Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Engineering

Fremstilling af akustiske bølgeenheder til overfladen på lithium-niobate

doi: 10.3791/61013 Published: June 18, 2020

Summary

To fabrikationsteknikker, lift-off og våd ætsning, er beskrevet i fremstilling interdigital elektrode transducere på en piezoelektrisk substrat, lithium niobat, udbredt til at generere overflade akustiske bølger nu finde bred nytte i mikro til nanoskala fluidics. De as-producerede elektroder er vist sig at effektivt fremkalde megahertz orden Rayleigh overflade akustiske bølger.

Abstract

Manipulation af væsker og partikler ved akustisk aktivering i lille skala er medvirken til den hurtige vækst af lab-on-a-chip applikationer. Megahertz-orden overflade akustisk bølge (SAW) enheder generere enorme accelerationer på deres overflade, op til 108 m / s2, til gengæld ansvarlig for mange af de observerede effekter, der er kommet til at definere acoustofluidics: akustisk streaming og akustisk stråling kræfter. Disse virkninger er blevet brugt til partikel-, celle- og væskehåndtering på mikroskalaen – og endda ved nanoskala. I dette papir demonstrerer vi udtrykkeligt to store fabrikationsmetoder for SAW-enheder på lithiumnitobat: detaljerne i lift-off og våd ætsningsteknikker er beskrevet trin-for-trin. Repræsentative resultater for elektrodemønsteret, der er deponeret på underlaget, samt savens ydeevne på overfladen vises i detaljer. Fabrikationstricks og fejlfinding er også dækket. Denne procedure tilbyder en praktisk protokol til højfrekvent SAW-enhedsfabrikation og integration til fremtidige mikrofluidics applikationer.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Under henvisning til den velkendte inverse piezoelektriske effekt, hvor de atomare dipoler skaber stamme svarende til anvendelsen af et elektrisk felt, kan piezoelektriske krystaller såsom lithium niobate LiNbO3 (LN), lithium tantalite LiTaO3 (LT), bruges som elektromekaniske transducere til at generere SAW til mikroskala applikationer1,,2,3,4,5,6. Ved at muliggøre generering af forskydninger op til 1 nm ved 10-1000 MHz overvinder SAV-drevne vibrationer de typiske forhindringer ved traditionel ultralyd: lille acceleration, store bølgelængder og stor enhedsstørrelse. Forskning til at manipulere væsker og suspenderede partikler har for nylig accelereret, med et stort antal af de seneste og tilgængelige anmeldelser7,8,9,10.

Fremstilling af SAV-integrerede mikrofluidiske anordninger kræver fremstilling af elektroderne - den interdigitale transducer (IDT)11- på piezoelektrisk substrat for at generere SAVEn. De kamformede fingre skaber kompression og spænding i underlaget, når de er forbundet til en vekslende elektrisk indgang. Fremstillingen af SAW-enheder er blevet præsenteret i mange publikationer, uanset om du bruger lift-off ultraviolet fotolitografi sammen med metal sputter eller våd ætsning processer10. Men manglen på viden og færdigheder i at fremstille disse enheder er en vigtig hindring for adgang til acoustofluidics af mange forskergrupper, selv i dag. For lift-off teknik12,13,14, et offerlag (fotoresisten) med et omvendt mønster er skabt på en overflade, således at når målet materiale (metal) er deponeret på hele wafer, kan det nå substratet i de ønskede regioner, efterfulgt af en "lift-off" trin for at fjerne de resterende photoresist. I derimod, i den våde ætsning proces15,16,17,18 , metallet er først deponeret på wafer og derefter photoresist er skabt med et direkte mønster på metallet, for at beskytte den ønskede region fra"ætsning"væk af en metal etchant.

I et mest almindeligt anvendt design, den lige IDT, bølgelængden af resonansfrekvensen af SAW-enheden er defineret ved hyppigheden af fingerpar, hvor fingerbredden og afstanden mellem fingrene er begge Equation / 419. For at afbalancere den elektriske strøm transmission effektivitet og masse belastning effekt på substratet, tykkelsen af metal deponeret på piezoelektriske materiale er optimeret til at være omkring 1% af SAW bølgelængde20. Lokaliseret opvarmning fra Ohmic tab21, potentielt inducerende for tidlig finger svigt, kan forekomme, hvis utilstrækkelig metal er deponeret. På den anden side kan en alt for tyk metalfilm forårsage en reduktion i IDT'ens resonansfrekvens på grund af en massebelastningseffekt og kan muligvis skabe utilsigtede akustiske hulrum fra IDT'erne og isolere de akustiske bølger, de genererer fra det omgivende substrat. Som følge heraf varierer de valgte fotoresisten og UV-eksponeringsparametrene i lift-off-teknikken, afhængigt af forskellige design af SAW-enheder, især frekvens. Her beskriver vi i detaljer lift-off processen til at producere en 100 MHz SAW-genererende enhed på en dobbeltsidet poleret 0,5 mm tyk 128 ° Y-roteret skåret LN wafer, samt den våde ætsning proces til at fremstille 100 MHz enhed af identisk design. Vores tilgang tilbyder et mikrofluidisk system, der gør det muligt at undersøge en række fysiske problemer og biologiske anvendelser.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. SAV-anordningsfabrikation via lift-off-metoden

  1. Der udføres waferopløsningsmiddelrensning i et anlæg til renrum i klasse 100 ved at nedsænke 4" (101,6 mm) LN wafer i acetone efterfulgt af isopropylalkohol (IPA), derefter deioniseret vand (DI-vand), hver i et sonikeringsbad i 5 min. Opslå waferen og blæs overfladeen tør med nitrogen (N2)gasstrøm for at fjerne det resterende DI-vand fra waferen.
    FORSIGTIG: Udfør acetone- og IPA-nedsænkningerne i en røghætte. Undgå indånding og hudkontakt med IPA. Undgå hud- og øjenkontakt med acetone. Må ikke sluges.
    BEMÆRK: Der må ikke fordampe væske på waferen; hvis der er støv eller snavs på overfladen, skal du starte dette trin forfra.
  2. Waferen anbringes på en kogeplade ved 100 °C for at prebake i 3 min.
    BEMÆRK: På grund af LN's pyroelektriske egenskab vil den generere statiske ladninger og tilhørende stress i waferen under opvarmning og køling. Det anbefales at sætte wafer på et stykke aluminium (Al) folie efter at have fjernet det fra varmepladen for at frigive de statiske ladninger og undgå at bryde den.
  3. Placer wafer på en spin coater. Ved hjælp af en dropper, dække omkring 75% af wafer overflade med negative photoresist (NR9-1500PY). Programmer en hastighed på 500 rpm med en acceleration på 3.000 rpm / s i 5 sek og derefter en hastighed på 3.500 rpm med en acceleration på 3.000 rpm / s i 40 sek, at producere et lag af photoresist omkring 1,3 μm.
    FORSIGTIG: Udfør centrifugering i en røghætte. Indånding af fotoresistens dampe kan forårsage hovedpine.
    BEMÆRK: Tykkelsen kan variere afhængigt af tilstanden af fotoresisten og spin coater anvendes, selv med de samme spin indstillinger. Den fotoresistens kan spindes ud over kanten og på wafer's forside kant; dette skal fjernes ved hjælp af en acetone-doused podepind. Venstre til stede, vil photoresist holde wafer til kogepladen under den bløde bage.
  4. For at bløde bage, placeres waferen på en kogeplade ved 100 °C, rampe temperaturen op til 150 °C, hold den ved 150 °C i 1 min. Flyt derefter waferen fra kogepladen, og lad waferen køle af i luften til stuetemperatur (RT).
    BEMÆRK: På grund af den pyroelektriske effekt vil det termiske stød i waferen sandsynligvis splintre det i waferen, hvis temperaturen i LN-waferen pludselig ændres, f.eks. Tilstedeværelsen af uensartet metal på overfladen, såsom elektroder, øger denne risiko betydeligt. I applikationer, hvor gennemsigtigheden af LN ikke er vigtig, overveje at bruge såkaldte "sorte" LN eller mere præcist reduceret LN, som er mørkebrun og gennemskinnelig, men har ubetydelig pyroelektricitet.
  5. Overfør waferen til maskejusteringen (MLA150) for ultraviolet eksponering. Fotoresisten eksponeres med en energidosis på 400 mJ/cm2 ved 375 nm. Den nødvendige dosis kan variere afhængigt af maskens design og fotoresistens alder og tilstand.
    BEMÆRK: Bølgeformeringsretningen, der fremkaldes af IDT'er, skal være langs X-formeringsretningen for effektivt at kunne generere SAV. Med andre ord, dette indebærer"fingre" af IDT bør være vinkelret på X-akse retning. Typiske LN wafer producenter placere den primære (større) wafer flad (lige kant ved siden af wafer) vinkelret på X-aksen, så din IDT fingre skal være parallel med denne flade. Nogle producenter introducerer en anden (mindre) wafer-flade for at hjælpe med at angive Y- og Z-aksens retninger, men denne detalje er uden betydning for SAW-generationen. Producenter ofte anmode om specifikationer for overfladen finish af wafer; Hvis du har brug for en gennemsigtig wafer, skal du anmode om dobbeltsidede optisk polerede vafler. Men husk på, at LN er birefringent, så ethvert objekt belyst med standard laboratorielys og set gennem materialet vil producere ikke ét, men to billeder. At løse dette problem drøftes senere. Single-side poleret LN er et bedre valg for SAW generation, hvis du ikke behøver at se gennem wafer, fordi falske akustiske bølger er spredt af den ru rygoverflade.
  6. Waferen anbringes på en kogeplade ved 100 °C i 3 minutter for at bage efter eksponering. Derefter overføre det på Al folie og lad det køle af til RT.
    BEMÆRK: Mønstrene skal være synlige efter bagningen efter eksponering. Hvis ikke, overveje stripning fotoresisten og genstarte processen over fra trin 1.1 ovenfor.
  7. Udvikle wafer ved at placere den i et bægerglas fyldt med ren RD6 udvikler i 15 sek. Forsigtigt ryste bægerglasset under udviklingen. Luft waferen nedsænkes i DI-vand i 1 min. og skyl derefter waferen under DI-vandgennemstrømningen. Endelig skal du bruge tør N2 flow til at fjerne de resterende DI vand fra wafer. Lad aldrig væsken fordampe på waferoverfladen.
    FORSIGTIG: Udvikl waferen i en røghætte. Undgå at trække vejret i dampe eller kontakte bygherren med øjne og hud.
    BEMÆRK: Fotolitografien er færdig efter dette trin. Protokollen kan sættes på pause her.
  8. Hård bage wafer på en kogeplade ved 100 °C i 3 min. Derefter overføre det på Al folie og lad det køle af til RT.
    BEMÆRK: Dette trin er at fjerne fugt fra wafer og photoresist for at forhindre senere outgassing under sputtering.
  9. Ved elektrodesputteraflejring skal waferen placeres i et sputterdepositionssystem. Støvsug kammeret til 5 x 10-6 mTorr. Brug en 2,5 mTorr argon flow, sputter chrom (Cr) med en effekt på 200 W for 5 nm som en vedhæftning lag, efterfulgt af sputtering Al med en effekt på 300 W for 400 nm til at danne de ledende elektroder.
    BEMÆRK: Aflejringstiden skal beregnes ud fra den forventede tykkelse og aflejringshastigheden. Titanium (Ti) kan bruges i stedet for krom, selvom fjernelsen er vanskeligere, fordi Ti er hårdere. Guld (Au) er også almindeligt deponeret som elektroder. For saveenheder med højere frekvens bør Al dog udskifte Au for at undgå massebelastningseffekten af Au IDT-fingrene, hvilket reducerer den lokale SAW resonansfrekvens under IDT, hvilket danner et akustisk hulrum, hvorfra SAVEn kun kan undslippe med betydeligt tab.
  10. Til lift-off processen, overføre wafer til et bægerglas og nedsænkes i acetone. Sonikeret ved medium intensitet i 5 min. Skyl med DI-vand og tør waferen med N2-flow.
    FORSIGTIG: Brug acetone i en røghætte. Undgå indånding og hud- eller øjenkontakt med acetone. Må ikke sluges.
    BEMÆRK: Protokollen kan sættes på pause her.
  11. Brug en terningsav til at terle hele waferen i små stykker chips som SAW-enheder til yderligere anvendelser.
    BEMÆRK: Processen er fuldført. Protokollen kan sættes på pause her.
    BEMÆRK: I stedet for en sav, en diamant-tippet wafer skriver (eller endda et glas cutter) kan bruges til at terninger LN wafer med nogle praksis, men på grund af anisotropi af LN er det vigtigt at skrive og bryde wafer først langs skriver linjer vinkelret på X-aksen, efterfulgt af disse linjer langs X-aksen.

2. SAW-enhedsfabrikation via den våde ætsningsmetode

  1. Wafer opløsningsmiddel rengøring: I en klasse 100 ren rum facilitet ved nedsænkning af 4 "(101,6 mm) LN wafer i acetone, efterfulgt af IPA, derefter DI vand, hver i en sonikering bad i 5 min. Afhente wafer og tør overfladen ved hjælp af N2 for at fjerne de resterende DI vand fra wafer.
    FORSIGTIG: Brug acetone og IPA i en røghætte. Undgå indånding og hudkontakt med IPA. Undgå acetonekontakt med hud og øjne. Må ikke sluges.
  2. Waferen anbringes på en kogeplade ved 100 °C til termisk behandling i 3 min. Derefter overføre det på Al folie til at køle ned til RT.
  3. Placer waferen i et sputterdepositionssystem. Støvsug kammeret til 5 x 10-6 mTorr. Brug argon flow på 2,5 mTorr, sputter Cr med en effekt på 200 W for 5 nm som et vedhæftningslag, efterfulgt af sputtering Au med en effekt på 300 W for 400 nm til at danne de ledende elektroder.
    BEMÆRK: Protokollen kan sættes på pause her.
  4. Placer wafer på en spin coater. Ved hjælp af en dropper, dække omkring 75% af wafer overflade med positiv fotoresist (AZ1512). Program en hastighed på 500 rpm med en acceleration på 3.000 rpm / s i 10 sek og derefter en hastighed på 4.000 rpm med en acceleration på 3.000 rpm / s i 30 sek, i sidste ende producerer et lag af photoresist omkring 1,2 μm.
    FORSIGTIG: Udfør centrifugering i en røghætte. Indånding af fotoresistens dampe kan forårsage hovedpine.
  5. For at bløde bage, placeres waferen på en kogeplade ved 100 °C i 1 min. Derefter overføre det på Al folie og lad det køle af til RT.
  6. Overfør waferen til maskejusteringen (MLA150) for ultraviolet eksponering. Fotoresisten eksponeres med en energidosis på 150 mJ/cm2 ved 375 nm. Den nødvendige dosis kan variere afhængigt af maskens design og fotoresistens alder og tilstand.
  7. Placer waferen i et bægerglas fyldt med ren AZ300MIF udvikler i 30 sek. Ryst forsigtigt bægerglasset under udviklingen. Vafler nedsænkes i DI-vand i 1 min. Endelig skal du bruge tør N2 flow til at fjerne de resterende DI vand fra wafer. Lad aldrig væsken fordampe på waferoverfladen.
    FORSIGTIG: Undgå at kontakte AZ300MIF med hud eller øjne. Må ikke sluges.
  8. Vafler forsigtigt ned i et bægerglas fyldt med Au etchant i 90 sek. Efter skyl waferen under DI-vandstrømmen, tør den med N2-flow for at fjerne det resterende DI-vand fra waferen. Lad aldrig væsken fordampe på waferoverfladen.
    FORSIGTIG: Guldellusion kan være farlig for øjne og hud og vil forårsage irritation af luftvejene. Dette trin kræver mere personligt beskyttelsesudstyr (PPE), såsom sikkerhedsglas, sorte neoprenhandsker, forklæde osv.
  9. Vafler forsigtigt ned i et bægerglas fyldt med Cr etchant i 20 sek., og bægerglasset rystes forsigtigt. Efter skyl waferen under DI-vandstrømmen, tør den med N2-flow for at fjerne det resterende DI-vand fra waferen. Lad aldrig væsken fordampe på waferoverfladen.
    FORSIGTIG: Chrometchant kan forårsage øjen-, hud- og åndedrætsirritation. Dette skridt kræver også mere PPE.
  10. Rengør (prøve) wafer, ved at sætte det i acetone, efterfulgt af IPA, og DI vand i en sonikering bad i 5 min hver. Luft waferen skal tages op og tørres med N2-gasstrømmen over waferens overflade for at fjerne det resterende DI-vand fra waferen.
    FORSIGTIG: Brug acetone i en røghætte. Undgå indånding og hudkontakt acetone med hud og øjne. Må ikke sluges.
    BEMÆRK: Dette trin er at fjerne den uønskede fotoresist på waferen. Protokollen kan sættes på pause her.
  11. Brug en terningsav til at hakke hele waferen i diskrete SAW-enheder til videre brug.
    BEMÆRK: Processen er fuldført. Protokollen kan sættes på pause her.

3. Eksperimentel opsætning og test

  1. Overhold SAV-enheden under optisk mikroskopi med lyse felter.
    BEMÆRK: Der er muligvis ridser på tværs af metallagene på LN' en. Generelt vil de ikke forårsage en bemærkelsesværdig indflydelse af enhedens ydeevne, så længe ridserne ikke er dybe nok til at resultere i et åbent kredsløb.
  2. Ved SAV-aktivering fastgøres absorbere i begge ender langs SAVE-anordningens formeringsretning for at forhindre reflekterede akustiske bølger fra kanterne.
  3. Brug en signalgenerator til at anvende et sinusformet elektrisk felt på IDT'et ved resonansfrekvensen på ca. 100 MHz. En forstærker skal tilsluttes for at forstærke signalet.
  4. Brug et oscilloskop til at måle den faktiske spænding, strøm og effekt, der påføres enheden. SAV'ens amplitude og frekvensgang måles med et lasernakler vibrometer (LDV); DEN SAW-aktiverede dråbebevægelse optages med et højhastighedskamera, der er fastgjort til mikroskopet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Det IDT, der skal måles, er designet til at have en resonansfrekvens ved 100 MHz, da fingerbredden og afstanden mellem dem er 10 μm, hvilket giver en bølgelængde på 40 μm. Figur 1 viser SAV-enheden og IDT, der er fremstillet ved hjælp af denne metode.

Ved hjælp af et oscillerende elektrisk signal, der passer til IDT'ets resonansfrekvens, kan SAW genereres på tværs af overfladen af piezoelektrisk materiale. LDV måler vibrationer via Doppler effekt på overfladen, og gennem signalbehandling, oplysninger såsom amplitude, hastighed, acceleration, og fase kunne erhverves og vises ved hjælp af softwaren. Vi illustrerer frekvensresponset under en frekvensfejning fra 90 til 105 MHz med en indgangseffekt på 140 mW, en spidsspænding på 70 V og top-til-spids strøm på 720 mA. Som figur 2B angiver, er savns amplitude 19,444 pm ved en resonansfrekvens på 96,5844 MHz. Den lille reduktion i frekvensen fra 100 MHz-designet tilskrives massebelastningen af metal-IDT-elektroderne. Figur 2A illustrerer savens LDV-målte vibration på overfladen, som vist sig at være formeret fra IDT'erne. Det stående bølgeforhold (stålwirer) beregnes til at være 2,06, bestemt ved hjælp af forholdet mellem maksimal amplitude og minimumamplitude (SWR = 1 for en ren rejsebølge, mens stålwirer = ∞ for en ren stående bølge), hvilket tyder på, at der er opnået en god rejsebølge her.

Vi har også demonstreret bevægelsen af en sessile dråbe aktiveres af SAW enhed, under en enkelt frekvens signal indgang (80,6 mW) ved sin resonans (96.5844 MHz). En 0,2 μL dråbe pipetteret på LN ca. 1 mm fra IDT (se figur 3A). Når SAW udbreder og støder på vanddråben på overfladen, det "lækager" i væsken i Rayleigh vinkel, på grund af impedans forskellen fra LN til vand, og beregnes som forholdet mellem lydhastighed i disse to medier,

Equation 1

Jettingvinklen vist i figur 3B bekræftede tilstedeværelsen af SAW.

Figure 1
Figur 1: Billeder af fabrikerede enheder. (A) En guldelektrode-IDT med en åbning på 7 mm på et LN-substrat til 100 MHz SAW-generering og -formering. (B) IDT'ets fingre. Vægtstang: 200 μm. (Risterene til venstre er reflektorer for at forhindre energitab). Det indsatte illustrerer fingrene ved en større forstørrelse. Vægtstang: 50 μm. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: LDV-måling af SAV-anordningen. (A) Et øjebliksbillede af den rejsebølge, der genereres af IDT. SAW til stede på LN substrat, som det udbreder fra IDT. Fasen er blevet bestemt ved at scanne LDV-hovedet for at måle flere steder, hvor der refereres til den fase, der refereres til mod det elektriske indgangssignal. (B) Savenhedens frekvensrespons (amplitude vs. frekvens) fra 90 MHz til 105 MHz omfatter resonans ved 96,5844 MHz med 19,444 pm amplitude ved indgangsniveauet på 140 mW fra LDV. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: SAV-induceret dråbestråle. (A) Forsøgsopstillingen for SAV-induceret sessile dropaktivering på LN. Vægtbjælke: 5 mm. (B) SAV formerer sig fra venstre mod højre i billederne. Dråbestrålestrålen ved ca. Rayleigh-vinkel (22°) forekommer ved 80,6 mW effektindgang. Vægtstang: 1 mm. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: Ordning for fotoresistens tilbage på substratet. (A) Når der anvendes positiv fotoresisten, har det en uønsket trapezformet form efter udvikling. Deponering af metal på en sådan overflade gør den efterfølgende lift-off proces vanskelig og tilbøjelig til at mislykkes. (B) Men ved hjælp af en negativ fotoresist producerer en omvendt trapezformet form med udhæng, hvilket gør det langt lettere at opløse den underliggende fotoresistens og fjerne metal under lift-off. Klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

SAW-enheder, der fremstilles af begge metoder, er i stand til at generere nyttige rejsebølger på overfladen, og disse metoder understøtter mere komplekse processer til at producere andre designs. Resonansfrekvensen er normalt lidt lavere end den designede værdi på grund af massebelastningseffekten af det metal, der er aflejret på toppen. Der er dog stadig nogle punkter, der er værd at drøfte for at undgå problemer.

Lift-off-metode
Valget af fotoresist er vigtigt. Det er muligt at bruge en positiv fotoresist til fremstillingen, som ikke desto mindre vil være vanskeligere. Fordi den ueksponerede fotoresistens opløses, vil den del, der er tilbage på substratet, danne en trapezformet form, især med undereksponering, som overdrevet i figur 4A. Metallet sputtered på toppen af en sådan fotoresisten vil forhindre opløsningsmidlet i at trænge ind og resultere i problemer med at fjerne det under lift-off trin. På den anden side fjernes UV-eksponerede områder af en negativ fotoresist, og som vist i figur 4Bdannes en omvendt trapezformet typisk med udhæng, der gør lift-off trin meget lettere.

Bortset fra lift-off problemet med positive photoresist, vil fingrene i sidste ende være lidt smallere end designet, dvs afstanden mellem dem vil være lidt større, på grund af trapezformet form. Med negativ fotoresist er afstanden mindre. Disse effekter ændrer resonantfrekvensen en smule fra designhensigten.

Når du bruger negativ fotoresist, UV-eksponering dosis er afgørende vigtigt. På grund af de mange forskellige udstyr, fotoresister og reagenser til rådighed i dag, vil den eksponeringstid, der kræves i din fremstillingsproces meget sandsynligt variere. Observation af den fabrikerede enhed resultat kan guide dig i forsøget på at afgøre, hvad der gik galt. Overeksponering vil medføre, at fingrene bliver smallere, og afstanden er bredere end designet. Undereksponering kan efterlade nogle af de fotoresisten efter udvikling, i hvilket tilfælde metallet i det ønskede område vil skalle af sammen med det tynde lag af de resterende fotoresisten efter lift-off. Sommetider folk har tendens til at bruge en enkelt poleret LN wafer, som nævnt ovenfor, som er opaliserende. Den tid og dosis, der kræves til UV-eksponering med en sådan wafer, vil blive øget, da lyset spredes på bagsiden.

Metode til våd ætsning
Det vigtigste skridt for denne metode er at sikre, at fotoresisten er helt opløst fra det område, hvor metal skal ætses væk, ellers etchant vil blive blokeret, og litografien vil mislykkes.

Da metalætsningen er isotropisk, sker det både gennem og på tværs af metallaget, hvilket gør fingrene smallere end designet. Negativ fotoresist er derfor et bedre valg i denne teknik til at reducere den uønskede funktion tab.

Begrænsninger
Begge metoder er begrænset til at fremstille funktionsstørrelser til større end et par mikrometer. Ifølge vores erfaring i vores faciliteter, kan grænsen skubbes til så lille som 2-3 μm. Hvis submicron funktioner er påkrævet, andre fabrikation teknikker kan blive opfordret.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

Forfatterne er taknemmelige for University of California og NANO3 facilitet på UC San Diego for levering af midler og faciliteter til støtte for dette arbejde. Dette arbejde blev til dels udført på San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) af UCSD, et medlem af National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, som støttes af National Science Foundation (Grant ECCS-1542148). Det arbejde, der præsenteres her, blev generøst støttet af et forskningstilskud fra W.M. Keck Foundation. Forfatterne er også taknemmelige for støtten til dette arbejde fra Office of Naval Research (via Grant 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ding, X., et al. Standing surface acoustic wave (SSAW) based multichannel cell sorting. Lab on a Chip. 12, (21), 4228-4231 (2012).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Friend, J., Yeo, L. Y. Microscale acoustofluidics: Microfluidics driven via acoustics and ultrasonics. Reviews of Modern Physics. 83, (2), 647 (2011).
  8. Ding, X., et al. Surface acoustic wave microfluidics. Lab on a Chip. 13, (18), 3626-3649 (2013).
  9. 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).
  10. Connacher, W., et al. Micro/nano acoustofluidics: materials, phenomena, design, devices, and applications. Lab on a Chip. 18, (14), 1952-1996 (2018).
  11. White, R. M., Voltmer, F. W. Direct piezoelectric coupling to surface elastic waves. Applied Physics Letters. 7, (12), 314-316 (1965).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Smith, H. I. Fabrication techniques for surface-acoustic-wave and thin-film optical devices. Proceedings of the IEEE. 62, (10), 1361-1387 (1974).
  15. 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).
  16. Madou, M. J. Fundamentals of microfabrication: the science of miniaturization. CRC press. (2002).
  17. Köhler, M. Etching in Microsystem Technology. Wiley. (1999).
  18. Brodie, I., Muray, J. J. The physics of micro/nano-fabrication. Springer Science & Business Media. (2013).
  19. 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).
  20. Morgan, D. Surface acoustic wave filters: With applications to electronic communications and signal processing. Academic Press. (2010).
  21. 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).
Fremstilling af akustiske bølgeenheder til overfladen på lithium-niobate
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Mei, J., Zhang, N., Friend, J. Fabrication of Surface Acoustic Wave Devices on Lithium Niobate. J. Vis. Exp. (160), e61013, doi:10.3791/61013 (2020).More

Mei, J., Zhang, N., Friend, J. Fabrication of Surface Acoustic Wave Devices on Lithium Niobate. J. Vis. Exp. (160), e61013, doi:10.3791/61013 (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