: עם דפוס המתאר את הצורה הרצויה של ערוצי ננו-גובה (איור 1B), השתמש בליתוגרפיה רגילה ומתיחת הליכים כדי לייצר שקעים ננו גובה ב-וופל. שקעים אלה יהפכו לערוצי ננו-גובה על התחברות וופל בשלב מאוחר יותר.
    הערה: הממדים הצדדיים של שקעים ננו-סקאלה הם מיקרוסקאלה בפרוטוקול זה. קרן אלקטרונים או הוא/Ne יון קרן ליתוגרפיה ניתן להשתמש כדי להמציא ערוצים עם ממדים לרוחב ננו בקנה מידה; Ga+-מבוסס קרן יון הליטוגרפיה גורם נפיחות ו פרופילי מצע מחוספס23. הכיוון של שני מוצרי המשחק צריך להתאים, אחרת, מתח תרמי עלול לגרום לאלה או הקשר ביניהם להיכשל.
  2. ההצהרה להגנה על אזורים מתחריט יבש: הניחו את הופל לתוך מערכת התצהיר. לצייר למטה את ואקום החדר כדי 5 x 10-6 mTorr, לאפשר Ar לזרום ב 2.5 mTorr, ו התיז Cr ב 200 W כדי לייצר מסכת ההקרבה עבה של 400-ננומטר שבו תחריט יון תגובתי תימנע בעת שימוש בשלב 3 להלן.
  3. להמריא: להעביר את הפרוסת לתוך גביע עם אצטון מספיק כדי לטבול לחלוטין את הפרוסת. Sonicate בעוצמה בינונית עבור 10 דקות. לשטוף עם מים די ויבש וופל עם N2 יבש לזרום.
  4. קוצצת: להשתמש מסור מראה לקוביות את כל וופל לתוך שבבים בודדים עם (בדרך כלל) תבנית אחת nanoslit לכל שבב.
    הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן.

2. ננו-גובה ערוץ ייצור

  1. איכול ראאקטיבי (RIE): להשתמש RIE לחרוט שקעים ננו לתוך אזורים שנחשפו של המצע LN. אזורים שנותרו מכוסים על ידי ההקרבה של Cr יהיו מוגנים מתחריט. הגדר את הכוח RIE 200W, חום החדר כדי 50 ° c, למשוך את הריק החדר כדי 20 mTorr, להגדיר את SF6 זרימה קצב 10 sccm, ו לחרוט עבור 20 דקות כדי לייצר nanoslit עומק 120 ננומטר ב LN.
  2. קידוח החור של הערוץ ושקעים: עם קלטת דו צדדית, לחבר שבב בתוך חרוט לצלחת פלדה קטנה ואת הצלחת לתחתית צלחת פטרי. צלחת פטרי צריכה להיות גדולה מספיק כדי לאפשר טבילה מלאה של שבב LN ולוחית פלדה. ממלאים את צלחת פטרי עם מים כדי לטבול במלואו את השבב. צרף a 0.5-mm קוטר היהלום מקדחה לתוך לחיצה מקדחה, ולקדוח במהירות גבוהה של לפחות 10,000 סל ד כדי למכונה אינלטס ושקעים הרצוי. קידוח דרך מצע בעובי 0.5 מ"מ צריך לקחת בערך 10 עד 15 s24 (איור 1B).
    הערה: הטבילה בזמן הקידוח מונעת חימום מקומי מופרז ושיבוש חלקיקים באתר המקדחה. סוגים אחרים של פיסות מקדחה סביר לעבוד, וקידוח יד אינו אפשרי בכל מהירות לידע שלנו. מהירויות סיבוב קצת מקדחה של 10,000 סל ד או יותר מומלץ להימנע מניפוץ ה-LN.
  3. תחריט רטוב Cr: השתמש בעט יהלום חריטה כדי לסמן בבירור את הפנים שטוח, בלתי חרוט של ה-LN הקדח לעקוב אחר איזה צד ערוץ ננוגובה ממוקם בשלבים הנותרים. Sonicate את האסימונים בתוך Cr.
    הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן. קשה מאוד לקבוע באיזה צד של שבב ה-LN יש את הדיכאון הננו-סקאלה חרוט לאחר Cr מוסר. הזמן הsonication תלוי בקצב החריטה ובעובי מסכת Cr.

3. טמפרטורת החדר-מליטה מופעלת פלזמה

  1. ניקוי הממס שבבי: לאסוף זוגות שבב-מכשיר אחד מסור (מפוברק על ידי פוטוגרפיה רגילה, התצהיר התיז ו-off הליכים) ו אחד השבבים הננו-משנה חרוט-ביחד כדי להכין אותם להתחברות. לטבול את זוגות השבבים בגביע של אצטון ממוקם באמבטיה sonication ו sonicate עבור 2 דקות. העבר את האסימונים כדי מתנול ו sonicate עבור 1 דקות. העבר את האסימונים למים של DI.
  2. ניקוי פיראניה: להכין חומצה פיראניה בגביע זכוכית בשכונה מאוורר היטב, המוקדש לשימוש של חומצה, על ידי הוספת H2O2 (30% במים) עד H2כך4 (96%) ביחס של 1:3. מניחים את כל האסימונים במחזיק טפלון. מניחים את המחזיק בגביע ולטבול את כל האסימונים לתוך הפתרון פיראניה עבור 10 דקות, ולאחר מכן לשטוף את האסימונים ואת המחזיק ברציפות בשתי אמבטיות נפרדות של מים DI. יבש את האסימונים עם N2 יבש ומיד להעביר אותם חמצן (O2) ציוד פלזמה הפעלה, שמירה עליהם מכוסים במהלך הטיפול כדי למנוע זיהום.
    התראה: פתרונות פיראניה הם מאוד מסוכנים, הם מאוד אוקסיגון, ומסוכן. בצע את הכללים הספציפיים לטפל בהם במוסד שלך, אבל לפחות לנקוט טיפול קיצוני ללבוש את ציוד הבטיחות הנכונה. עם סיום העבודה, יש לקרר את פתרון הפיראנה למשך שעה אחת לפחות לפני שהיא מזיגת למיכל פסולת ייעודי.
    הערה: יש צורך לשטוף את שבבי LN פעמיים בשתי אמבטיות מים DI. שטיפה אותם פעם אחת משאיר שאריות מאחור זה כנראה להרוס את ההתחברות. אלקטרודות זהב משמשות IDTs בגלל ההתנגדות הטובה שלהם לפתרון פיראניה.
  3. פלזמה הפעלה המשטח: להפעיל את משטחי השבב באמצעות פלזמה עם 120 W של כוח בזמן שנחשף O2 זרימה ב 120 sccm עבור 150 s. מיד להעביר את הדגימות לאמבטיה טרי די מים לפחות 2 דקות.
    הערה: הטיפול במשטח פלזמה במהירות ואחריו טבילה במים די יהיה ליצור קבוצות הידרוקסיל על פני השטח LN, הגדלת אנרגיית השטח החופשי שלה כדי לקדם מאוחר יותר את ההתחברות.
  4. הקשר עם טמפרטורת החדר: יבש דגימות עם N2 יבש ובזהירות להניח את השבב nanoslit על שבב המכשיר המסור בעמדה הרצויה. היישר מהדף כדי להפיק את הכיוון הרצוי. לאחר מכן השתמש בפינצטה או בדומה כדי לדחוף את המדגם ממרכזו כדי ליזום את הקשר. לחץ בעדינות למטה באזורים שלא הצליחו להתחבר לאחר הדחיפה הראשונית.
    הערה: ניתן לראות בקלות את החיבור דרך ה-LN השקוף. אזורים בונדד. הם לגמרי שקופים בתוך זה לא מלוטש בצד כפול יהיה קשה יותר להעריך.
  5. חימום לאחר ההתחברות: במקום דגימות בונדד במלחציים שצצו כדי להפעיל בבטחה המון על זה למרות התרחבות תרמית, והניחו את הדגימות בתנור בטמפרטורת החדר (25 ° c). הניחו את טמפרטורת החימום של התנור ל-300 ° צ', שיעור השיפוע ל-2 ° צ'/מינימום מקסימום, לשכון זמן עד 2 שעות ולאחר מכן כדי לכבות באופן אוטומטי כדי לאפשר והדגימות המכפפות בתוך לצנן באופן טבעי לטמפרטורת החדר.
    הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן. ההתחברות בין קבוצות הידרוקסיל מייצרת מים בקשר, והחימום מסיר את המים כדי להגדיל באופן דרסטי את עוצמת הקשר. הכוחות הצנועים מספיקים. ניסיון ליצור קשר עם שני שבבים מכיוונים שונים או חומרים עלולים לגרום לסדקים עקב התרחבות תרמית לא תואמת ומתח הסוגר.

4. התקנה ובדיקות נסיוניות

  1. התבוננות: להתבונן nanoslit תחת מיקרוסקופ הפוך. כלול וסובב מסנן הקיטוב הליניארי בנתיב האופטי כדי לחסום את התמונה המבוססת על הכפלה בתוך ה-LN. השתמש במים אלקטרופורזה באמצעות הים כדי להתבונן בתנועה הנוזלים ב nanoslit הושלמה.
    הערה: הנוזל האולטרה-טהור מומלץ מאוד למנוע סתימה, במיוחד לאחר התאיידות.
  2. הופעה: לצרף בולמים בקצות המכשיר מסור כדי למנוע גלים אקוסטיים משתקף. השתמש במחולל אותות כדי להחיל שדה חשמלי sinusoidal על IDT בתדירות התהודה של סביב 40 MHz. השתמש במגבר כדי להגביר את האות. השתמש באולוסקופ כדי למדוד את המתח, הזרם והעוצמה בפועל שהוחלו על ההתקן. הקלט את התנועה נוזלים במהלך הופעה בתוך nanoslit באמצעות מצלמה מחוברת למיקרוסקופ.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

אנו מבצעים הגשת נימי נוזלים ומסור המושרה נוזל ניקוז ב ננו-גובה לאחר הייצור מוצלחת והתחברות של התקנים משולבים nanoflu, משולב. גלים אקוסטיים פני השטח מופקים על ידי IDTs הופעה על ידי אות sinusoidal מוגבר בתדר התהודה של IDTs של 40 MHz, והמסור מפיץ לתוך nanoslit באמצעות מצע פיזואלקטריים LN. התנהגות הנוזל באינטראקציה nanoslit עם מסור עשוי להיות נצפתה באמצעות מיקרוסקופ הפוך.

אנו מדגימים מילוי נימי נוזלים ב-100-nm בערוצים גבוהים של רוחב שונה. איור 2 מראה מילוי נימי של מים באלקטרופורזה DI לתוך 2 100-nm בערוצים גבוהים, 1 400 יקרומטר רחב והשני 40 יקרומטר רחב. הירידה של מים באולטרה-טהורות מועברת לתוך הננו-אור דרך הים. כוחות קפילר כונן מילוי נוזלי של nanoslit כולו, ואת המילוי מתרחשת מהר יותר עם הערוץ צר יותר בשל כוח נימי גדול שלה. כוח נימים מונחה נוזלים מילוי באמצעות נוזלים אחרים של עוצמות ומתחים שונים ומתיחות פני השטח יכול לשמש, כמו הננו-חריצים של גבהים אחרים כדי לייצר תוצאות שונות.

אנו גם להדגים מושרה נוזל מרוקן בערוץ ננו ידי התגברות על לחץ נימי. מים בגובה 100-nm מנוקז כדי להראות ממשק אוויר מים עם האורך המקסימלי באמצע (איור 3), המציין אנרגיה אקוסטית מקסימלית באמצע המכשיר המסור. בעזרת לחץ אקוסטי חזק שנוצר ב-nanoslit, הוא גם מצביע על חוזק מליטה טוב באמצעות משטח הפלזמה שלנו מופעל בטמפרטורת החדר LN בשיטת מליטה. הכוח מיושם סף של סביב 1 W נדרש כדי לאלץ את הלחץ האקוסטי להיות גדול יותר מאשר לחץ נימי ולכונן תופעת ניקוז גלוי (איור 4). האורך המקסימלי של חלל האוויר המייצג את האנרגיה משטח הנוזלים מראה קשר ליניארי עם הכוח האקוסטי שהוחל. הוא מציע כלי יעיל עבור הגשמה נוזלים מניפולציה ביואוכאל מאקרו המניפולציה בסולם הננו. ההשפעה של ניקוז נוזלים שונים באמצעות מסור עם גבהים הערוץ שונים ורוחבי יכול להיות נחקר עוד.

Figure 1
איור 1: תמונות של התקנים מפוברק. (א) משמאל: הזהב מחליק idts עם צמצם 0.7 מ"מ על מצע ב-LN עבור 40 הדור וההפצה של MHz. האמצע, ימין: בונדד במכשיר הננו מוארים משולב עם מסור לצורך הגשמה נוזלים. מטבע בעל פרוטה אחת מוצג כהפניה בסולם התחתון. (ב) שונים מגיבים-יון-חרוט בערוץ ננו-גובה שבבים מוצגים עם מבנים מסכת ההקרבה כרום ולאחר קידוח 500-μm בקוטר חורים עבור משחרר נוזלים ושקעים. סרגל קנה מידה: 5 מ"מ. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: מילוי נימי נוזלי בערוצים 100 ננומטר. (A1-A4) מים ultrapure נשאבים לתוך nanoslit רחב 400-μm באמצעות כוח נימי לאורך זמן, מוצג בתחילת (0 s) ו 1, 2, ו-4 מאוחר יותר, בהתאמה. בחלק העליון של הסופרסטראט ניתן לראות טיפות מים קטנות. (B1-B4) מים ultrapure נשאב לתוך הננו 40 יקרומטר רחב באמצעות כוח קפילר לאורך זמן, מוצג בתחילת (0 s) ו 0.1, 0.3, ו-1 מאוחר יותר, בהתאמה, המציין מילוי מהיר יותר בשל כוח נימי גדול יותר על כמות קטנה יותר של נוזל. השקעים הקטנים בחלק העליון של הסופרסטראט הם עדות לפגיעה בפני השטח בעזרת מלקחיים. סרגל קנה מידה: 400 μm. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: מסור המושרה נוזל ניקוז ב 1 מ"מ-רוחב 100 ננומטר-גובה nanoslit. (א-ג) Nanoslit מלא מים הוא רוקן על ידי 40 MHz מראה על כוח מיושם של 1.31 W, 2.04 W, ו 2.82 W, בהתאמה. המסור מופץ מלמעלה למטה בתמונות. קו הפנים בין האזורים הקשורים בונדד לבין האזור הנאנסטו גלוי: שים לב לשינוי הצבע. סרגל קנה מידה: 200 μm. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: מסור-האוויר המושרה אורך חלל ביחס מסור כוח הוחל. אורך החלל הדרטיב תלוי בצורה לינארית על הכוח שהוחל. הכוח המוחל צריך להציע לחץ אקוסטי גדול יותר מאשר לחץ נימי ב nanoslit, גרימת ניקוז נוזלים. הכוח המוחל על הסף שבו מופיע הניקוז הוא סביב 1 W במקרה זה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

מליטה בטמפרטורת החדר היא המפתח. לבדיית מכשירי מסור משולבים יש להתייחס לחמישה היבטים כדי להבטיח התחברות מוצלחת וחוזק מליטה מספיק.

זמן וכוח להפעלת משטח הפלזמה
הגדלת כוח הפלזמה תסייע להגביר את אנרגיית פני השטח ולהגדיל בהתאם את חוזק המליטה. אבל החיסרון של הגדלת הכוח במהלך הפעלת משטח פלזמה היא עלייה בחספוס פני השטח, אשר עלול להשפיע לרעה על ייצור nanoslit וביצועי הובלה של נוזלים. הוכח כי הזמן הפעלת משטח פלזמה לא יעזור להגדיל את האנרגיה פני השטח לאחר כמות מסוימת של זמן21. כך, הפעלת פלזמה זמן וכוח צריך להיות מוגדר כדי למקסם את האנרגיה פני השטח, אך לא על חשבון החספוס משטח מוגבר.

ניקוי שבבי לפני ההתחברות
כיוון שיש רק ערוץ ננו-סקאלה לאחר ההתחברות, כל חלקיק מיקרו יהיה מכשול עצום ויגרום לכשל מליטה. ניקוי פיראניה משמש להסרת כל פסולת אורגנית על משטחי שבב. לאחר ניקוי, מומלץ מאוד להשתמש במיכל נקי כדי לכסות את האסימונים ולמנוע זיהום.

התמצאות של זוגות השבבים הפנים לפני ההתחברות
בשל האנאיזוטרופיה של LN, התחברות לשבב ה-LN העליון והתחתון מחייבת כיום כיוון חומר זהה. כישלון בכך יגרום למתח שיורית ואולי גם לפיצוח במהלך הייצור. זה יהיה גם לגרום מאפיינים שונים מסור בין החלק העליון והתחתון של nanoslit בגלל anisotropy. לכן, מומלץ מאוד להתחבר לשתי שבבים עם כיוון חומר זהה.

יישור האסימונים העליונים והתחתונים
אנו מבצעים באופן חזותי את היישור הידני וההתחברות. היכרות עם סמנים ומיקרוסקופ המתאים בעזרת בעזרת המיקרוסקופ בוודאי לשפר את איכות המכשיר תשואה.

טמפרטורת חימום בתנור לאחר התחלת התחברות בטמפרטורת החדר
החימום בטמפרטורות גבוהות יותר יסייע לחיזוק הקשר. חימום עד 300 ° c עבור תהליך המליטה שלנו מייצרת לפחות 1 כוח מליטה של MPa מאז שהוא נשאר ללא פגע נגד קפילר ולחצים אקוסטיים בתוך nanoslit עם מסור.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgments

המחברים אסירי תודה לאוניברסיטת קליפורניה ולמתקן NANO3 ב-UC בסן דייגו לאספקת כספים ומתקנים לתמיכה בעבודה זו. העבודה הזאת בוצעה בחלקו בתשתית הננו-טכנולוגיה של סן דייגו (SDNI) של UCSD, חבר בתשתיות הלאומיות ננוטכנולוגיה מתואמת, אשר נתמכת על ידי הקרן הלאומית למדעים (גרנט ECCS – 1542148). העבודה המוצגת כאן נתמכת בנדיבות על ידי מלגת מחקר מקרן W.M. קק. המחברים גם אסירי תודה על התמיכה של העבודה הזאת על ידי משרד המחקר הימי (דרך גרנט 12368098).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Absorber Dragon Skin, Smooth-On, Inc., Macungie, PA, USA Dragon Skin 10 MEDIUM
Amplifier Mini-Circuits, Brooklyn, NY, USA ZHL–1–2W–S+
Camera Nikon, Minato, Tokyo, Japan D5300
Developer Futurrex, NJ, USA RD6
Diamond tip engraving pen Malco, Memphis, TN, USA Malco A50 USA Made Carbide Tipped Scribe
Dicing saw Disco, Tokyo, Japan Disco Automatic Dicing Saw 3220
Heating oven Carbolite, Hope Valley, UK HTCR 6/28 High Temperature Clean Room Oven - HTCR
Hole driller Dremel, Mount Prospect, Illinois Model #4000 4000 High Performance Variable Speed Rotary
Inverted microscope Amscope, Irvine, CA, USA IN480TC-FL-MF603
Lithium niobate substrate PMOptics, Burlington, MA, USA PWLN-431232 4" double-side polished 0.5 mm thick 128° Y-rotated cut lithium niobate
Mask aligner Heidelberg Instruments, Heidelberg, Germany MLA150
Nano3 cleanroom facility UCSD, La Jolla, CA, USA Fabrication process is performed in it.
Negative photoresist Futurrex, NJ, USA NR9-1500PY
Oscilloscope Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, USA InfiniiVision 2000 X-Series
Plasma surface activation PVA TePla, Corona, CA, USA PS100 Tepla Asher
Polarizer sheet Edmund Optics, Barrington, NJ, USA #86-182
RIE etcher Oxford Instruments, Abingdon, UK Plasmalab 100
Signal generator NF Corporation, Yokohama, Japan WF1967 multifunction generator
Sputter deposition Denton Vacuum, NJ, USA Denton 18 Denton Discovery 18 Sputter System
Teflon wafer dipper ShapeMaster, Ogden, IL, USA SM4WD1 Wafer Dipper 4"

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Eijkel, J. C., Van Den Berg, A. Nanofluidics: what is it and what can we expect from it? Microfluidics and Nanofluidics. 1 (3), 249-267 (2005).
  2. Longhurst, M. J., Quirke, N. Temperature-driven pumping of fluid through single-walled carbon nanotubes. Nano Letters. 7 (11), 3324-3328 (2007).
  3. Wang, B., Král, P. Coulombic dragging of molecules on surfaces induced by separately flowing liquids. Journal of the American Chemical Society. 128 (50), 15984-15985 (2006).
  4. Insepov, Z., Wolf, D., Hassanein, A. Nanopumping using carbon nanotubes. Nano Letters. 6 (9), 1893-1895 (2006).
  5. Gong, X., et al. A charge-driven molecular water pump. Nature Nanotechnology. 2 (11), 709 (2007).
  6. Joseph, S., Aluru, N. R. Pumping of confined water in carbon nanotubes by rotation-translation coupling. Physical Review Letters. 101 (6), 064502 (2008).
  7. Rinne, K. F., Gekle, S., Bonthuis, D. J., Netz, R. R. Nanoscale pumping of water by AC electric fields. Nano Letters. 12 (4), 1780-1783 (2012).
  8. Eslamian, M., Saghir, M. Z. Novel thermophoretic particle separators: numerical analysis and simulation. Applied Thermal Engineering. 59 (1-2), 527-534 (2013).
  9. Miansari, M., Friend, J. R. Acoustic Nanofluidics via Room-Temperature Lithium Niobate Bonding: A Platform for Actuation and Manipulation of Nanoconfined Fluids and Particles. Advanced Functional Materials. 26 (43), 7861-7872 (2016).
  10. Minzioni, P., et al. Roadmap for optofluidics. Journal of Optics. 19 (9), 093003 (2017).
  11. Connacher, W., et al. Micro/nano acoustofluidics: materials, phenomena, design, devices, and applications. Lab on a Chip. 18 (14), 1952-1996 (2018).
  12. Ren, Z., et al. Etching characteristics of LiNbO3 in reactive ion etching and inductively coupled plasma. Journal of Applied Physics. 103 (3), 034109 (2008).
  13. Winnall, S., Winderbaum, S. Lithium niobate reactive ion etching. Defence Science and Technology Organization. , Salisbury (Australia). No. DSTO-TN-0291 (2000).
  14. Hu, H., Ricken, R., Sohler, W. Etching of lithium niobate: micro-and nanometer structures for integrated optics. Topical Meeting Photorefractive Materials, Effects, and Devices-Control of Light and Matter, Bad Honnef. , (2009).
  15. Jackel, J. L., Howard, R. E., Hu, E. L., Lyman, S. P. Reactive ion etching of LiNbO3. Applied Physics Letters. 38 (11), 907-909 (1981).
  16. Smith, S. E. Investigation of nanoscale etching and poling of lithium niobate. , Montana State University-Bozeman, College of Engineering. Doctoral dissertation (2014).
  17. Tomita, Y., Sugimoto, M., Eda, K. Direct bonding of LiNbO3 single crystals for optical waveguides. Applied Physics Letters. 66 (12), 1484-1485 (1995).
  18. Howlader, M. M. R., Suga, T., Kim, M. J. Room temperature bonding of silicon and lithium niobate. Applied Physics Letters. 89 (3), 031914 (2006).
  19. Chang, C. M., et al. A parametric study of ICP-RIE etching on a lithium niobate substrate. 10th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems. , 485-486 (2015).
  20. Queste, S., et al. Deep reactive ion etching of quartz, lithium niobate and lead titanate. JNTE (Journées Nationales sur les Technologies) Proceedings. , (2008).
  21. Xu, J., Wang, C., Tian, Y., Wu, B., Wang, S., Zhang, H. Glass-on-LiNbO3 heterostructure formed via a two-step plasma activated low-temperature direct bonding method. Applied Surface Science. 459, 621-629 (2018).
  22. Tulli, D., Janner, D., Pruneri, V. Room temperature direct bonding of LiNbO3 crystal layers and its application to high-voltage optical sensing. Journal of Micromechanics and Microengineering. 21 (8), 085025 (2011).
  23. Sridhar, M., Maurya, D. K., Friend, J. R., Yeo, L. Y. Focused ion beam milling of microchannels in lithium niobate. Biomicrofluidics. 6 (012819), (2012).
  24. Shilton, R. J., Yeo, L. Y., Friend, J. R. Drilling inlet and outlet ports in brittle substrates. Chips and Tips. , Available from: http://blogs.rsc.org/chipsandtips/2011/10/10/drilling-inlet-and-outlet-ports-in-brittle-ubstrates/?doing_wp_cron=1563672390.4860339164733886718750 (2011).

Tags

הנדסה סוגיה 156 שללודיה ננו-לוקדיה ננו-מדיה גלים אקוסטיים לפני השטח התחברות בטמפרטורת החדר ליתיום niobate מליטה מופעלת פלזמה
הייצור של ערוצי ננו גובה שילוב הופעה גל אקוסטי המשטח באמצעות ליתיום Niobate אקוסטית הננו לוקדיה
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zhang, N., Friend, J. Fabrication of … More

Zhang, N., Friend, J. Fabrication of Nanoheight Channels Incorporating Surface Acoustic Wave Actuation via Lithium Niobate for Acoustic Nanofluidics. J. Vis. Exp. (156), e60648, doi:10.3791/60648 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter