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Engineering

음향 나노 유체학용 리튬 니오바테를 통한 표면 음향파 작동을 통합한 나노높이 채널 제조

Published: February 5, 2020 doi: 10.3791/60648

Summary

리프오프 포토리소그래피, 나노 깊이 반응성 이온 에칭 및 실온 플라즈마를 통해 음향 나노 유체학용 리튬 니오베이트에 표면 음향파 작동 장치를 통합하여 나노 높이 채널의 제조를 시연합니다. 단결정 리튬 niobate의 표면 활성화 다층 결합, 산화물에 리튬 niobate 결합에 유사하게 유용한 공정.

Abstract

유체의 제어 나노 스케일 조작은 표면과 점성 력의 지배로 인해 매우 어려운 것으로 알려져 있습니다. Megahertz 순서 표면 음향파(SAW) 장치는 최대 108m/s 2의표면에 엄청난 가속을 발생시켜 음향 스트리밍 및 음향 방사선력과 같은 음향 유체학을 정의하기 위해 많은 관찰된 효과를 담당합니다. 이러한 효과 마이크로 스케일에서 입자, 세포 및 유체 조작에 대 한 사용 되었습니다., 비록 더 최근 SAW 메커니즘의 완전히 다른 세트를 통해 나노 규모에서 비슷한 현상을 생산 하는 데 사용 되었습니다. 제어 가능한 나노 스케일 유체 조작은 물리적 및 생물학적 응용 분야에 유용한 초고속 유체 펌핑 및 생체 분자 역학에서 광범위한 기회를 제공합니다. 여기에서는 SAW 장치와 통합된 실온 리튬 니오바테(LN) 본딩을 통해 나노 스케일 높이 채널 제조를 시연합니다. 우리는 건식 에칭을 통한 나노 높이 채널 제작, 리튬 니오바테의 플라즈마 활성화 접합, 후속 이미징을 위한 적절한 광학 설정 및 SAW 작동을 포함한 전체 실험 과정을 설명합니다. 우리는 SAW에 의해 유도된 나노 스케일 채널에서 유체 모세관 충진 및 유체 배수에 대한 대표적인 결과를 보여줍니다. 이 절차는 미래의 나노 유체 공학 응용 분야에 기반을 두는 데 유용한 SAW 장치와의 나노 스케일 채널 제조 및 통합을위한 실용적인 프로토콜을 제공합니다.

Introduction

나노 채널에서 제어 가능한 나노 스케일 유체 수송 -나노 유체 공학1- 대부분의 생물학적 거대 분자와 동일한 길이 척도에서 발생하며 생물학적 분석 및 감지, 의료 진단 및 재료 처리를 약속합니다. 다양한 설계 및 시뮬레이션은 지난 15 년 동안 온도 구배2,쿨롱 드래그3,표면 파4,정적 전기장5,6,7및 열중포기8에 따라 유체 및 입자 현탁액을 조작하기 위해 나노 유체학에서 개발되었습니다. 최근 SAW는 나노 채널에서 효과적인 유체 수송을 방지하는 표면 및 점성 력의 지배력을 극복하기에 충분한 음향 압력으로 나노 스케일 유체 펌핑 및 배수를 생산하는것으로 나타났습니다. 음향 스트리밍의 주요 이점은 유체 또는 입자 현탁액의 화학 세부 사항에 대한 우려없이 나노 구조의 유용한 흐름을 구동할 수 있다는 점이며, 이 기술을 활용하는 장치를 생물학적 분석, 감지 및 기타 물리 화학 응용 분야에서 즉시 유용하게 사용할 수 있다는 것입니다.

SAW 통합 나노 유체 장치를 제조하려면 SAW 생성을 용이하게 하기 위해 압전 기판, 리튬 니오바테10에있는 디지털 트랜스듀서(IDT)와 같은 전극을 제조해야 합니다. 반응성 이온 에칭(RIE)은 별도의 LN 피스에서 나노스케일 우울증을 형성하는데 사용되며, 두 조각의 LN-LN 접합은 유용한 나노채널을 생성한다. SAW 디바이스에 대한 제조 공정은 금속 스퍼터 또는 증발증착(11)과함께 정상 또는 리프트 오프 자외선 포토리소그래피를 사용하든, 많은 간행물에서 제시되었다. 특정 형상으로 채널을 에칭하는 LN RIE 공정의 경우, 다른 LN 배향, 마스크 재료, 가스 흐름 및 플라즈마 전력을 선택하여 식각 속도 및 채널의 최종 표면 거칠기에 미치는 영향은12,13,14,15,16으로조사되었다. 플라즈마 표면 활성화는 표면 에너지를 크게 증가시키고 따라서 LN17,18,19,20과같은 산화물의 접합 강도를 향상시키는 데 사용되었습니다. 마찬가지로 2단계 플라즈마 활성화 접합방법(21)을통해 SiO 2(유리)와 같은 다른 산화물과 LN을 이질적으로 결합할 수 있다. 실온 LN-LN 본딩은 특히, 상이한 세정 및 표면 활성화처리(22)를사용하여 조사되었다.

여기서, 우리는 40 MHzSAW 통합 100-nm 높이 나노 채널을 제조하는 과정을 상세히 설명하며, 종종 나노슬릿 채널이라고합니다(그림 1A). SAW 작동에 의한 효과적인 유체 모세관 충진 및 유체 배수는 이러한 나노 스케일 채널에서 나노슬릿 제조 및 SAW 성능의 타당성을 입증합니다. 우리의 접근 방식은 다양한 물리적 문제 및 생물학적 응용 에 대한 조사를 가능하게하는 나노 acoustofluidic 시스템을 제공합니다.

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Protocol

1. 나노 높이 채널 마스크 준비

  1. 포토리소그래피: 나노높이 채널의 원하는 모양을 설명하는패턴(그림 1B)을사용하여 정상적인 포토리소그래피 및 리프트 오프 절차를 사용하여 LN 웨이퍼에서 나노 높이 우울증을 생성합니다. 이러한 우울증은 이후 단계에서 웨이퍼 결합시 나노 높이 채널이 될 것이다.
    참고 : 나노 스케일 우울증의 측면 치수는이 프로토콜의 마이크로 스케일입니다. 전자 빔 또는 He/Ne 이온 빔 리소그래피는 나노 스케일 측면 치수로 채널을 제작하는 데 사용할 수 있습니다. Ga+-기반 이온 빔 리소그래피는 팽윤 및 고르지 않은 기판프로파일(23)을일으킨다. 두 LN 웨이퍼의 방향이 일치해야 하며, 그렇지 않으면 열 응력으로 인해 웨이퍼 또는 이들 사이의 결합이 실패할 수 있습니다.
  2. 건조 한 에칭에서 영역을 보호 하기 위해 스퍼터 증착: 스퍼터 증착 시스템에 웨이퍼를 배치 합니다. 챔버 진공을 5 x10-6 mTorr로 끌어내고, Ar이 2.5 mTorr에서 흐르도록 하고, 200W에서 스퍼터 Cr을 생성하여 아래 3단계에서 사용할 때 반응성 이온 에칭을 방지하는 400nm 두께의 희생 마스크를 생성합니다.
  3. 리프트 오프: 웨이퍼를 완전히 담글 수 있는 충분한 아세톤을 가진 비커로 옮김으로 옮김. 중간 강도로 10분 간 소각하여 DI 물로 헹구고 웨이퍼를 건조한N2 플로우로 건조시다.
  4. 다이싱: 다이싱 톱을 사용하여 전체 웨이퍼를 칩당 하나의 나노슬릿 패턴을 사용하여 개별 칩으로 주사위합니다.
    참고: 프로토콜은 여기에서 일시 중지할 수 있습니다.

2. 나노 높이 채널 제작

  1. 반응성 이온 에칭(RIE): RIE를 사용하여 NN 기판의 발견되지 않은 영역으로 나노 스케일 우울증을 에칭합니다. 희생 Cr에 의해 덮여 남은 영역은 에칭으로부터 보호됩니다. RIE 전력을 200W로 설정하고 챔버를 50°C로 가열하고 챔버 진공을 20 mTorr로 끌어내리고 SF6 유량을 10 sccm로 설정하고 20 분 동안 식각하여 LN에서 120 nm 깊이의 나노 슬릿을 생성합니다.
  2. 채널 입구 및 출구용 구멍 드릴링: 양면 테이프를 사용하여 에칭된 LN 칩을 작은 강판에 부착하고 플레이트를 페트리 접시 바닥에 부착합니다. 페트리 접시는 LN 칩과 강판의 완전한 침수를 허용할 만큼 충분히 커야 합니다. 페트리 접시에 물을 채우고 칩을 완전히 담급니다. 0.5mm 직경의 다이아몬드 드릴 비트를 드릴 프레스에 부착하고 최소 10,000rpm의 고속으로 드릴링하여 원하는 입구와 콘센트를 가공합니다. 0.5 mm 두께의 기판을 통해 드릴링은 약 10~ 15 s24(도 1B)를취해야 한다.
    참고: 드릴링 중 침지시 드릴 현장에서 과도한 국부 난방 및 미립자 방해를 방지합니다. 다른 유형의 드릴 비트는 작동하지 않을 수 있으며, 손 드릴링은 우리의 지식에 어떤 속도로도 불가능합니다. LN이 깨지지 않도록 하려면 10,000rpm 이상의 드릴 비트 회전 속도를 권장합니다.
  3. Cr 습식 에칭: 다이아몬드 팁 인그레이빙 펜을 사용하여 드릴링된 LN의 평평하고 우네치된 면을 명확하게 표시하여 나노 높이 채널이 나머지 단계에 있는 측면을 추적합니다. Cr etchant의 칩을 초음파 처리합니다.
    참고: 프로토콜은 여기에서 일시 중지할 수 있습니다. Cr이 제거된 후 LN 칩의 어느 쪽이 에칭된 나노스케일 우울증을 가지고 있는지 확인하는 것은 매우 어렵다. 초음파 처리 시간은 에칭 속도와 Cr 마스크 두께에 따라 달라집니다.

3. 실온 플라즈마 활성화 본딩

  1. 용매 세척 LN 칩: 칩 쌍(일반 포토리소그래피, 스퍼터 증착 및 리프트 오프 절차에 의해 제작됨)과 에칭된 나노스케일 우울증 칩 1개를 모아 본딩을 준비합니다. 칩 쌍을 초음파 처리 욕조에 넣고 초음파 처리에 넣은 비커에 넣고 2 분 동안 초음파 처리하십시오. 칩을 메탄올로 옮기고 초음파 처리하여 1 분 동안 칩을 DI 물로 옮김하십시오.
  2. 피라냐 세척: H 2O2(물 30%)를H2SO 4(96%)에 추가하여 산 사용에 전념하는 통풍이 잘 되는 후드에 유리 비커에 피라냐 산을 준비합니다. 1:3의 비율로. 모든 칩을 테프론 홀더에 놓습니다. 홀더를 비커에 넣고 모든 칩을 피라냐 용액에 10 분 동안 담근 다음 칩과 홀더를 두 개의 별도의 DI 수조에서 순차적으로 헹구습니다. 건조한N2로 칩을 건조시키고 즉시산소(O2)플라즈마 활성화 장비로 이송하여 오염을 피하기 위해 취급 중에 칩을 덮어 두십시오.
    주의: 피라냐 용액은 부식성이 높고, 산화가 강하며, 위험합니다. 교육기관에서 취급하는 특정 규칙을 따르지만 최소한 세심한 주의를 기울여 적절한 안전 장비를 착용하십시오. 작업이 완료되면 피라냐 용액을 전용 폐기물 용기에 붓기 전에 적어도 한 시간 동안 냉각해야합니다.
    참고 : 두 개의 DI 수조에서 LN 칩을 두 번 헹구야합니다. 한 번 그들을 헹박하면 그 뒤에 잔류물이 결합을 망칠 가능성이 있습니다. 금 전극은 피라냐 용액에 대한 내성이 뛰어나기 때문에 IDT에 사용됩니다.
  3. 플라즈마 표면 활성화: 150초 동안 120sccm에서O2 흐름에 노출되는 동안 120W의 전력으로 플라즈마를 사용하여 칩 표면을 활성화합니다.
    참고 : 플라즈마 표면 처리는 신속하게 DI 수지 침지 후 LN 표면에 하이드록실 그룹을 형성하고, 나중에 결합을 촉진하기 위해 자유 표면 에너지를 증가시다.
  4. 실온 접합: 건조한N2 흐름으로 샘플을 건조시키고 나노슬릿 칩을 원하는 위치에 SAW 장치 칩에 조심스럽게 놓습니다. 원하는 방향을 생성하도록 다시 정렬합니다. 그런 다음 핀셋 또는 이와 유사한 핀셋을 사용하여 중앙에서 샘플을 아래로 밀어 결합을 시작합니다. 처음 밀린 후 결합하지 못한 영역에서 부드럽게 밀어 내십시오.
    참고: 본딩은 투명 LN을 통해 쉽게 볼 수 있습니다. 보세 영역은 완전히 투명합니다. 양면 연마되지 않은 LN은 평가하기가 더 어려울 것이다.
  5. 접합 후 가열: 접합 된 샘플을 스프링 클램프에 놓고 열 팽창에도 불구하고 안전하게 하중을 발휘하고 클램핑 된 샘플을 실온 (25 °C)에서 오븐에 놓습니다. 오븐 가열 온도를 300 °C로 설정하고 램프 속도를 최대 2 °C / min으로 설정하고 2 시간까지 거주 한 다음 자동으로 차단하여 오븐 과 클램핑 된 샘플을 실온으로 자연적으로 냉각시되도록합니다.
    참고: 프로토콜은 여기에서 일시 중지할 수 있습니다. 하이드록실 그룹 사이의 결합은 결합에서 물을 생성하고, 가열은 결합 강도를 크게 증가시키기 위해 물을 제거합니다. 적당한 클램핑 력으로 충분합니다. 서로 다른 방향이나 재료의 두 칩을 결합하려고 하면 열 팽창이 일치하지 않거나 결과적으로 응력에 따라 균열이 발생할 수 있습니다.

4. 실험 설정 및 테스트

  1. 관찰: 반전된 현미경으로 나노슬릿을 관찰합니다. 광학 경로에 선형 편광 필터를 포함하고 회전하여 LN에서 두 배가 되는 버프링기반 이미지를 적절히 차단합니다. 입구를 통해 초순수 DI 물을 사용하여 완성 된 나노 슬릿에서 유체 움직임을 관찰하십시오.
    참고: 초순수 액체는 특히 증발 후 막힘을 방지하는 것이 좋습니다.
  2. SAW 작동: 반사된 음향파를 방지하기 위해 SAW 장치의 끝에 흡수장치를 부착합니다. 신호 발생기를 사용하여 약 40MHz의 공진 주파수에서 정현파 전기장을 IDT에 적용합니다. 오실로스코프를 사용하여 장치에 적용된 실제 전압, 전류 및 전력을 측정합니다. 현미경에 부착된 카메라를 사용하여 나노슬릿 내에서 SAW 작동 중에 유체 모션을 기록합니다.

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Representative Results

우리는 SAW 통합 나노 유체 장치의 성공적인 제조 및 접합 후 나노 높이 LN 슬릿에서 유체 모세관 파일 및 SAW 유도 유체 배수를 수행합니다. 표면 음향파는 40MHz의 IDT의 공진 주파수에서 증폭된 정현파 신호에 의해 작동되는 IDT에 의해 생성되며, SAW는 압전 LN 기판을 통해 나노슬릿으로 전파됩니다. SAW와 상호 작용하는 나노슬릿 내의 유체의 거동은 반전된 현미경을 사용하여 관찰될 수 있다.

우리는 다른 폭의 100-nm 높이 채널에서 유체 모세관 충진을 보여줍니다. 그림 2는 초순수 DI 워터의 모세관 을 100-nm 높이의 두 채널, 폭 400 μm 및 다른 40 μm 폭으로 채우는 것을 보여줍니다. 초순수의 방울은 입구를 통해 나노슬릿으로 전달된다. 모세관은 전체 나노슬릿의 유체 충진을 유도하며, 더 큰 모세관력으로 인해 좁은 채널로 충전이 더 빠르게 발생합니다. 다른 점도 및 표면 장력의 다른 유체를 사용하여 모세관 힘 구동 유체 충진은 다른 높이의 나노슬릿이 다른 결과를 생성할 수 있는 것처럼 사용될 수 있습니다.

우리는 또한 모세관 압력을 극복하여 나노 채널에서 톱 유도 유체 배수를 입증합니다. 100-nm 높이의 슬릿의 물은 중간에 최대 길이의 수공기 계면(그림3)을표시하여 SAW 장치의 중간에 최대 음향 에너지를 나타냅니다. 나노슬릿에서 발생하는 강한 음향 압력으로 플라즈마 표면 활성화 실온 LN 본딩 방법을 사용하여 양호한 접합 강도를 나타냅니다. 약 1W의 임계 가해지는 힘은 음향 압력을 모세관 압력보다 더 크게 만들고 가시적인 배수 현상을 구동하기 위해필요합니다(그림 4). 유체 표면 에너지를 나타내는 공기 캐비티의 최대 길이는 적용된 음향 전력과 선형 관계를 나타냅니다. 나노 스케일에서 유체 작동 및 잠재적으로 거대 생체 분자 조작을 위한 효과적인 도구를 제공합니다. 다른 채널 높이와 폭으로 SAW를 사용하여 다양한 유체를 배출하는 효과를 더 조사 할 수 있습니다.

Figure 1
그림 1: 제작된 장치의 이미지입니다. (A)왼쪽: 40MHz SAW 생성 및 전파를 위해 LN 기판에 0.7 mm 조리개가 있는 금 전동 IDT. 중간, 오른쪽: 유체 작동을 위해 SAW와 통합된 접합 LN 나노슬릿 장치. 한 페니 동전은 하단에 스케일 참조로 표시됩니다. (B)다양한 반응성 이온 에칭 나노 높이 채널 LN 칩은 크롬 희생 마스크 구조와 유체 유입구 및 출구를위한 500-μm 직경 구멍을 뚫은 후에 표시됩니다. 배율 표시줄: 5mm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 2
그림 2: 100nm 높이의 채널에서 유체 모세관 충진. (A1-A4) 초순수는 시간이 지남에 따라 모세관 력을 통해 400 μm 넓은 나노슬릿으로 그려지며, 각각 시작(0s) 및 1, 2 및 4s 에서 각각 나타난다. 작은 물 방울은 미신의 상단에 볼 수 있습니다. (B1-B4) 초순수는 시간이 지남에 따라 모세관 력을 통해 40 μm 너비의 나노슬릿으로 유입되며, 시작(0s) 및 0.1, 0.3 및 1s 나중에 각각 표시되며, 이는 더 적은 양의 유체에 대한 더 큰 모세관 력으로 인해 더 빠른 충진을 나타냅니다. 미신의 상단에있는 작은 우울증은 핀셋으로 표면을 치는 증거입니다. 스케일 바: 400 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 3
그림 3: 1 mm 폭 100 nm 높이 나노슬릿에서 톱 유도 유체 배수. (A-C) 수분이 채워진 나노슬릿은 각각 1.31W, 2.04W 및 2.82W의 적용 전력에서 40MHz SAW로 배출됩니다. SAW는 이미지에서 위에서 아래로 전파됩니다. 접합 영역과 나노슬릿 영역 사이의 계면 선이 표시됩니다: 색상 변화에 유의하십시오. 스케일 바: 200 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 4
도 4: SAW 가포 전력에 대하여 SAW-유도 공기 캐비티 길이. 탈습 캐비티 길이는 적용된 전력에 따라 거의 선형적으로 달라집니다. 인가된 전력은 나노슬릿의 모세관 압력보다 큰 음향 압력을 제공하여 유체 배수를 야기해야 합니다. 이 경우 배수가 나타나는 임계값 적용 전력은 약 1W입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Discussion

실온 접합은 SAW 통합 나노슬릿 장치를 제작하는 데 핵심적인 핵심입니다. 성공적인 접합과 충분한 접합 강도를 보장하기 위해서는 다섯 가지 측면을 고려해야 합니다.

플라즈마 표면 활성화를 위한 시간 및 전력
플라즈마 전력을 증가하면 표면 에너지를 증가시키고 그에 따라 접합 강도를 증가시키는 데 도움이됩니다. 그러나 플라즈마 표면 활성화 시 전력을 증가시키는 단점은 표면 거칠기의 증가이며, 이는 나노슬릿 제조 및 유체 수송 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 플라즈마 표면 활성화 시간은 일정시간(21)후에 표면 에너지를 증가시키는 데 도움이 되지 않을 것으로 나타났다. 따라서, 플라즈마 활성화 시간 및 전력은 표면 에너지를 최대화하기 위해 정의되어야 하지만 표면 거칠기 증가의 희생은 아니다.

본딩 전 칩 세척
접합 후 나노 스케일 높이 채널만 있기 때문에 모든 마이크로 크기의 입자는 엄청난 장애물이 되어 접합 실패를 야기합니다. 피라냐 세척은 칩 표면의 모든 유기 이물질을 제거하는 데 사용됩니다. 청소 후, 칩을 덮고 오염을 방지하기 위해 깨끗한 용기를 사용하는 것이 좋습니다.

본딩 전에 LN 칩 쌍의 방향
LN의 이방성으로 인해 상부 및 하부 LN 칩을 접합하려면 현재 동일한 재료 방향이 필요합니다. 그렇게 하지 않으면 잔류 응력과 제작 중 균열이 발생할 수 있습니다. 또한 이방성 으로 인해 나노슬릿의 상하 표면 사이에 상이한 SAW 특성을 야기할 것이다. 따라서 동일한 재료 방향으로 두 개의 LN 칩을 접합하는 것이 좋습니다.

상부 및 하부 칩의 정렬
우리는 시각적으로 수동 정렬 및 접합을 수행합니다. 신탁 마커와 적절한 현미경 보조 정렬 본딩을 도입하면 장치의 품질과 수율이 확실히 향상될 것입니다.

실온 접합 시작 후 오븐 가열 온도
더 높은 온도에서 가열하면 결합을 강화하는 데 도움이됩니다. 우리의 LN 본딩 공정을 위해 300 °C로 가열하면 SAW가있는 나노 슬릿의 유사한 모세관 및 음향 압력에 대해 손상되지 않은 상태로 유지되기 때문에 적어도 1 MPa 접합 강도를 생성합니다.

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Disclosures

저자는 공개 할 것이 없다.

Acknowledgments

저자는 이 일을 지원하는 자금과 시설의 제공에 대한 캘리포니아 대학과 UC 샌디에고의 NANO3 시설에 감사드립니다. 이 작품은 UCSD의 샌디에고 나노 기술 인프라 (SDNI)에서 부분적으로 수행되었다, 국립 나노 기술 조정 인프라의 회원, 이는 국립 과학 재단에 의해 지원되는 (그랜트 ECCS-1542148). 여기에 제시된 작품은 W.M. Keck 재단의 연구 보조금에 의해 아낌없이 지원되었습니다. 저자는 또한 해군 연구실 (그랜트 12368098을 통해)에 의해이 작품의 지원에 감사드립니다.

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).

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엔지니어링 문제 156 항유체학 나노 유체학 나노 제조 표면 음향파 실내 온도 본딩 리튬 니오베이트 플라즈마 활성화 본딩
음향 나노 유체학용 리튬 니오바테를 통한 표면 음향파 작동을 통합한 나노높이 채널 제조
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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).

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