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Engineering

लिथियम निओबेट पर सतह ध्वनिक तरंग उपकरणों का निर्माण

doi: 10.3791/61013 Published: June 18, 2020

Summary

दो निर्माण तकनीकों, लिफ्ट-ऑफ और गीले नक़्क़ाशी, एक पीजोइलेक्ट्रिक सब्सट्रेट, लिथियम निओबेट पर इंटरडिजिटल इलेक्ट्रोड ट्रांसड्यूसर के उत्पादन में वर्णित हैं, व्यापक रूप से सतह ध्वनिक तरंगों को उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जाता है जो अब नैनोस्केल तरल पदार्थों के लिए सूक्ष्म में व्यापक उपयोगिता पाते हैं। के रूप में उत्पादित इलेक्ट्रोड कुशलता से मेगाहर्ट्ज आदेश Rayleigh सतह ध्वनिक तरंगों को प्रेरित करने के लिए दिखाया गया है ।

Abstract

छोटे पैमाने पर ध्वनिक एक्ट्यूएशन द्वारा तरल पदार्थ और कणों में हेरफेर प्रयोगशाला-ऑन-ए-चिप अनुप्रयोगों के तेजी से विकास में सहायता कर रहा है। मेगाहर्ट्ज-ऑर्डर सतह ध्वनिक तरंग (आरी) उपकरण अपनी सतह पर भारी त्वरण उत्पन्न करते हैं, 108 मीटर/एस2तक, बदले में कई मनाए गए प्रभावों के लिए जिम्मेदार हैं जो एकोस्टोफलुइडिक्स को परिभाषित करने के लिए आए हैं: ध्वनिक स्ट्रीमिंग और ध्वनिक विकिरण बल। इन प्रभावों का उपयोग माइक्रोस्केल पर कण, कोशिका और तरल पदार्थ से निपटने के लिए किया गया है- और यहां तक कि नैनोस्केल पर भी। इस पेपर में हम स्पष्ट रूप से लिथियम निओबेट पर देखे गए उपकरणों के दो प्रमुख निर्माण तरीकों को प्रदर्शित करते हैं: लिफ्ट-ऑफ और गीले नक़्क़ाशी तकनीकों के विवरण को कदम-दर-कदम वर्णित किया गया है। सब्सट्रेट पर जमा इलेक्ट्रोड पैटर्न के साथ-साथ सतह पर उत्पन्न आरी के प्रदर्शन के लिए प्रतिनिधि परिणाम विस्तार से प्रदर्शित किए जाते हैं। निर्माण चाल और समस्या निवारण के रूप में अच्छी तरह से कवर कर रहे हैं। यह प्रक्रिया भविष्य के माइक्रोफ्लुइडिक्स अनुप्रयोगों के लिए उच्च आवृत्ति सॉ डिवाइस निर्माण और एकीकरण के लिए एक व्यावहारिक प्रोटोकॉल प्रदान करती है।

Introduction

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प्रसिद्ध विलोम पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर निर्भर है, जहां परमाणु डिपोल्स एक विद्युत क्षेत्र के अनुप्रयोग के अनुरूप तनाव पैदा करते हैं, पिजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल जैसे लिथियम निओबेट लिएनबो3 (एलएन), लिथियम टैटालाइट लिटाओओ3 (एलटी), का उपयोग माइक्रोस्केल अनुप्रयोगों1,2,,3,,4,,5,6केलिए देखा उत्पन्न करने के लिए इलेक्ट्रोमैकेनिकल ट्रांसड्यूसर के रूप में किया जा सकता है।, 10-1000 मेगाहर्ट्ज पर 1 एनएम तक विस्थापन की पीढ़ी को सक्षम करके, आरी-चालित कंपन पारंपरिक अल्ट्रासाउंड की विशिष्ट बाधाओं पर काबू पा जाता है: छोटे त्वरण, बड़े तरंगदैर्ध्य, और बड़े डिवाइस आकार। तरल पदार्थों और निलंबित कणों में हेरफेर करने के लिए अनुसंधान हाल ही में तेजी आई है, जिसमें बड़ी संख्या में हाल ही में और सुलभ समीक्षा7,,8,,9,,10है।

आरी-एकीकृत माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों के निर्माण के लिए इलेक्ट्रोड के निर्माण की आवश्यकता होती है- सॉ उत्पन्न करने के लिए पीजोइलेक्ट्रिक सब्सट्रेट पर इंटरडिजिटल ट्रांसड्यूसर (आईडीटी) 11। कंघी के आकार की उंगलियां सब्सट्रेट में संपीड़न और तनाव पैदा करती हैं जब एक बारी-बारी से इलेक्ट्रिक इनपुट से जुड़ी होती है। देखा उपकरणों के निर्माण कई प्रकाशनों में प्रस्तुत किया गया है, चाहे धातु धूम या गीला नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं के साथ लिफ्ट बंद पराबैंगनी फोटोलिथोग्राफी का उपयोग कर10। हालांकि, इन उपकरणों के निर्माण में ज्ञान और कौशल की कमी कई अनुसंधान समूहों द्वारा acoustofluidics में प्रवेश करने के लिए एक महत्वपूर्ण बाधा है, आज भी । लिफ्ट-ऑफ तकनीक12,13,14,एक विपरीत पैटर्न के साथ एक बलि की परत (फोटोरेसिस्ट) एक सतह पर बनाई जाती है, ताकि जब लक्ष्य सामग्री (धातु) पूरे वेफर पर जमा हो जाए, तो यह वांछित क्षेत्रों में सब्सट्रेट तक पहुंच सके, जिसके बाद शेष फोटोरेसिस्ट को हटाने के लिए "लिफ्ट-ऑफ" कदम हो।,, इसके विपरीत, गीले नक़्क़ाशी प्रक्रिया15,16,17,,18में, धातु को पहले वेफर पर जमा किया जाता है और फिर फोटोरेसिस्ट धातु पर एक प्रत्यक्ष पैटर्न के साथ बनाया जाता है, ताकि वांछित क्षेत्र को धातु नक़्क़ाशी से दूर "नक़्क़ाशी" से बचाया जा सके।,,

एक सबसे अधिक इस्तेमाल डिजाइन में, सीधे IDT, SAW डिवाइस की सुनाई देती आवृत्ति की तरंगदैर्ध्य उंगली जोड़े की आवधिकता से परिभाषित किया गया है, जहां उंगली की चौड़ाई और उंगलियों के बीच की दूरी दोनों Equation /419हैं । विद्युत वर्तमान संचरण दक्षता और सब्सट्रेट पर बड़े पैमाने पर लोडिंग प्रभाव को संतुलित करने के लिए, पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री पर जमा धातु की मोटाई20देखा तरंग दैर्ध्य के बारे में 1% होने के लिए अनुकूलित है। ओमिक हान21से स्थानीयकृत हीटिंग, संभावित रूप से समय से पहले उंगली की विफलता को प्रेरित करता है, यदि अपर्याप्त धातु जमा हो जाती है तो हो सकता है। दूसरी ओर, एक अत्यधिक मोटी धातु फिल्म एक बड़े पैमाने पर लोडिंग प्रभाव के कारण IDT की सुनाई देती आवृत्ति में कमी पैदा कर सकती है और संभवतः आईडीटी से गैरइरादतन ध्वनिक गुहाएं बना सकती है, जो ध्वनिक तरंगों को अलग कर सकती है जो वे आसपास के सब्सट्रेट से उत्पन्न करते हैं। नतीजतन, चुने गए फोटोरेसिस्ट और यूवी एक्सपोजर पैरामीटर लिफ्ट-ऑफ तकनीक में भिन्न होते हैं, जो देखा उपकरणों के विभिन्न डिजाइनों, विशेष रूप से आवृत्ति पर निर्भर करता है। यहां, हम विस्तार से लिफ्ट-ऑफ प्रक्रिया का वर्णन करते हैं ताकि एक डबल-तरफा पॉलिश 0.5 मिमी-मोटी 128 डिग्री वाई-घुमाया गया कट एलएन वेफर पर 100 मेगाहर्ट्ज आरई-जेनरेटिंग डिवाइस का उत्पादन किया जा सके, साथ ही समान डिजाइन के 100 मेगाहर्ट्ज डिवाइस को बनाने के लिए गीली नक़्क़ाशी प्रक्रिया भी। हमारा दृष्टिकोण एक माइक्रोफ्लुइडिक प्रणाली प्रदान करता है जो विभिन्न प्रकार की शारीरिक समस्याओं और जैविक अनुप्रयोगों की जांच को सक्षम करता है।

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Protocol

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1. लिफ्ट-ऑफ विधि के माध्यम से डिवाइस निर्माण देखा

  1. एक वर्ग १०० साफ कमरे की सुविधा में वेफर विलायक सफाई प्रदर्शन 4 "(१०१.६ मिमी) एलएन वेफर को एसीटोन में डुबोकर, इसके बाद आइसोप्रोपिल अल्कोहल (आईपीए), फिर 5 मिनट के लिए एक सोनीशन स्नान में प्रत्येक को डिओनाइज्ड पानी (डीआई पानी) । वेफर उठाओ और नाइट्रोजन(N2)गैस प्रवाह के साथ सतह सूखी उड़ा
    सावधानी: एक धुएं हुड में एसीटोन और आईपीए विसर्जन करें। आईपीए के साथ साँस लेना और त्वचा के संपर्क से बचें। एसीटोन के साथ त्वचा और आंख के संपर्क से बचें। निगल नहीं है।
    नोट: किसी भी तरल पदार्थ को वेफर पर वाष्पित होने की अनुमति न दें; यदि सतह पर कोई धूल या मलबा, इस कदम पर शुरू करते हैं।
  2. वेफर को 3 मिनट के लिए प्रीबेक करने के लिए 100 डिग्री सेल्सियस पर एक हॉटप्लेट पर रखें।
    नोट: एलएन की पायरोइलेक्ट्रिक संपत्ति के कारण, यह हीटिंग और कूलिंग के दौरान वेफर के भीतर स्थिर शुल्क और संबद्ध तनाव उत्पन्न करेगा। यह गर्म थाली से हटाने के लिए स्थिर शुल्क जारी करने और इसे तोड़ने से बचने के बाद एल्यूमीनियम (अल) पन्नी के एक टुकड़े पर वेफर डाल करने की सिफारिश की है ।
  3. वेफर को स्पिन कोटर पर रखें। एक ड्रॉपर का उपयोग करना, नकारात्मक फोटोरेसिस्ट (एनआर9-1500PY) के साथ वेफर की सतह का लगभग 75% कवर करता है। कार्यक्रम 5 सेकंड के लिए 3,000 आरपीएम/एस के त्वरण के साथ 500 आरपीएम की गति और फिर 40 सेकंड के लिए 3,000 आरपीएम/एस के त्वरण के साथ 3,500 आरपीएम की गति, 1.3 μm के आसपास फोटोरेसिस्ट की एक परत का उत्पादन करने के लिए।
    सावधानी: एक धूम हुड में स्पिन कोटिंग करें। फोटोरेसिस्ट धुएं को साँस लेना सिर दर्द का कारण बन सकता है।
    नोट: मोटाई फोटोरेसिस्ट की स्थिति और स्पिन कोटर का उपयोग किए जाने के आधार पर भिन्न हो सकती है, यहां तक कि एक ही स्पिन सेटिंग्स के साथ भी। फोटोरेसिस्ट किनारे से परे और वेफर के विपरीत किनारे पर घूमती हो सकती है; इसे एसीटोन-डोज़्ड स्वैब का उपयोग करके हटाया जाना चाहिए। वर्तमान छोड़ दिया, फोटोरेसिस्ट नरम सेंकना के दौरान हॉटप्लेट के लिए वेफर छड़ी होगी ।
  4. सॉफ्ट बेक करने के लिए, वेफर को 100 डिग्री सेल्सियस पर हॉटप्लेट पर रखें, तापमान को 150 डिग्री सेल्सियस तक रैंप पर रखें, इसे 1 मिनट के लिए 150 डिग्री सेल्सियस पर रखें। फिर वेफर को हॉटप्लेट से ले जाएं, और वेफर को हवा में ठंडा कमरे के तापमान (आरटी) में ठंडा होने दें।
    नोट: पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कारण, यदि एलएन वेफर का तापमान अचानक बदल जाता है, उदाहरण के लिए, एलएन वेफर को सीधे हॉटप्लेट या अल पन्नी पर 150 डिग्री सेल्सियस पर स्थानांतरित करके, वेफर के भीतर थर्मल शॉक की संभावना इसे चकनाचूर कर देगी। सतह पर गैर-वर्दी धातु की उपस्थिति, जैसे इलेक्ट्रोड, इस जोखिम को काफी बढ़ाती है। अनुप्रयोगों में जहां एलएन की पारदर्शिता महत्वपूर्ण नहीं है, तथाकथित "ब्लैक" एलएन या अधिक सटीक रूप से कम एलएन का उपयोग करने पर विचार करें, जो गहरे भूरे और पारदर्शी है लेकिन इसमें नगण्य पायरोइलेक्ट्रिसिटी है।
  5. पराबैंगनी एक्सपोजर के लिए मुखौटा संरेखक (MLA150) के लिए वेफर स्थानांतरित करें। 375 एनएम पर 400 mJ/सेमी2 की ऊर्जा खुराक के साथ फोटोरेसिस्ट का पर्दाफाश करें। आवश्यक खुराक मुखौटा डिजाइन और फोटोरेसिस्ट की उम्र और स्थिति के आधार पर भिन्न हो सकती है।
    नोट: आईडीटी द्वारा प्रेरित तरंग प्रचार दिशा को प्रभावी ढंग से आरी उत्पन्न करने के लिए एक्स-प्रचार दिशा के साथ होना चाहिए। दूसरे शब्दों में, इसका मतलब है कि आईडीटी की "उंगलियां" एक्स-एक्सिस दिशा के लंबवत होनी चाहिए। विशिष्ट एलएन वेफर निर्माता एक्स-एक्सिस के लंबवत प्राथमिक (बड़ा) वेफर फ्लैट (वेफर के साथ सीधे किनारे) जगह देते हैं, इसलिए आपकी आईडीटी उंगलियां इस फ्लैट के समानांतर होनी चाहिए। कुछ निर्माता वाई-और जेड-एक्सिस दिशाओं को इंगित करने में मदद करने के लिए एक दूसरे (छोटे) वेफर फ्लैट का परिचय देते हैं, लेकिन यह विस्तार देखा पीढ़ी के लिए महत्वहीन है। निर्माता अक्सर वेफर की सतह खत्म करने के लिए विनिर्देशों का अनुरोध करते हैं; यदि आपको पारदर्शी वेफर की आवश्यकता है, तो दो तरफा ऑप्टिकली पॉलिश वेफर्स का अनुरोध करें। हालांकि, ध्यान रखें कि एलएन birefringent है, तो किसी भी वस्तु मानक प्रयोगशाला प्रकाश के साथ प्रबुद्ध और सामग्री के माध्यम से देखा एक नहीं बल्कि दो छवियों का उत्पादन होगा । इस समस्या पर काबू पाने पर बाद में चर्चा होती है। एकल पक्ष पॉलिश एलएन SAW पीढ़ी के लिए एक बेहतर विकल्प है अगर आप वेफर के माध्यम से देखने की जरूरत नहीं है, क्योंकि नकली ध्वनिक तरंगों किसी न किसी वापस सतह से फैलाया जाता है ।
  6. वेफर को एक पोस्ट-एक्सपोजर बेक के लिए 3 मिनट के लिए 100 डिग्री सेल्सियस पर एक हॉटप्लेट पर रखें। फिर इसे अल पन्नी पर स्थानांतरित करें और इसे आरटी में ठंडा करने की अनुमति दें।
    नोट: पैटर्न के बाद जोखिम सेंकना दिखाई जाना चाहिए । यदि नहीं, तो फोटोरेसिस्ट को अलग करने और ऊपर चरण 1.1 से प्रक्रिया को फिर से शुरू करने पर विचार करें।
  7. 15 सेकंड के लिए शुद्ध RD6 डेवलपर से भरे बीकर में रखकर वेफर विकसित करें। विकास के दौरान धीरे-धीरे बीकर को हिलाएं। वेफर को 1 मिनट के लिए डीआई पानी में विसर्जित करें, और फिर डीआई पानी के प्रवाह के तहत वेफर कुल्ला करें। अंत में, वेफर से शेष डीआई पानी को हटाने के लिए शुष्क एन2 प्रवाह का उपयोग करें। कभी भी किसी भी तरल पदार्थ को वेफर सतह पर वाष्पित न होने दें।
    सावधानी: एक धूम हुड में वेफर विकसित करें। वाष्प में सांस लेने से बचें या आंखों और त्वचा के साथ डेवलपर से संपर्क करें।
    नोट: फोटोलिथोग्राफी इस कदम के बाद पूरा हो गया है। यहां प्रोटोकॉल को रोका जा सकता है।
  8. हार्ड 3 मिनट के लिए 100 डिग्री सेल्सियस पर एक हॉटप्लेट पर वेफर सेंकना। फिर इसे अल पन्नी पर स्थानांतरित करें और इसे आरटी में ठंडा करने की अनुमति दें।
    नोट: यह कदम वेफर और फोटोरेसिस्ट से किसी भी नमी को दूर करने के लिए बाद में बड़बड़ा के दौरान outgassing को रोकने के लिए है ।
  9. इलेक्ट्रोड स्परल जमाव के लिए, वेफर को एक स्पटर जमाव प्रणाली में रखें। 5 x 10-6 mTorr करने के लिए कक्ष वैक्यूम। एक आसंजन परत के रूप में 5 एनएम के लिए 200 डब्ल्यू की शक्ति के साथ 2.5 मीटरटोर आर्गन प्रवाह, स्पटर क्रोमियम (सीआर) का उपयोग करें, इसके बाद प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड बनाने के लिए 400 एनएम के लिए 300 डब्ल्यू की शक्ति के साथ अल को स्पंदन करें।
    नोट: जमाव समय की गणना अपेक्षित मोटाई और जमाव दर से की जानी चाहिए। क्रोमियम के बजाय टाइटेनियम (टीआई) का इस्तेमाल किया जा सकता है, हालांकि हटाने की प्रक्रिया अधिक कठिन है, क्योंकि टीआई मुश्किल है। सोना (एयू) भी आमतौर पर इलेक्ट्रोड के रूप में जमा किया जाता है। हालांकि, उच्च आवृत्ति देखा उपकरणों के लिए, अल Au IDT उंगलियों, जो IDT के तहत स्थानीय देखा सुनाई देती आवृत्ति को कम करने के बड़े पैमाने पर लोड िंग प्रभाव से बचने के लिए Au की जगह चाहिए, एक ध्वनिक गुहा है जिसमें से देखा केवल महत्वपूर्ण नुकसान के साथ बच सकते है बनाने ।
  10. लिफ्ट-ऑफ प्रक्रिया के लिए, वेफर को एक बीकर में स्थानांतरित करें और एसीटोन में विसर्जित करें। 5 मिनट के लिए मध्यम तीव्रता पर Sonicate। DI पानी के साथ कुल्ला और एन2 प्रवाह के साथ वेफर सूखी ।
    सावधानी: एक धुएं हुड में एसीटोन का प्रयोग करें। साँस लेना और त्वचा या एसीटोन के साथ आंख के संपर्क से बचें। निगल नहीं है।
    नोट: प्रोटोकॉल यहां रोका जा सकता है ।
  11. आगे के अनुप्रयोगों के लिए देखा उपकरणों के रूप में चिप्स के छोटे टुकड़ों में पूरे वेफर पासा करने के लिए एक dicing देखा का प्रयोग करें ।
    नोट: प्रक्रिया पूरी हो गई है। यहां प्रोटोकॉल को रोका जा सकता है।
    नोट: एक देखा के बजाय, एक हीरे इत्तला दे दी वेफर मुंशी (या यहां तक कि एक ग्लास कटर) कुछ अभ्यास के साथ एलएन वेफर पासा करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, हालांकि एलएन की एनिसोट्रोपी के कारण यह मुंशी के लिए महत्वपूर्ण है और एक्स-एक्सिसके लिए लंबवत लाइनों के साथ पहले वेफर को तोड़ने के लिए, एक्स-एक्सिस के साथ उन पंक्तियों के बाद ।

2. गीला नक़्क़ाशी विधि के माध्यम से डिवाइस निर्माण देखा

  1. वेफर सॉल्वेंट सफाई: एक वर्ग 100 साफ कमरे की सुविधा में 4 को विसर्जित करके " (101.6 मिमी) एलएन वेफर एसीटोन में, आईपीए के बाद, फिर डीआई पानी, प्रत्येक को 5 मिनट के लिए एक सोनीशन स्नान में। वेफर उठाओ और शेष डीआई पानी को वेफर से हटाने के लिए एन2 का उपयोग करके सतह को सुखाएं।
    सावधानी: एक धुएं हुड में एसीटोन और आईपीए का उपयोग करें। आईपीए के साथ साँस लेना और त्वचा के संपर्क से बचें। त्वचा और आंखों के साथ एसीटोन संपर्क से बचें। निगल नहीं है।
  2. 3 मिनट के लिए थर्मल उपचार के लिए 100 डिग्री सेल्सियस पर एक हॉटप्लेट पर वेफर रखें। फिर इसे आर टी को ठंडा करने के लिए अल पन्नी पर स्थानांतरित करें।
  3. वेफर को एक स्पटर जमाव प्रणाली में रखें। 5 x 10-6 mTorr करने के लिए कक्ष वैक्यूम। 2.5 मीटर टोर पर आर्गन फ्लो का उपयोग करें, एक आसंजन परत के रूप में 5 एनएम के लिए 200 डब्ल्यू की शक्ति के साथ स्पंदन सीआर, इसके बाद प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड बनाने के लिए 400 एनएम के लिए 300 डब्ल्यू की शक्ति के साथ एयू को स्पंदन करें।
    नोट: प्रोटोकॉल यहां रोका जा सकता है ।
  4. वेफर को स्पिन कोटर पर रखें। एक ड्रॉपर का उपयोग करना, सकारात्मक फोटोरेसिस्ट (AZ1512) के साथ वेफर की सतह का लगभग 75% कवर करता है। कार्यक्रम 10 सेकंड के लिए 3,000 आरपीएम/एस के त्वरण के साथ 500 आरपीएम की गति और फिर 30 सेकंड के लिए 3,000 आरपीएम/एस के त्वरण के साथ 4,000 आरपीएम की गति, अंततः 1.2 माइक्रोन के आसपास फोटोरेसिस्ट की एक परत का उत्पादन।
    सावधानी: एक धूम हुड में स्पिन कोटिंग करें। फोटोरेसिस्ट धुएं को साँस लेना सिर दर्द का कारण बन सकता है।
  5. नरम सेंकना करने के लिए, 1 मिनट के लिए 100 डिग्री सेल्सियस पर एक हॉटप्लेट पर वेफर रखें। फिर इसे अल पन्नी पर स्थानांतरित करें और इसे आरटी में ठंडा करने की अनुमति दें।
  6. पराबैंगनी एक्सपोजर के लिए मुखौटा संरेखक (MLA150) के लिए वेफर स्थानांतरित करें। 375 एनएम पर 150 mJ/सेमी2 की ऊर्जा खुराक के साथ फोटोरेसिस्ट का पर्दाफाश करें। आवश्यक खुराक मुखौटा डिजाइन और फोटोरेसिस्ट की उम्र और स्थिति के आधार पर भिन्न हो सकती है।
  7. 30 सेकंड के लिए शुद्ध AZ300MIF डेवलपर से भरे बीकर में वेफर रखें। विकास के दौरान धीरे-धीरे बीकर को हिलाएं। वेफर को 1 मिनट के लिए डीआई पानी में विसर्जित करें, फिर डीआई पानी के प्रवाह के तहत वेफर कुल्ला करें। अंत में, वेफर से शेष डीआई पानी को हटाने के लिए शुष्क एन2 प्रवाह का उपयोग करें। कभी भी किसी भी तरल पदार्थ को वेफर सतह पर वाष्पित न होने दें।
    सावधानी: त्वचा या आंखों के साथ AZ300MIF से संपर्क करने से बचें। निगल नहीं है।
  8. वेफर को 90 सेकंड के लिए एयू नक़्क़ाशी से भरे बीकर में विसर्जित करें, धीरे-धीरे बीकर मिलाते रहें। डीआई पानी के प्रवाह के तहत वेफर कुल्ला करने के बाद, एन2 प्रवाह के साथ सूखी वेफर से शेष डीआई पानी को हटाने के लिए। कभी भी किसी भी तरल पदार्थ को वेफर सतह पर वाष्पित न होने दें।
    सावधानी: गोल्ड एचेनेट आंखों और त्वचा के लिए खतरनाक हो सकता है, और सांस की जलन का कारण बनेगा। इस कदम के लिए अधिक व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण (पीपीई) की आवश्यकता होती है, जैसे सुरक्षा ग्लास, काले नेओप्रीन दस्ताने, एप्रन आदि।
  9. 20 सेकंड के लिए सीआर व्हांट से भरे बीकर में वेफर विसर्जित करें, धीरे से बीकर मिलाते हुए । डीआई पानी के प्रवाह के तहत वेफर कुल्ला करने के बाद, एन2 प्रवाह के साथ सूखी वेफर से शेष डीआई पानी को हटाने के लिए। कभी भी किसी भी तरल पदार्थ को वेफर सतह पर वाष्पित न होने दें।
    सावधानी: क्रोमियम एचेनेट आंख, त्वचा और श्वसन जलन का कारण बन सकता है। इस कदम के लिए और अधिक पीपीई की भी आवश्यकता है।
  10. (नमूना) वेफर को साफ करें, इसे एसीटोन में डालकर, आईपीए के बाद, और डीआई पानी 5 मिनट प्रत्येक के लिए एक सोनीशन स्नान में। वेफर से शेष डीआई पानी को हटाने के लिए वेफर की सतह पर एन2 गैस प्रवाह के साथ वेफर और सूखी उठाओ।
    सावधानी: एक धुएं हुड में एसीटोन का प्रयोग करें। त्वचा और आंखों के साथ साँस लेना और त्वचा संपर्क एसीटोन से बचें। निगल नहीं है।
    नोट: यह कदम वेफर पर अवांछित फोटोरेसिस्ट को हटाने के लिए है। यहां प्रोटोकॉल को रोका जा सकता है।
  11. आगे के उपयोग के लिए असतत आरा उपकरणों में पूरे वेफर पासा करने के लिए एक dicing देखा का प्रयोग करें ।
    नोट: प्रक्रिया पूरी हो गई है। यहां प्रोटोकॉल को रोका जा सकता है।

3. प्रायोगिक सेटअप और परीक्षण

  1. उज्ज्वल क्षेत्र ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी के तहत SAW डिवाइस का निरीक्षण करें।
    नोट: एलएन पर धातु की परतों में संभवतः खरोंच हैं। आम तौर पर वे डिवाइस के प्रदर्शन का उल्लेखनीय प्रभाव नहीं डालेंगे, जब तक खरोंच खुले सर्किट में परिणाम देने के लिए पर्याप्त गहरी नहीं होती है।
  2. देखा एक्ट्यूएशन के लिए, किनारों से परावर्तित ध्वनिक तरंगों को रोकने के लिए SAW डिवाइस के प्रचार दिशा के साथ दोनों सिरों पर अवशोषक संलग्न करें।
  3. लगभग 100 मेगाहर्ट्ज की सुनाई आवृत्ति पर आईडीटी पर साइनसॉयडल इलेक्ट्रिक फ़ील्ड लागू करने के लिए सिग्नल जनरेटर का उपयोग करें। सिग्नल को बढ़ाने के लिए एक एम्पलीफायर को जोड़ा जाना चाहिए।
  4. डिवाइस पर लागू वास्तविक वोल्टेज, वर्तमान और शक्ति को मापने के लिए एक ऑसिलोस्कोप का उपयोग करें। आरी के आयाम और आवृत्ति प्रतिक्रिया को लेजर डॉप्लर वाइब्रोमीटर (एलडीवी) द्वारा मापा जाता है; आरा-एक्ट्यूएटेड ड्रॉपलेट मोशन माइक्रोस्कोप से जुड़े हाई-स्पीड कैमरे का इस्तेमाल करते हुए रिकॉर्ड किया जाता है ।

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Representative Results

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मापा जाने वाला आईडीटी 100 मेगाहर्ट्ज पर एक सुनाई देती आवृत्ति के लिए डिज़ाइन किया गया है, क्योंकि उंगली की चौड़ाई और उनके बीच की दूरी 10 माइक्रोन हैं, जो 40 माइक्रोन की तरंगदैर्ध्य का उत्पादन करती है। चित्रा 1 इस विधि का उपयोग कर देखा डिवाइस और IDT गढ़े से पता चलता है ।

आईडीटी की गूंज आवृत्ति से मेल खाने वाले विद्युत संकेत का उपयोग करके, पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री की सतह पर आरी उत्पन्न की जा सकती है। एलडीवी सतह पर डॉप्लर प्रभाव के माध्यम से कंपन को मापता है, और सिग्नल प्रसंस्करण के माध्यम से, आयाम, वेग, त्वरण और चरण जैसी जानकारी को सॉफ्टवेयर का उपयोग करके प्राप्त और प्रदर्शित किया जा सकता है। हम 90 से 105 मेगाहर्ट्ज तक आवृत्ति स्वीप के तहत आवृत्ति प्रतिक्रिया का वर्णन करते हैं, जिसमें 140 मेगावाट की इनपुट पावर, 70 वी का पीक-टू-पीक वोल्टेज और 720 एमए का पीक-टू-पीक करंट होता है। जैसा कि चित्रा 2B इंगित करता है, आरी का आयाम 96.5844 मेगाहर्ट्ज की गूंज आवृत्ति पर 19.444 बजे है। 100 मेगाहर्ट्ज डिजाइन से आवृत्ति में मामूली कमी धातु आईडीटी इलेक्ट्रोड के बड़े पैमाने पर लदान के लिए जिम्मेदार ठहराया गया है। चित्रा 2A सतह पर आरी के एलडीवी-मापा कंपन दिखाता है, आईडीटी से प्रचारित होने के लिए दिखाया गया है। स्थायी तरंग अनुपात (एसडब्ल्यूआर) की गणना 2.06 है, जो न्यूनतम आयाम (एसडब्ल्यूआर = 1 शुद्ध यात्रा तरंग के लिए अधिकतम आयाम के अनुपात का उपयोग करके निर्धारित किया गया है, जबकि एक शुद्ध स्थायी लहर के लिए एसडब्ल्यूआर = = एक शुद्ध स्थायी लहर के लिए), एक अच्छी यात्रा लहर का सुझाव यहां प्राप्त किया गया है।

हमने अपनी प्रतिध्वनि (96.5844 मेगाहर्ट्ज) पर एक आवृत्ति सिग्नल इनपुट (80.6 मेगावाट) के तहत, आरी डिवाइस द्वारा एक सेसाइल ड्रॉपलेट एक्ट्यूएटेड की गति का भी प्रदर्शन किया। एक 0.2 μL बूंद के बारे में 1 मिमी IDT से दूर LN पर pipetted है (चित्रा 3Aदेखें) । जब देखा प्रचार करता है और सतह पर पानी की बूंद का सामना करता है, तो यह एलएन से पानी में बाधा अंतर के कारण, रेले कोणपर तरल में "लीक" होता है, और इन दो मीडिया में ध्वनि गति के अनुपात के रूप में गणना की जाती है,

Equation 1

चित्रा 3बी में दिखाए गए जेटिंग एंगल ने आरी की मौजूदगी की पुष्टि की ।

Figure 1
चित्रा 1: निर्मित उपकरणों की छवियां। (क)100 मेगाहर्ट्ज आरी जेनरेशन और प्रचार-प्रसार के लिए एलएन सब्सट्रेट पर 7 एमएम अपर्चर के साथ गोल्ड-इलेक्ट्रोड आइडीटी। (ख)आइडीटी की अंगुलियां। स्केल बार: 200 माइक्रोन। (बाईं ओर झंझरी ऊर्जा हानि को रोकने के लिए रिफ्लेक्टर हैं।) इनसेट अधिक आवर्धन पर उंगलियों को दिखाता है। स्केल बार: 50 माइक्रोन। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: SAW डिवाइस का एलडीवी माप। (क)आईडीटी द्वारा उत्पन्न यात्रा तरंग का एक स्नैपशॉट । एलएन सब्सट्रेट पर मौजूद आरी के रूप में यह IDT से प्रचारित करता है । चरण को कई स्थानों में मापने के लिए एलडीवी हेड को स्कैन करके निर्धारित किया गया है, जिसमें इनपुट इलेक्ट्रिकल सिग्नल के खिलाफ संदर्भित चरण है। (ख)90 मेगाहर्ट्ज से 105 मेगाहर्ट्ज तक आरी डिवाइस का एक फ्रीक्वेंसी रिस्पांस (आयाम बनाम फ्रीक्वेंसी) में एलडीवी से 140 मेगावॉट के इनपुट लेवल पर 19.444 बजे आयाम के साथ 96.5844 मेगाहर्ट्ज पर इसकी गूंज शामिल है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: देखा-प्रेरित बूंद जेटिंग। }Aएलएन पर आरी-प्रेरित सेसिल ड्रॉप एक् शनेशन के लिए प्रायोगिक सेटअप। स्केल बार: 5 मिमी(बी)SAW छवियों में बाईं ओर से दाएं प्रचार कर रहा है। लगभग रेले कोण (22 डिग्री) पर बूंद जेटिंग 80.6 एमडब्ल्यू पावर इनपुट पर होती है। स्केल बार: 1 मिमी. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्र 4: सब्सट्रेट पर छोड़ी गई फोटोरेसिस्ट के लिए योजना। (क)जब सकारात्मक फोटोरेसिस्ट का उपयोग किया जाता है, तो विकास के बाद इसका अवांछनीय ट्रैपेज़ाइडल आकार होता है। ऐसी सतह पर धातु जमा करने से बाद की लिफ्ट-ऑफ प्रक्रिया कठिन हो जाती है और विफलता की संभावना होती है। (ख)हालांकि, एक नकारात्मक फोटोरेसिस्ट का उपयोग करके ओवरहांगके साथ एक उल्टे ट्रैपेज़ोइडल आकार का उत्पादन करता है, जिससे अंतर्निहित फोटोरेसिस्ट को भंग करना और लिफ्ट-ऑफ के दौरान धातु को हटाना बहुत आसान हो जाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

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Discussion

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किसी भी विधि से निर्मित देखे गए उपकरण सतह पर उपयोगी यात्रा तरंगों को उत्पन्न करने में सक्षम हैं, और ये विधियां अन्य डिजाइनों का उत्पादन करने के लिए अधिक जटिल प्रक्रियाओं को रेखांकित करती हैं। अनुनाद आवृत्ति आमतौर पर डिजाइन किए गए मूल्य की तुलना में थोड़ी कम होती है, क्योंकि शीर्ष पर जमा धातु के बड़े पैमाने पर लोडिंग प्रभाव होता है। हालांकि, वहां अभी भी समस्याओं से बचने के लिए चर्चा के लायक कुछ बिंदुओं ।

लिफ्ट-ऑफ विधि
फोटोरेसिस्ट का चुनाव महत्वपूर्ण है। निर्माण के लिए सकारात्मक फोटोरेसिस्ट का उपयोग करना संभव है, फिर भी, अधिक कठिन होगा। क्योंकि अनएक्सपोज्ड फोटोरेसिस्ट भंग हो जाता है, सब्सट्रेट पर छोड़ा गया हिस्सा एक ट्रैपेज़ाइडल आकार बनाएगा, विशेष रूप से अंडरएक्सपोजर के साथ, जैसा कि चित्र 4 एमें अतिरंजित है। इस तरह के फोटोरेसिस्ट के शीर्ष पर स्थित धातु सॉल्वेंट को मर्मज्ञ होने से रोकेगी और लिफ्ट-ऑफ स्टेप के दौरान इसे हटाने में कठिनाइयों का परिणाम होगा। दूसरी ओर, नकारात्मक फोटोरेसिस्ट के यूवी-उजागर क्षेत्रों को हटा दिया जाता है, और, जैसा कि चित्रा 4Bमें दिखाया गया है, एक उल्टे ट्रैपेज़ोइडल आम तौर पर ओवरहांग के साथ बनता है जो लिफ्ट-ऑफ कदम को बहुत आसान बनाता है।

सकारात्मक फोटोरेसिस्ट की लिफ्ट-ऑफ समस्या के अलावा, उंगलियां अंततः डिजाइन की तुलना में थोड़ी संकरी हो जाएंगी, यानी, ट्रैपेजोइडल आकार के कारण उनके बीच की रिक्ति थोड़ी बड़ी होगी। नकारात्मक फोटोरेसिस्ट के साथ, रिक्ति छोटी है। ये प्रभाव डिजाइन इरादे से सुनाई देती आवृत्ति को थोड़ा बदलते हैं।

नकारात्मक फोटोरेसिस्ट का उपयोग करते समय, यूवी एक्सपोजर खुराक महत्वपूर्ण रूप से महत्वपूर्ण है। आज उपलब्ध उपकरणों, फोटोरेसिस्ट और रिएजेंट्स की विविधता के कारण, आपकी निर्माण प्रक्रिया में आवश्यक एक्सपोजर समय बहुत भिन्न होगा। मनगढ़ंत डिवाइस परिणाम का अवलोकन आपको यह निर्धारित करने की कोशिश में मार्गदर्शन कर सकता है कि क्या गलत हुआ। अधिक जोखिम के कारण उंगलियों को संकरा और डिजाइन की तुलना में व्यापक स्थान होगा। अंडर-एक्सपोजर विकास के बाद कुछ फोटोरेसिस्ट को छोड़ सकता है, जिस स्थिति में वांछित क्षेत्र में धातु लिफ्ट-ऑफ के बाद शेष फोटोरेसिस्ट की पतली परत के साथ एक साथ छील जाएगी। कभी-कभी लोग एक पॉलिश एलएन वेफर का उपयोग करते हैं, जैसा कि ऊपर बताया गया है, जो ओपलेसेंट है। इस तरह के वेफर के साथ यूवी एक्सपोजर के लिए आवश्यक समय और खुराक में वृद्धि की जाएगी, क्योंकि प्रकाश पीठ पर फैलाया जाता है।

गीला नक़्क़ाशी विधि
इस विधि के लिए महत्वपूर्ण कदम यह सुनिश्चित करना है कि फोटोरेसिस्ट उस क्षेत्र से पूरी तरह से भंग हो गया है जहां धातु को दूर करने की आवश्यकता है, अन्यथा एचईटी को अवरुद्ध कर दिया जाएगा और लिथोग्राफी विफल हो जाएगी।

चूंकि धातु नक़्क़ाशी आइसोट्रोपिक है, यह धातु परत के माध्यम से और पार दोनों होता है, जिससे उंगलियां डिजाइन की तुलना में संकरी हो जाती हैं। इसलिए अनडेयर फीचर लॉस को कम करने के लिए इस तकनीक में निगेटिव फोटोरेसिस्ट बेहतर विकल्प है।

सीमाओं
दोनों विधियां कुछ माइक्रोमीटर से अधिक सुविधा आकार बनाने तक सीमित हैं। हमारी सुविधाओं में हमारे अनुभव के अनुसार, सीमा के रूप में 2-3 μm के रूप में छोटे करने के लिए धक्का दिया जा सकता है । यदि सबमिक्रॉन सुविधाओं की आवश्यकता है, तो अन्य निर्माण तकनीकों को कहा जा सकता है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखक कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय और इस काम के समर्थन में धन और सुविधाओं के प्रावधान के लिए यूसी सैन डिएगो में NANO3 सुविधा के लिए आभारी हैं । यह काम यूसीएसडी के सैन डिएगो नैनोटेक्नोलॉजी इंफ्रास्ट्रक्चर (एसडीएनआई) में किया गया था, जो राष्ट्रीय नैनो टेक्नोलॉजी समन्वित बुनियादी ढांचे के सदस्य हैं, जिसे राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (ग्रांट ईसीसीएस-1542148) द्वारा समर्थित किया जाता है। यहां प्रस्तुत काम उदारता से डब्ल्यूएम Keck फाउंडेशन से एक अनुसंधान अनुदान द्वारा समर्थित था । लेखक भी नौसेना अनुसंधान के कार्यालय (अनुदान के माध्यम से १२३६८०९८) द्वारा इस काम के समर्थन के लिए आभारी हैं ।

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

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References

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लिथियम निओबेट पर सतह ध्वनिक तरंग उपकरणों का निर्माण
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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).

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