Summary
שתי טכניקות הייצור, ההמראה והחריטה רטוב, מתוארים בהפקת מתמרים האלקטרודות interdigital על מצע פיזואלקטריים, ליתיום niobate, המשמש באופן נרחב כדי ליצור גלי משטח אקוסטי כעת מציאת כלי שירות רחב מיקרו כדי fluidics ננו-היקף. אלקטרודות כפי המיוצר מוצגים ביעילות לגרום מגהרץ לסדר משטח ריילי גלים אקוסטיים.
Abstract
מניפולציה של נוזלים וחלקיקים על ידי הגשמה אקוסטית בקנה מידה קטן הוא לסייע לצמיחה מהירה של יישומי מעבדה על שבב. מכשירי מגה-הרץ-הזמנה גל אקוסטי (מסור) התקנים לייצר האצות עצומות על פני השטח שלהם, עד 108 מ מ 2, בתורו אחראי רבים של ההשפעות שנצפו שבאו להגדיר אתהשני: הזרמת אקוסטית וכוחות קרינה אקוסטית. השפעות אלה שימשו עבור הטיפול בחלקיקים, תא, ונוזלים במיקרו-סקאלה – ואפילו בסולם הננו. במאמר זה אנו מדגימים במפורש שתי שיטות הייצור הגדולות של התקנים מראה על ליתיום niobate: פרטים של טכניקות ההמראה והחריטה רטוב מתוארים צעד אחר צעד. תוצאות הנציג עבור דפוס האלקטרודה הופקד על המצע, כמו גם את הביצועים של המסור שנוצר על פני השטח מוצגים בפרוטרוט. הייצור טריקים ופתרון בעיות מכוסים גם. הליך זה מציע פרוטוקול מעשי עבור בתדר גבוה מראה ייצור המכשיר ואינטגרציה עבור יישומים מיקרופלואידיקה עתידיים.
Introduction
בהסתמך על אפקט פיזואלקטריים ההופכית הידוע, כאשר דיפולים האטומי ליצור זן המתאים ליישום של שדה חשמלי, הקריסטלים פיזואלקטריים כגון ליתיום niobate linbo3 (in), ליתיום טנטליט litao3 (LT), ניתן להשתמש כמו מתמרים אלקטרומכניים כדי ליצור מסור ליישומים microscale1,2,3,4,5,6. על ידי הפעלת הדור של displacements עד 1 ננומטר ב 10-1000 MHz, הרטט מונחה מראה גוברת על מכשולים טיפוסיים של אולטרסאונד מסורתי: האצה קטנה, אורכי גל גדולים, גודל המכשיר גדול. מחקר לטיפול בנוזלים וחלקיקים מושעה האיץ לאחרונה, עם מספר רב של ביקורות אחרונות ונגישים7,8,9,10.
הייצור של התקנים מיקרופלואידים משולבים משולב דורש הייצור של אלקטרודות- מתמר interdigital (IDT)11— על המצע פיזואלקטריים כדי ליצור את המסור. האצבעות צורה מסרק ליצור דחיסה ומתח במצע כאשר מחובר קלט חשמלי לסירוגין. הייצור של התקני המסור הוצג בפרסומים רבים, בין אם באמצעות להוריד את הפוטוגרפיה אולטרה סגולה לצד מתכת או תהליכי חריטה רטוב10. עם זאת, חוסר הידע והכישורים בבדיית המכשירים הללו הוא מחסום מפתח לכניסה לתוך החוגים של קבוצות מחקר רבות, אפילו היום. עבור טכניקת ההמראה12,13,14, שכבת הקרבה (photoresist) עם תבנית הופכי נוצרת על פני השטח, כך שכאשר חומר היעד (מתכת) מופקד על וופל כולו, הוא יכול להגיע למצע באזורים הרצויים, ואחריו צעד "ההמראה" כדי להסיר את הphotoresist הנותרים. לעומת זאת, בתהליך התחריט הרטוב15,16,17,18, המתכת מופקד לראשונה על הופל ולאחר מכן photoresist נוצרת בתבנית ישירה על המתכת, כדי להגן על האזור הרצוי מתוך "תצריב" על-ידי מזמור מתכת.
בעיצוב הנפוץ ביותר, IDT ישר, אורך הגל של תדירות התהודה של המכשיר המסור מוגדר על ידי התקופתיות של זוגות אצבע, שבו רוחב האצבע ואת המרווח בין האצבעות הם שניהם 
/419. כדי לאזן את יעילות השידור הנוכחי חשמלי ואת ההשפעה המסה הטעינה על המצע, את עובי המתכת הופקד על החומר פיזואלקטריים ממוטב להיות כ 1% של הגל המסור20. הסקה מקומית מאבידות Ohmic21, עלול לגרום לכשל באצבע מוקדמת, יכול להתרחש אם לא מספיק מתכת מופקד. מצד שני, סרט מתכת עבה מוגזמת יכול לגרום לירידה בתדירות התהודה של IDT בשל אפקט העמסה המסה והוא יכול ליצור חללים אקוסטיים בשוגג מן IDTs, בידוד הגלים האקוסטיים שהם מייצרים מן המצע המקיף. כתוצאה מכך, הפרמטרים הphotoresist והחשיפה של UV שנבחרו משתנים בטכניקת ההמראה, בהתאם לעיצובים שונים של התקני מסור, במיוחד בתדר. כאן, אנו מתארים בפרוטרוט את תהליך ההמראה כדי לייצר מכשיר מסור 100 מגה-הרץ מראה מלוטש על-ידי כפולה 0.5 mm-עבה 128 ° Y מסובבת לחתוך בבית וופל, כמו גם את תהליך התחריט רטוב כדי להפיק את ההתקן 100 MHz של עיצוב זהה. הגישה שלנו מציעה מערכת מיקרופלואידיסי המאפשרת חקירה של מגוון בעיות פיזיות ויישומים ביולוגיים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. התקן מסור דרך שיטת ההמראה
- לבצע ניקוי הממס וופל במתקן 100 מחלקה בחדר נקי על ידי הרחבת 4 "(101.6 מ"מ), וופל לאצטון לאחר מכן האלכוהול איזופרופיל (IPA), ולאחר מכן מים מוכי (די מים), כל אחד באמבטיה sonication עבור 5 דקות. להרים את וופל ולפוצץ את פני השטח יבש עם חנקן (N2) זרימת גז כדי להסיר את המים הנותרים DI מן הפרוסת.
התראה: בצע את האיטריאצטון והIPA במכסה המנוע. הימנע מאינהלציה וממגע העור עם IPA. להימנע ממגע עם העור והעיניים עם אצטון. . אל תבלע
הערה: אל תאפשר לנוזל כלשהו להתאדות על הפרוסת; אם יש אבק או פסולת על פני השטח, התחילו את השלב הזה. - מניחים את הפרוסת וופל על פלטה ב 100 ° c כדי לאפות במשך 3 דקות.
הערה: בשל המאפיין פירואלקטריים של LN, הוא יפיק חיובים סטטיים והלחץ הקשור בתוך וופל בזמן החימום והקירור. מומלץ לשים את הפרוסת וופל על פיסת אלומיניום (אל) לאחר הסרתו מהפלטה החמה כדי לשחרר את החיובים הסטטיים ולהימנע משבירת הנייר. - מניחים את הפרוסת וופל על מרובע מסתובב. באמצעות טפטפת, כיסוי על 75% של המשטח של וופל עם photoresist שלילית (NR9-1500). התוכנית מהירות 500 rpm עם האצה של 3,000 rpm/s עבור 5 שניות ולאחר מכן מהירות של 3,500 rpm עם האצה של 3,000 rpm/s עבור 40 שניות, כדי לייצר שכבה של photoresist סביב 1.3 μm.
התראה: בצע ציפוי מהדורה במכסה המנוע. שאיפת אדי הphotoresist. עלולה לגרום לכאבי ראש
הערה: העובי עשוי להשתנות בהתאם למצב הphotoresist ולהגדרת הטווח שבשימוש, אפילו באותה הגדרות טווח. ניתן לסובב את הphotoresist מעבר לקצה ולתוך הקצה האחורי של הרקיק; יש להסיר את הדבר הזה באמצעות שימוש בספוגית אצטון. בהווה השמאלי, photoresist את הפרוסת וופל לפלטת האפייה בזמן האפיה הרכה. - לאפייה רכה, הניחו את הרקיק על פלטה ב100 ° c, העלו את הטמפרטורה עד 150 ° c, החזיקו אותו ב-150 ° c במשך 1 דקות. ואז להזיז את הפרוסת מפלטת הפלטה, ולאפשר לפרוסת הסיליקון להתקרר באוויר לטמפרטורת החדר (RT).
הערה: בשל האפקט הפירואלקטרי , אם הטמפרטורה של ה-ln הופל השתנה לפתע, למשל, על ידי העברת באופן ישיר וופל על פלטת הפלטה או על גבי רדיד אלומיניום ב 150 ° c, ההלם התרמי בתוך הופל עלול לנפץ אותו. הימצאות מתכת לא אחידה על פני השטח, כגון אלקטרודות, מגביר באופן משמעותי את הסיכון הזה. ביישומים שבהם השקיפות של ה-LN אינה חשובה, שקול להשתמש ב-LN "שחור" או יותר מופחת באופן מדויק יותר ב-ln, שהוא חום כהה ושקוף, אך יש לו פירומן זניח. - העבר את הפרוסת וופל אל מסכת התנינים (MLA150) לחשיפה אולטרה סגולה. לחשוף את photoresist עם מינון אנרגיה של 400 mJ/cm2 ב 375 nm. המינון הנדרש עשוי להשתנות בהתאם לעיצוב המסיכה ולגיל ולמצב הphotoresist.
הערה: כיוון הפצת הגל שנגרם על ידי IDTs צריך להיות לאורך הכיוון הפצת X כדי ליצור ביעילות מסור. במילים אחרות, זה מרמז על "אצבעות" של IDT צריך להיות בניצב לכיוון ציר ה-X. אופייני היצרנים בתוך וופל מניחים את הראשי (גדול) וופל שטוח (הקצה הישר לצד וופל) בניצב לציר ה-X, כך אצבעותיך IDT צריך להיות מקביל לדירה זו. יצרנים מסוימים מציגים שדירה שנייה (קטנה) וופל כדי לסייע בציון ההנחיות לציר Y ו-Z, אך פרט זה אינו חשוב ליצירת מסור. יצרנים מבקשים לעתים קרובות מפרטים עבור גימור המשטח של וופל; אם אתם זקוקים לפרוסת וופל שקוף, בקשו ופלים מלוטשים בצורה דו צדדית. עם זאת, זכור כי LN הוא שבירה, כך כל אובייקט מואר עם אור מעבדה סטנדרטית ולראות דרך החומר יפיק לא אחד אלא שתי תמונות. התגברות על בעיה זו נדונה מאוחר יותר. מלוטש צד אחד LN היא בחירה טובה יותר עבור הדור המסור אם אתה לא צריך לראות דרך וופל, כי גלי אקוסטי מלאכותי מתפזרת על ידי משטח הגב מחוספס. - מניחים את הפרוסת וופל על פלטה ב 100 ° c עבור 3 דקות עבור אופים לאחר החשיפה. לאחר מכן להעביר אותו אל רדיד אלומיניום ולאפשר לו להתקרר כדי RT.
הערה: הדפוסים צריכים להיות גלויים לאחר האופים שלאחר החשיפה. אם לא, שקול להפשיט את photoresist ולהפעיל מחדש את התהליך משלב 1.1 לעיל. - לפתח את הפרוסת על ידי הצבת אותו בגביע מלא מפתח RD6 טהור עבור 15 שניות. לנער בעדינות את הגביע במהלך הפיתוח. לטבול את הופל לתוך מים DI 1 דקות, ולאחר מכן לשטוף את וופל תחת זרימת המים DI. לבסוף, להשתמש יבש N2 זרימה כדי להסיר את המים הנותרים די מן הפרוסת. לעולם אל תיתן לנוזל להתאדות. על משטח הרקיק
התראה: לפתח את הפרוסת בתוך מכסה המנוע. הימנע לנשום באדים או ליצור קשר עם המפתח עם העיניים והעור.
הערה: הפוטוגרפיה הושלמה לאחר שלב זה. הפרוטוקול יכול להיות מושהה כאן. - לאפות את הפרוסת וופל על פלטה ב 100 ° c עבור 3 דקות. לאחר מכן להעביר אותו אל רדיד אלומיניום ולאפשר לו להתקרר כדי RT.
הערה: שלב זה הוא להסיר כל לחות מהפרוסת וופל הphotoresist כדי למנוע הוצאת מאוחר יותר במהלך התזה. - הניחו את הופל. לתוך מערכת תצהיר מוחלטת ואקום החדר כדי 5 x 10-6 mTorr. השתמש mTorr זרימת הארגון 2.5, כרום התיז (Cr) עם כוח של 200 W עבור 5 ננומטר כשכבת הדבקה, ואחריו התזה אל עם כוח של 300 W עבור 400 nm כדי ליצור את האלקטרודות מוליך.
הערה: יש לחשב זמן התצהיר מהעובי הצפוי ושיעור התצהיר. טיטניום (Ti) ניתן להשתמש במקום כרום, אם כי תהליך ההסרה קשה יותר, כי Ti קשה יותר. זהב (Au) גם מופקד בדרך כלל כאלקטרודות. עם זאת, עבור התקנים מראה בתדר גבוה יותר, אל צריך להחליף Au כדי למנוע את השפעות הטעינה ההמוני של האצבעות Au IDT, אשר להפחית את תדירות מראה מקומי התהודה תחת IDT, להרכיב חלל אקוסטי שממנו המסור יכול רק להימלט עם אובדן משמעותי. - עבור תהליך ההמראה, להעביר את הפרוסת לתוך גביע ולטבול באצטון. Sonicate בעוצמה בינונית עבור 5 דקות. לשטוף עם מים DI ויבש וופל עם N2 זרימה.
התראה: השתמש באצטון בתוך מכסה המנוע. הימנע משאיפת עור או קשר עין עם אצטון. . אל תבלע
הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן. - השתמש מסור המכונה לקוביות את כל וופל לחתיכות קטנות של צ'יפס כמכשירי מסור עבור יישומים נוספים.
הערה: התהליך הושלם. הפרוטוקול יכול להיות מושהה כאן.
הערה: במקום מסור, ניתן להשתמש באבן וופל-על-ידי יהלום (או אפילו חותך זכוכית) כדי לקוביות בתוך הבית וופל באופן מסוים, למרות שבגלל האנאיזוטרופיית של ln חשוב לסופר ולשבור את הופל הראשון לאורך קווי הסופר בניצב לצירה-x, ואחריו קווים אלה ל
2. הייצור המכשיר באמצעות שיטת התחריט הרטוב
- ניקוי הממס וופל: במתקן 100 חדר נקי מחלקה על ידי הרחבת 4 "(101.6 מ"מ) בתוך וופל באצטון, ואחריו IPA, ולאחר מכן המים DI, כל אחד באמבטיה sonication עבור 5 דקות. להרים את הופל ולייבש את פני השטח באמצעות N2 כדי להסיר את המים הנותרים DI וופל.
התראה: השתמש באצטון ו-IPA במכסה המנוע. הימנע מאינהלציה וממגע העור עם IPA. הימנע המגע אצטון עם העור והעיניים. . אל תבלע - הניחו את הרקיק על פלטת הפלטה ב-100 ° c לטיפול תרמי במשך 3 דקות. לאחר מכן להעביר אותו אל רדיד אלומיניום כדי להתקרר כדי RT.
- מניחים את הופל. לתוך מערכת תצהיר מוחלטת ואקום החדר כדי 5 x 10-6 mTorr. השתמש בזרימת הארגון ב 2.5 mTorr, שליטת Cr עם כוח של 200 W עבור 5 ננומטר כמו שכבת הדבקה, ואחריו בריסוס Au עם כוח של 300 W עבור 400 nm כדי ליצור את האלקטרודות המוליך.
הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן. - מניחים את הפרוסת וופל על מרובע מסתובב. באמצעות טפטפת, לכסות על 75% של המשטח של וופל עם photoresist חיובי (AZ1512). התוכנית מהירות 500 rpm עם האצה של 3,000 rpm/s עבור 10 שניות ולאחר מכן מהירות של 4,000 rpm עם האצה של 3,000 rpm/s עבור 30 שניות, בסופו של דבר הפקת שכבה של photoresist סביב 1.2 μm.
התראה: בצע ציפוי מהדורה במכסה המנוע. שאיפת אדי הphotoresist. עלולה לגרום לכאבי ראש - לאפייה רכה, הניחו את הרקיק על פלטה ב100 מעלות צלזיוס במשך 1 דקות. לאחר מכן להעביר אותו אל רדיד אלומיניום ולאפשר לו להתקרר כדי RT.
- העבר את הפרוסת וופל אל מסכת התנינים (MLA150) לחשיפה אולטרה סגולה. לחשוף את photoresist עם מינון אנרגיה של 150 mJ/cm2 ב 375 nm. המינון הנדרש עשוי להשתנות בהתאם לעיצוב המסיכה ולגיל ולמצב הphotoresist.
- מניחים את הופל לתוך גביע מלא במפתח AZ300MIF טהור עבור 30 שניות. לנער בעדינות את הגביע במהלך הפיתוח. הישאב וופל לתוך מים DI 1 דקות, ואז לשטוף את וופל תחת זרימת המים DI. לבסוף, להשתמש יבש N2 זרימה כדי להסיר את המים הנותרים די מן הפרוסת. לעולם אל תיתן לנוזל להתאדות. על משטח הרקיק
התראה: הימנע מפנייה AZ300MIF באמצעות העור או העיניים. . אל תבלע - לטבול את הפרוסת לתוך גביע מלא ב-Au etchant עבור 90 שניות, לטלטל בעדינות את הגביע. לאחר לשטוף את וופל תחת זרימת מים DI, יבש עם N2 זרימה כדי להסיר את המים הנותרים די מן הפרוסת. לעולם אל תיתן לנוזל להתאדות. על משטח הרקיק
התראה: מזמור זהב יכול להיות מסוכן לעיניים ולעור, ויגרום לגירוי נשימתי. שלב זה דורש יותר ציוד הגנה אישי (PPE), כגון זכוכית בטיחות, כפפות שחור אטומה, סינר, וכו '. - לטבול את הפרוסת לתוך גביע מלא Cr etchant עבור 20 שניות, מטלטל בעדינות את הגביע. לאחר לשטוף את וופל תחת זרימת מים DI, יבש עם N2 זרימה כדי להסיר את המים הנותרים די מן הפרוסת. לעולם אל תיתן לנוזל להתאדות. על משטח הרקיק
התראה: etchant כרום יכול לגרום לעין, עור, גירוי בנשימה. שלב זה דורש גם יותר PPE. - נקה את (המדגם) וופל, על ידי הכנסתו לאצטון, ואחריו IPA, ו-DI מים באמבט sonication עבור 5 דקות כל אחד. הרם את הופל ויבש עם זרימת גז N2 על פני השטח של וופל כדי להסיר את המים הנותרים די מן הפרוסת.
התראה: השתמש באצטון בתוך מכסה המנוע. הימנע מאינהלציה וממגע העור אצטון עם העור והעיניים. . אל תבלע
הערה: שלב זה הוא להסיר את הphotoresist הבלתי רצוי על הפרוסת. הפרוטוקול יכול להיות מושהה כאן. - השתמש במסור מסור כדי לקוביות את כל הופל לתוך התקנים מסור דיסקרטית לשימוש נוסף.
הערה: התהליך הושלם. הפרוטוקול יכול להיות מושהה כאן.
3. התקנה ובדיקה ניסויית
- שימו לב להתקן המסור שמתחת למיקרוסקופ אופטי בשדה בהיר.
הערה: ייתכן ששריטות על פני שכבות המתכת ב-LN. בדרך כלל הם לא יגרמו להשפעה בולטת של ביצועי המכשיר, כל עוד השריטות אינן עמוקות מספיק כדי לגרום למעגל פתוח. - לקראת הופעה, לצרף בולמי בשני הקצוות לאורך כיוון התפשטות של המכשיר מסור כדי למנוע גלים אקוסטיים משתקף מהקצוות.
- השתמש במחולל אותות כדי להחיל שדה חשמלי sinusoidal על IDT בתדירות התהודה של סביב 100 MHz. מגבר צריך להיות מחובר. כדי להגביר את האות
- השתמש באולוסקופ כדי למדוד את המתח הממשי, הזרם והכוח שהוחלו על ההתקן. משרעת ותגובת התדר של המסור נמדדים על ידי מדידת לייזר דופלר (LDV); תנועת ה-droplet המסור מוקלטת באמצעות מצלמה במהירות גבוהה המצורפת למיקרוסקופ.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
IDT להיות נמדד מיועד להיות תדר תהודה ב 100 MHz, כמו רוחב האצבע ואת המרווח ביניהם הם 10 μm, הפקת אורך הגל של 40 μm. איור 1 מציג את המכשיר מסור ו IDT מפוברק באמצעות שיטה זו.
שימוש באות חשמלי מותאם לתדר התהודה של IDT, מסור ניתן ליצור על פני פני השטח של חומר פיזואלקטריים. LDV מודד את הרטט דרך אפקט דופלר על פני השטח, ובאמצעות עיבוד אותות, מידע כגון משרעת, מהירות, האצה, ושלב יכול להיות רכשה ומוצגת באמצעות התוכנה. אנו ממחישים את תגובת התדר תחת ניקוי תדר מ 90 עד 105 MHz, עם כוח קלט של 140 mW, מתח שיא של 70 V, וזרם השיא לשיא של 720 mA. כאיור 2B מציין, משרעת המסור היא 19.444 pm בתדר מהדהד של 96.5844 MHz. ההפחתה הקלה בתדירות של 100 מגה-הרץ מיוחסת לטעינת המסה של אלקטרודות IDT מתכת. איור 2A ממחיש את הרטט ldv מדוד של המסור על פני השטח, המוצג להיות הפיץ מ-idts. היחס גל עומד (SWR) מחושב להיות 2.06, נקבע על ידי שימוש ביחס של משרעת מקסימלית לשרעת מינימום (SWR = 1 עבור גל נסיעה טהורה בעוד SWR = ∞ גל עומד טהור), מציע גל נסיעה טובה הושגה כאן.
כמו כן הדגמנו את התנועה של ה-droplet המסונלת על-ידי התקן המסור, תחת כניסת אות אחת בתדר (80.6 mW) בתהודה שלה (96.5844 MHz). IDT μL droplet מ0.2 בעוד כ-1 מ"מ מתוך המרחק (ראה איור 3A). כאשר המסור מפיץ ונתקל את ה-droplet של המים על פני השטח, הוא "דולף" לתוך הנוזל בזווית ריילי, בשל הבדלי העכבה מ-LN למים, ומחושב כיחס של מהירות צליל בשני אמצעי תקשורת אלה,
זווית החיתוך המוצגת באיור 3B אישרה את נוכחות המסור.
איור 1: תמונות של התקנים מפוברק. (A) זהב-אלקטרודה IDT עם מיפתח 7 מ"מ על מצע LN עבור 100 הדור וההפצה של MHz. (ב) אצבעות הIDT. סרגל קנה מידה: 200 μm. (הגרגים בצד שמאל הם מחזירי אור כדי למנוע אובדן אנרגיה.) ההזחה ממחישה את האצבעות בהגדלה גדולה יותר. סרגל קנה מידה: 50 μm. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: מדידת LDV של התקן המסור. (א) תמונה של הגל הנודד שנוצר על ידי IDT. המסור מופיע על מצע LN כפי שהוא מפיץ מ IDT. השלב נקבע על ידי סריקת הראש LDV למדוד במיקומים מרובים, כאשר השלב מופנה נגד האות החשמלי קלט. (ב) תגובת תדר (משרעת לעומת תדירות) של המכשיר המסור מ 90 mhz ל 105 mhz כולל את התהודה שלה ב 96.5844 mhz עם 19.444 pm משרעת ברמת הקלט של 140 mW מ-ldv. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: שלוש מראות בצורת droplet מושרה. (א) התוכנית הניסיונית לקבלת הופעה מזורזת של שחרור החומר ב-LN. סרגל קנה מידה: 5 מ"מ. (ב) המסור הוא הפצת משמאל לימין בתמונות. ה-droplet, בקירוב זווית ריילי (22 °) מתרחשת ב-80.6 mW קלט חשמל. סרגל קנה מידה: 1 מ"מ. נא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: ערכה לphotoresist שמאל על המצע. (א) כאשר נעשה שימוש בphotoresist חיוביים, יש לו צורה לא רצויה של טרפז לאחר התפתחותו. הפקדת מתכת על משטח כזה הופכת את תהליך ההמראה העוקב לקשה ונוטה לכישלון. (ב) עם זאת, שימוש בphotoresist שלילית מייצרת צורה של טרפז הפוכה עם עומס יתר, מה שהופך אותו להרבה יותר קל לפזר את הphotoresist הבסיסי ולהסיר את המתכת במהלך ההמראה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
מכשירי ראה מפוברק מכל אחת מהשיטות הם מסוגלים לייצר גלי נסיעה שימושיים על פני השטח, ושיטות אלה התחתון תהליכים מורכבים יותר לייצר עיצובים אחרים. תדירות התהודה היא בדרך כלל נמוכה יותר מהערך המעוצב, בשל השפעת הטעינה ההמונית של המתכת המפקדת על החלק העליון. עם זאת, יש עדיין כמה נקודות שווה לדון כדי למנוע בעיות.
שיטת ההמראה
. הבחירה של photoresist חשובה ניתן להשתמש בphotoresist חיובית לייצור, שבכל זאת יהיה קשה יותר. מכיוון שphotoresist הבלתי חשוף מומס, החלק שנותר על המצע יצור צורה של טרפז, במיוחד עם חשיפה מוגזמת, בדומה ליותר באיור 4A. הרוק המתכתי בחלק העליון של מphotoresist כזה ימנע מהממס לחדור ולגרום לקשיים בהסרתו במהלך שלב ההמראה. מצד שני, אזורים חשופים UV של photoresist שלילית יוסרו, ו, כפי שמוצג באיור 4B, טרפז הפוכה נוצרת בדרך כלל עם יתר על המידה שהופכת את צעד ההמראה הרבה יותר קל.
מלבד בעיית ההמראה של photoresist חיובית, האצבעות יהיו בסופו של דבר צר מעט יותר מאשר מתוכנן, כלומר, המרווח ביניהם יהיה קצת יותר גדול, בשל הצורה הטרפז. עם photoresist שלילית, המרווח קטן יותר. אפקטים אלה משנים מעט את תדירות התהודה מיעד העיצוב.
בעת שימוש בphotoresist שלילית, מינון החשיפה האולטרא-סגול הוא בעל חשיבות מכרעת. בשל מגוון של ציוד, photoresists, וריאגנטים זמין היום, זמן החשיפה הנדרש בתהליך הייצור שלך יהיה סביר מאוד להשתנות. התבוננות של תוצאת המכשיר מפוברק יכול להנחות אותך בניסיון לקבוע מה השתבש. חשיפת יתר תגרום לאצבעות להיות צרות יותר והמרווח רחב מכפי שתוכנן. תחת חשיפה עשוי להשאיר חלק photoresist לאחר הפיתוח, ובמקרה זה המתכת באזור הרצוי יהיה לקלף יחד עם השכבה הדק של photoresist הנותרים לאחר ההמראה. לפעמים אנשים נוטים להשתמש מלוטש אחד בתוך וופל, כפי שהוזכר לעיל, שהוא opalescent. את הזמן ואת המינון הנדרש לחשיפה UV עם וופל כזה יהיה גדל, מאז האור מתפזרת בגב.
שיטת תחריט רטוב
הצעד העיקרי לשיטה זו הוא להבטיח שphotoresist מומס לחלוטין מהאזור שבו צריך לחרוט את המתכת, אחרת המזמור יהיה חסום והליטוגרפיה תיכשל.
כפי שתחריט המתכת הוא איזוטרופי, הוא מופיע הן דרך הרובד המתכתי והן מעבר לשכבת המתכת, דבר ההופך את האצבעות לצרות יותר מאשר לתכנון. שלילי photoresist היא אפוא בחירה טובה יותר בטכניקה זו כדי להפחית את אובדן תכונה בלתי רצויה.
גבלות
שתי השיטות מוגבלות כדי בדיית גדלים תכונה לגדול יותר מיקרומטר כמה. על פי הניסיון שלנו במתקנים שלנו, המגבלה יכולה להיות דחף קטן כמו 2-3 μm. אם יש צורך בתכונות יקרונים יקרון, ניתן לקרוא לטכניקות ייצור אחרות.
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, חברה של התשתיות 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 | |
| Chromium etchant | Transene Company, INC, Danvers, MA, USA | 1020 | |
| Developer | Futurrex, NJ, USA | RD6 | |
| Developer | EMD Performance Materials Corp., Philidaphia, PA, USA | AZ300MIF | |
| Dicing saw | Disco, Tokyo, Japan | Disco Automatic Dicing Saw 3220 | |
| Gold etchant | Transene Company, INC, Danvers, MA, USA | Type TFA | |
| Hole driller | Dremel, Mount Prospect, Illinois | Model #4000 | 4000 High Performance Variable Speed Rotary |
| Inverted microscope | Amscope, Irvine, CA, USA | IN480TC-FL-MF603 | |
| Laser Doppler vibrometer (LDV) | Polytec, Waldbronn, Germany | UHF-120 | 4” double-side polished 0.5 mm thick 128°Y-rotated cut lithium niobate |
| Lithium niobate substrate | PMOptics, Burlington, MA, USA | PWLN-431232 | |
| Mask aligner | Heidelberg Instruments, Heidelberg, Germany | MLA150 | Fabrication process is performed in it. |
| Nano3 cleanroom facility | UCSD, La Jolla, CA, USA | ||
| Negative photoresist | Futurrex, NJ, USA | NR9-1500PY | |
| Oscilloscope | Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, USA | InfiniiVision 2000 X-Series | |
| Positive photoresist | AZ1512 | Denton Discovery 18 Sputter System | |
| Signal generator | NF Corporation, Yokohama, Japan | WF1967 multifunction generator | Wafer Dipper 4" |
| Sputter deposition | Denton Vacuum, NJ, USA | Denton 18 | |
| Teflon wafer dipper | ShapeMaster, Ogden, IL, USA | SM4WD1 |
References
- Ding, X., et al. Standing surface acoustic wave (SSAW) based multichannel cell sorting. Lab on a Chip. 12 (21), 4228-4231 (2012).
- Langelier, S. M., Yeo, L. Y., Friend, J. UV epoxy bonding for enhanced SAW transmission and microscale acoustofluidic integration. Lab on a Chip. 12 (16), 2970-2976 (2012).
- Rezk, A. R., Qi, A., Friend, J. R., Li, W. H., Yeo, L. Y. Uniform mixing in paper-based microfluidic systems using surface acoustic waves. Lab on a Chip. 12 (4), 773-779 (2012).
- Schmid, L., Weitz, D. A., Franke, T. Sorting drops and cells with acoustics: acoustic microfluidic fluorescence-activated cell sorter. Lab on a Chip. 14 (19), 3710-3718 (2014).
- Schmid, L., Wixforth, A., Weitz, D. A., Franke, T. Novel surface acoustic wave (SAW)-driven closed PDMS flow chamber. Microfluidics and Nanofluidics. 12 (1-4), 229-235 (2012).
- Shi, J., Mao, X., Ahmed, D., Colletti, A., Huang, T. J. Focusing microparticles in a microfluidic channel with standing surface acoustic waves (SSAW). Lab on a Chip. 8 (2), 221-223 (2008).
- Friend, J., Yeo, L. Y. Microscale acoustofluidics: Microfluidics driven via acoustics and ultrasonics. Reviews of Modern Physics. 83 (2), 647 (2011).
- Ding, X., et al. Surface acoustic wave microfluidics. Lab on a Chip. 13 (18), 3626-3649 (2013).
- Destgeer, G., Sung, H. J. Recent advances in microfluidic actuation and micro-object manipulation via surface acoustic waves. Lab on a Chip. 15 (13), 2722-2738 (2015).
- Connacher, W., et al. Micro/nano acoustofluidics: materials, phenomena, design, devices, and applications. Lab on a Chip. 18 (14), 1952-1996 (2018).
- White, R. M., Voltmer, F. W. Direct piezoelectric coupling to surface elastic waves. Applied Physics Letters. 7 (12), 314-316 (1965).
- Smith, H. I., Bachner, F. J., Efremow, N. A High-Yield Photolithographic Technique for Surface Wave Devices. Journal of the Electrochemical Society. 118 (5), 821-825 (1971).
- Bahr, A. Fabrication techniques for surface-acoustic-wave devices. Proc. Int. Specialists Seminar on Component Performance and Systems Applications of Surface Acoustic Wave Devices. , (1973).
- Smith, H. I. Fabrication techniques for surface-acoustic-wave and thin-film optical devices. Proceedings of the IEEE. 62 (10), 1361-1387 (1974).
- Wilke, N., Mulcahy, A., Ye, S. R., Morrissey, A. Process optimization and characterization of silicon microneedles fabricated by wet etch technology. Microelectronics Journal. 36 (7), 650-656 (2005).
- Madou, M. J. Fundamentals of microfabrication: the science of miniaturization. , CRC press. (2002).
- Köhler, M. Etching in Microsystem Technology. , Wiley. (1999).
- Brodie, I., Muray, J. J. The physics of micro/nano-fabrication. , Springer Science & Business Media. (2013).
- Dentry, M. B., Yeo, L. Y., Friend, J. R. Frequency effects on the scale and behavior of acoustic streaming. Physical Review E. 89 (1), 013203 (2014).
- Morgan, D. Surface acoustic wave filters: With applications to electronic communications and signal processing. , Academic Press. (2010).
- Pekarcikova, M., et al. Investigation of high power effects on Ti/Al and Ta-Si-N/Cu/Ta-Si-N electrodes for SAW devices. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 52 (5), 911-917 (2005).
