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Engineering

Fabbricazione di dispositivi a onde acustiche superficiali su Liithium Niobate

doi: 10.3791/61013 Published: June 18, 2020

Summary

Due tecniche di fabbricazione, il decollo e l'incisione a umido, sono descritte nella produzione di trasduttori di elettrodi interdigitali su un substrato piezoelettrico, il litio niobate, ampiamente usato per generare onde acustiche superficiali che ora trovano un'ampia utilità nei fluidici micro-nanoscala. Gli elettrodi prodotti sono mostrati per indurre in modo efficiente onde acustiche della superficie di Rayleigh ordine megahertz.

Abstract

La manipolazione di fluidi e particelle mediante azionamento acustico su piccola scala sta aiutando la rapida crescita di applicazioni lab-on-a-chip. I dispositivi di onde acustiche (SAW) di ordine megahertz generano enormi accelerazioni sulla loro superficie, fino a 108 m/s2, a loro volta responsabili di molti degli effetti osservati che sono venuti a definire acoustofluidici: streaming acustico e forze di radiazione acustica. Questi effetti sono stati utilizzati per la movimentazione di particelle, cellule e fluidi su microscala, e anche su scala nanometrica. In questo articolo dimostriamo esplicitamente due principali metodi di fabbricazione dei dispositivi SAW su litio niobate: i dettagli delle tecniche di decollo e incisione a umido sono descritti passo dopo passo. I risultati rappresentativi per il modello di elettrodo depositato sul substrato e le prestazioni di SAW generate sulla superficie vengono visualizzati in dettaglio. Sono coperti anche i trucchi di fabbricazione e la risoluzione dei problemi. Questa procedura offre un protocollo pratico per la fabbricazione e l'integrazione di dispositivi SAW ad alta frequenza per future applicazioni microfluidiciche.

Introduction

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Basandosi sul noto effetto piezoelettrico inverso, dove i dipoli atomici creano ceppo corrispondente all'applicazione di un campo elettrico, cristalli piezoelettrici come il litio niobate LiNbO3 (LN), litio tantalite LiTaO3 (LT), possono essere utilizzati come trasduttori elettromeccanici per generare SAW per applicazioni di microscala1,2,3,4,5,6. Permettendo la generazione di spostamenti fino a 1 nm a 10-1000 MHz, la vibrazione guidata da SAW supera gli ostacoli tipici degli ultrasuoni tradizionali: piccola accelerazione, grandi lunghezze d'onda e grandi dimensioni del dispositivo. La ricerca per manipolare fluidi e particelle sospese ha recentemente accelerato, con un gran numero di recensioni recenti e accessibili7,8,9,10.

La fabbricazione di dispositivi microfluidici integrati in SAW richiede la fabbricazione degli elettrodi ( il trasduttore interdigitale (IDT)11- sul substrato piezoelettrico per generare il SAW. Le dita a forma di pettine creano compressione e tensione nel substrato quando sono collegate a un ingresso elettrico alternato. La fabbricazione di dispositivi SAW è stata presentata in molte pubblicazioni, sia utilizzando la fotolitografia ultravioletta di decollo accanto a sputter metallico o processi di incisione umida10. Tuttavia, la mancanza di conoscenze e competenze nella fabbricazione di questi dispositivi è un ostacolo chiave all'ingresso in acoustofluidica da molti gruppi di ricerca, ancora oggi. Per la tecnica di decollo12,13,14, uno strato sacrificale (fotoresist) con un motivo inverso viene creato su una superficie, in modo che quando il materiale bersaglio (metallo) si deposita su tutto il wafer, può raggiungere il substrato nelle regioni desiderate, seguito da un passo "lift-off" per rimuovere il fotoresist rimanente. Al contrario, nel processo di incisione bagnato15,16,17,18, il metallo viene prima depositato sul wafer e poi photoresist viene creato con un modello diretto sul metallo, per proteggere la regione desiderata da "inciampare" via da un incisione metallica.18

In un design più comunemente usato, l'IDT dritto, la lunghezza d'onda della frequenza di risonanza del dispositivo SAW è definita dalla periodicità delle coppie di dita, dove la larghezza delle dita e la spaziatura tra le dita sono entrambe Equation -419. Al fine di bilanciare l'efficienza di trasmissione della corrente elettrica e l'effetto di carico di massa sul substrato, lo spessore del metallo depositato sul materiale piezoelettrico è ottimizzato per essere circa l'1% della lunghezza d'onda SAW20. Il riscaldamento localizzato da perdite Ohmic21, potenzialmente inducendo un guasto prematuro delle dita, può verificarsi se il metallo non è sufficiente si deposita. D'altra parte, una pellicola metallica eccessivamente spessa può causare una riduzione della frequenza risonante dell'IDT a causa di un effetto di caricamento di massa e può eventualmente creare cavità acustiche non intenzionali dagli IDT, isolando le onde acustiche che generano dal substrato circostante. Di conseguenza, i parametri di esposizione fotoresist e UV scelti variano nella tecnica di decollo, a seconda dei diversi design dei dispositivi SAW, in particolare la frequenza. Qui, descriviamo in dettaglio il processo di decollo per produrre un dispositivo a 100 MHz a generando SAW su un dispositivo lnlnante da 0,5 mm di spessore a 128 gradi, così come il processo di incisione a umido per fabbricare il dispositivo a 100 MHz di design identico. Il nostro approccio offre un sistema microfluidico che consente di scandire una varietà di problemi fisici e applicazioni biologiche.

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Protocol

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1. Fabbricazione del dispositivo SAW tramite il metodo di decollo

  1. Eseguire la pulizia del solvente di wafer in una struttura di classe 100 camera pulita immergendo il wafer LN 4" (101,6 mm) in acetone, seguito da alcool isopropile (IPA),2quindi divinizzato acqua (acqua DI), ciascuno in un bagno di sonicazione per 5 minuti.
    AVVISO: Eseguire le immersioni di acetone e IPA in una cappa di fumi. Evitare l'inalazione e il contatto cutaneo con IPA. Evitare il contatto con la pelle e gli occhi con l'acetone. Non ingoiare.
    NOTA: Non permettere che il fluido evapora sul wafer; se ci sono polvere o detriti sulla superficie, ricominciare da un passo avanti.
  2. Collocare il wafer su una piastra calda a 100 gradi per precuocere per 3 min.
    NOTA: A causa della proprietà piroelettrica di LN, genererà cariche statiche e lo stress associato all'interno del wafer durante il riscaldamento e il raffreddamento. Si raccomanda di mettere il wafer su un pezzo di foglio di alluminio (Al) dopo averlo rimosso dalla piastra calda per rilasciare le cariche statiche ed evitare di romperla.
  3. Posizionare il wafer su un rivestimento di spin. Utilizzando un contagocce, coprire circa il 75% della superficie del wafer con fotoresist negativo (NR9-1500PY). Programmare una velocità di 500 rpm con un'accelerazione di 3.000 giri/s per 5 sec e poi una velocità di 3.500 giri/m con un'accelerazione di 3.000 giri/s per 40 secondi, per produrre uno strato di fotoresist intorno a 1,3 m.
    AVVISO: Eseguire il rivestimento di spin in una cappa di fumi. L'inalazione di fumi fotoresist può causare mal di testa.
    NOTA: Lo spessore può variare a seconda delle condizioni del fotoresist e del rivestimento di spin utilizzato, anche con le stesse impostazioni di rotazione. Il fotoresist può essere filato oltre il bordo e sul bordo opposto del wafer; questo deve essere rimosso utilizzando un tampone acetone. Lasciato presente, il fotoresist attaccherà il wafer alla piastra calda durante il forno morbido.
  4. Per cuocere a morbido, mettere il wafer su una piastra calda a 100 gradi centigradi, aumentare la temperatura fino a 150 gradi centigradi, tenerlo a 150 gradi per 1 min. Quindi spostare il wafer dalla piastra calda, e lasciare che il wafer raffreddare in aria a temperatura ambiente (RT).
    NOTA: A causa dell'effetto piroelettrico, se la temperatura del wafer LN viene improvvisamente modificata, ad esempio, trasferendo direttamente il wafer LN sulla piastra calda o sulla lamina Al a 150 gradi centigradi, la scossa termica all'interno del wafer probabilmente lo frantumerà. La presenza di metallo non uniforme sulla superficie, come gli elettrodi, migliora significativamente questo rischio. Nelle applicazioni in cui la trasparenza della LN non è importante, prendere in considerazione l'utilizzo del cosiddetto LN "nero" o di LN più accuratamente ridotto, che è marrone scuro e traslucido ma ha una piroelettricità trascurabile.
  5. Trasferire il wafer all'allineatore della maschera (MLA150) per l'esposizione all'ultravioletto. Esporre il fotoresist con una dose di energia di 400 mJ/cm2 a 375 nm. La dose richiesta può variare a seconda del design della maschera e dell'età e delle condizioni del fotoresist.
    NOTA: la direzione di propagazione dell'onda indotta dagli IDT deve essere lungo la direzione di propagazione X per generare in modo efficace SAW. In altre parole, ciò implica che le "dita" dell'IDT dovrebbero essere perpendicolari alla direzione dell'asse X. I tipici produttori di wafer LN posizionano il wafer primario (più grande) piatto (bordo dritto a fianco del wafer) perpendicolare all'asse X, quindi le dita IDT dovrebbero essere parallele a questo piatto. Alcuni produttori introducono un secondo (più piccolo) wafer flat per aiutare a indicare le direzioni dell'asse Y e z, ma questo dettaglio non è importante per la generazione SAW. I produttori spesso richiedono specifiche per la finitura superficiale del wafer; se avete bisogno di un wafer trasparente, richiedere wafer lucidati otticamente a doppia lato. Tuttavia, tenere a mente che LN è birefringent, in modo che qualsiasi oggetto illuminato con luce di laboratorio standard e visto attraverso il materiale produrrà non una ma due immagini. Il superamento di questo problema viene discusso più avanti. LN lucido monolaterale è una scelta migliore per la generazione SAW se non è necessario vedere attraverso il wafer, perché le onde acustiche spurie sono diffuse dalla superficie posteriore ruvida.
  6. Mettete il wafer su una piastra calda a 100 gradi centigradi per 3 min per una cottura post-esposizione. Quindi trasferirlo su Al foil e lasciarlo raffreddare a RT.
    NOTA: I motivi devono essere visibili dopo la cottura post-esposizione. In caso contrario, è consigliabile rimuovere il fotoresist e riavviare il processo dal passaggio 1.1 precedente.
  7. Sviluppare il wafer mettendolo in un becher pieno di puro sviluppatore RD6 per 15 sec. Scuotere delicatamente il becher durante lo sviluppo. Immergere il wafer in acqua DI per 1 min, quindi risciacquare il wafer sotto il flusso d'acqua DI. Infine, utilizzare il flusso secco N2 per rimuovere l'acqua DI rimanente dal wafer. Non far evaporare mai alcun fluido sulla superficie del wafer.
    AVVISO: Sviluppare il wafer in una cappa di fumi. Evitare di respirare vapori o contattare lo sviluppatore con gli occhi e la pelle.
    NOTA: la fotolitografia è completa dopo questo passaggio. Il protocollo può essere messo in pausa qui.
  8. Cuocere duro il wafer su una piastra calda a 100 gradi centigradi per 3 min. Quindi trasferirlo su Al foil e lasciarlo raffreddare a RT.
    NOTA: Questo passaggio consiste nel rimuovere l'umidità dal wafer e dal fotoresist per evitare che in seguito esasuova il gas durante lo sputtering.
  9. Per la deposizione dello sputter dell'elettrodi, posizionare il wafer in un sistema di deposizione dello sputter. Aspirare la camera a 5 x 10-6 mTorr. Utilizzare un flusso di argon da 2,5 mTorr, sputter cromo (Cr) con una potenza di 200 W per 5 nm come strato di adesione, seguito da sputtering Al con una potenza di 300 W per 400 nm per formare gli elettrodi conduttivi.
    NOTA: il tempo di deposizione deve essere calcolato in base allo spessore previsto e al tasso di deposizione. Il titanio (Ti) può essere utilizzato al posto del cromo, anche se il processo di rimozione è più difficile, perché Ti è più duro. L'oro (Au) è anche comunemente depositato come elettrodi. Tuttavia, per i dispositivi SAW ad alta frequenza, Al dovrebbe sostituire Au per evitare gli effetti di caricamento di massa delle dita Au IDT, che riducono la frequenza di risonanza SAW locale sotto l'IDT, formando una cavità acustica da cui il SAW può sfuggire solo con perdita significativa.
  10. Per il processo di decollo, trasferire il wafer in un becher e immergerlo in acetone. Sonicare a media intensità per 5 min. Risciacquare con acqua DI e asciugare il wafer con flusso N2.
    AVVISO: Utilizzare l'acetone in un cappuccio fumatore. Evitare l'inalazione e il contatto con la pelle o gli occhi con l'acetone. Non ingoiare.
    NOTA: il protocollo può essere messo in pausa qui.
  11. Utilizzare una sega di a dacing per tagliare l'intero wafer in piccoli pezzi di chip come dispositivi SAW per ulteriori applicazioni.
    NOTA: il processo è stato completato. Il protocollo può essere messo in pausa qui.
    NOTA: Invece di una sega, uno scriba di wafer con punta di diamante (o anche una taglierina di vetro) può essere utilizzato per tagliare i dadi del wafer LN con una certa pratica, anche se a causa dell'anisotropia di LN è importante scribe e rompere il wafer prima lungo linee di scriba perpendicolari all'asse X, seguite da quelle linee lungo l'asse X.

2. Fabbricazione del dispositivo SAW tramite il metodo di incisione bagnato

  1. Pulizia del solvente di Wafer: In una struttura di camera pulita di classe 100 immergendo il wafer LN da 4" (101,6 mm) in acetone, seguito2 da IPA, poi da acqua DI, poi in un bagno di sonicazione per 5 minuti.
    AVVISO: Utilizzare acetone e IPA in una cappa di fumi. Evitare l'inalazione e il contatto cutaneo con IPA. Evitare il contatto con gli acetone con la pelle e gli occhi. Non ingoiare.
  2. Mettere il wafer su una piastra calda a 100 gradi centigradi per il trattamento termico per 3 min. Quindi trasferirlo su Al foil per raffreddare in RT.
  3. Collocare il wafer in un sistema di deposizione sputter. Aspirare la camera a 5 x 10-6 mTorr. Utilizzare il flusso di argon a 2,5 mTorr, sputter Cr con una potenza di 200 W per 5 nm come strato di adesione, seguito da sputtering Au con una potenza di 300 W per 400 nm per formare gli elettrodi conduttivi.
    NOTA: il protocollo può essere messo in pausa qui.
  4. Posizionare il wafer su un rivestimento di spin. Utilizzando un contagocce, coprire circa il 75% della superficie del wafer con fotoresist positivo (A-1512). Programma una velocità di 500 rpm con un'accelerazione di 3.000 giri/s per 10 secondi e poi una velocità di 4.000 rpm con un'accelerazione di 3.000 giri/s per 30 sec, producendo infine uno strato di fotoresist intorno a 1,2 s.
    AVVISO: Eseguire il rivestimento di spin in una cappa di fumi. L'inalazione di fumi fotoresist può causare mal di testa.
  5. Per cuocere a morbido, mettere il wafer su una piastra calda a 100 gradi centigradi per 1 min. Quindi trasferirlo su Al foil e lasciarlo raffreddare a RT.
  6. Trasferire il wafer all'allineatore della maschera (MLA150) per l'esposizione all'ultravioletto. Esporre il fotoresist con una dose di energia di 150 mJ/cm2 a 375 nm. La dose richiesta può variare a seconda del design della maschera e dell'età e delle condizioni del fotoresist.
  7. Posizionare il wafer in un becher riempito con puro sviluppatore A-300MIF per 30 sec. Scuotere delicatamente il becher durante lo sviluppo. Immergere il wafer in acqua DI per 1 min, quindi risciacquare il wafer sotto il flusso d'acqua DI. Infine, utilizzare il flusso secco N2 per rimuovere l'acqua DI rimanente dal wafer. Non far evaporare mai alcun fluido sulla superficie del wafer.
    AVVISO: Evitare di contattare l'A300MIF con la pelle o gli occhi. Non ingoiare.
  8. Immergi il wafer in un bicchiere pieno di Au etchant per 90 secondi, scuotendo delicatamente il becher. Dopo aver risciacquato il wafer sotto il flusso d'acqua DI, asciugare con il flusso N2 per rimuovere l'acqua DI rimanente dal wafer. Non far evaporare mai alcun fluido sulla superficie del wafer.
    AGGIORNAMENTO: L'incisione in oro può essere pericolosa per gli occhi e la pelle e causerà irritazione respiratoria. Questo passaggio richiede attrezzature di protezione più personali (PPE), come vetro di sicurezza, guanti in neoprene nero, grembigliano, ecc.
  9. Immergi il wafer in un bicchiere pieno di Crinecolo per 20 secondi, scuotendo delicatamente il becher. Dopo aver risciacquato il wafer sotto il flusso d'acqua DI, asciugare con il flusso N2 per rimuovere l'acqua DI rimanente dal wafer. Non far evaporare mai alcun fluido sulla superficie del wafer.
    AVVISO: l'incisione al cromo può causare irritazioni agli occhi, alla pelle e alle respiratorie. Questo passaggio richiede anche più PPE.
  10. Pulire il wafer (campione), mettendolo in acetone, seguito da IPA, e DI acqua in un bagno di sonicazione per 5 min ciascuno. Raccogliere il wafer e asciugare con N2 flusso di gas sulla superficie del wafer per rimuovere l'acqua DI rimanente dal wafer.
    AVVISO: Utilizzare l'acetone in un cappuccio fumatore. Evitare l'inalazione e l'acetone di contatto della pelle con pelle e occhi. Non ingoiare.
    NOTA: Questo passaggio consiste nel rimuovere il fotoresist indesiderato sul wafer. Il protocollo può essere messo in pausa qui.
  11. Utilizzare una sega a dicing per tagliare l'intero wafer in dispositivi SAW discreti per un ulteriore utilizzo.
    NOTA: il processo è stato completato. Il protocollo può essere messo in pausa qui.

3. Configurazione sperimentale e test

  1. Osservare il dispositivo SAW sotto microscopia ottica a campo luminoso.
    NOTA: Ci sono probabilmente graffi attraverso gli strati metallici sulla LN. Generalmente non causeranno una notevole influenza delle prestazioni del dispositivo, purché i graffi non siano abbastanza profondi da provocare un circuito aperto.
  2. Per l'azionamento SAW, attaccare gli assorbitori a entrambe le estremità lungo la direzione di propagazione del dispositivo SAW per evitare onde acustiche riflesse dai bordi.
  3. Utilizzare un generatore di segnale per applicare un campo elettrico sinusoidale all'IDT alla sua frequenza risonante di circa 100 MHz. Un amplificatore deve essere collegato per amplificare il segnale.
  4. Utilizzare un oscilloscopio per misurare la tensione effettiva, la corrente e l'alimentazione applicata sul dispositivo. L'ampiezza e la risposta di frequenza del SAW sono misurate da un vibrometro Doppler laser (LDV); il movimento delle goccioline a cacca SAW viene registrato utilizzando una telecamera ad alta velocità collegata al microscopio.

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Representative Results

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L'IDT da misurare è progettato per avere una frequenza di risonanza a 100 MHz, in quanto la larghezza del dito e la spaziatura tra di essi sono di 10 m, producendo una lunghezza d'onda di 40 m. Figura 1 Mostra il dispositivo SAW e IDT fabbricato utilizzando questo metodo.

Utilizzando un segnale elettrico oscillante corrispondente alla frequenza risonante dell'IDT, SAW può essere generato sulla superficie del materiale piezoelettrico. L'LDV misura la vibrazione attraverso l'effetto Doppler sulla superficie, e attraverso l'elaborazione del segnale, informazioni come ampiezza, velocità, accelerazione e fase potrebbero essere acquisite e visualizzate utilizzando il software. Illustreremo la risposta di frequenza sotto uno sweep di frequenza da 90 a 105 MHz, con una potenza di ingresso di 140 mW, una tensione picco-picco di 70 V e corrente picco-picco di 720 mA. Come indicato nella figura 2B, l'ampiezza del SAW è 19.444 p.a. con una frequenza di risonanza di 96.5844 MHz. La leggera riduzione della frequenza rispetto al design a 100 MHz è attribuita al caricamento di massa degli elettrodi IDT metallici. La figura 2A illustra la vibrazione misurata da LDV di SAW sulla superficie, che si dimostra propagarsi dagli IDT. Il rapporto onda stazionaria (SWR) è calcolato a 2,06, determinato utilizzando il rapporto tra ampiezza massima e ampiezza minima (SWR - 1 per un'onda pura itinerante, mentre SWR è stato ottenuto qui.

Abbiamo anche dimostrato il movimento di una goccia sessile azionata dal dispositivo SAW, sotto un ingresso di segnale a singola frequenza (80,6 mW) alla sua risonanza (96.5844 MHz). Una goccia da 0,2 ll viene convogliata su LN a circa 1 mm di distanza dall'IDT (vedere la figura 3A). Quando la SAW si propaga e incontra la goccia d'acqua sulla superficie, "perde" nel liquido all'angolo di Rayleigh, a causa della differenza di impedimento da LN all'acqua, e calcolato come il rapporto di velocità del suono in questi due supporti,

Equation 1

L'angolo di getto mostrato nella Figura 3B ha confermato la presenza di SAW.

Figure 1
Figura 1: Immagini di dispositivi fabbricati. (A) IdT elettrodo d'oro con apertura di 7 mm su un substrato LN per la generazione e la propagazione SAW a 100 MHz. (B) Le dita dell'IDT. Barra della scala: 200 m. (Le grate a sinistra sono riflettori per prevenire la perdita di energia.) L'insetto illustra le dita con un ingrandimento maggiore. Barra della scala: 50 m. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: Misurazione LDV del dispositivo SAW. (A) Un'istantanea dell'onda viaggiante generata dall'IDT. Il SAW presente sul substrato LN come si propaga dall'IDT. La fase è stata determinata scansionando la testa LDV su misura in più posizioni, con la fase a cui si fa riferimento contro il segnale elettrico in ingresso. (B) Una risposta di frequenza (ampiezza e frequenza) del dispositivo SAW da 90 MHz a 105 MHz include la sua risonanza a 96.5844 MHz con 19.444 pm di ampiezza al livello di ingresso di 140 mW dalla LDV. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: getto di gocciolamento indotto da SAW. (A) La configurazione sperimentale per l'attuazione della goccia sessile indotta da SAW su LN. Barra della scala: 5 mm. (B) SAW si sta propagando da sinistra a destra nelle immagini. Il getto della goccia, con circa l'angolo di Rayleigh (22 ) si verifica a 80,6 mW di alimentazione. Barra della scala: 1 mm. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4: Schema per fotoresistenza lasciato sul substrato. (A) Quando si utilizza il fotoresist positivo, ha una forma trapezoidale indesiderabile dopo lo sviluppo. Il deposito di metallo su tale superficie rende il successivo processo di decollo difficile e soggetto a guasti. (B) Tuttavia, l'utilizzo di un fotoresist negativo produce una forma trapezoidale invertita con sporgenza,rendendo molto più facile sciogliere il fotoresist sottostante e rimuovere il metallo durante il decollo. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Discussion

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I dispositivi SAW fabbricati da entrambi i metodi sono in grado di generare utili onde viaggianti sulla superficie e questi metodi sono alla base di processi più complessi per produrre altri progetti. La frequenza di risonanza è di solito un po 'più bassa del valore progettato, a causa dell'effetto di caricamento di massa del metallo depositato sulla parte superiore. Tuttavia, ci sono ancora alcuni punti che vale la pena discutere per evitare problemi.

Metodo di decollo
La scelta del fotoresist è importante. È possibile utilizzare un fotoresist positivo per la fabbricazione, che, tuttavia, sarà più difficile. Poiché il fotoresist non esposto viene sciolto, la parte lasciata sul substrato formerà una forma trapezoidale, specialmente con sottoesposizione, come esagerato in Figura 4A. Il metallo sputtered sulla parte superiore di tale fotoresist impedirà al solvente di penetrare e si traducono in difficoltà a rimuoverlo durante la fase di decollo. D'altra parte, le regioni esposte ai raggi UV di un fotoresist negativo vengono rimosse e, come mostrato nella Figura 4B,un trapezio invertito è tipicamente formato con sporgenza che rende il decollo molto più facile.

A parte il problema di sollevamento del fotoresist positivo, le dita alla fine saranno leggermente più strette di quanto progettato, cioè la spaziatura tra di loro sarà leggermente più grande, a causa della forma trapezoidale. Con la fotoresist negativa, la spaziatura è più piccola. Questi effetti modificano leggermente la frequenza di risonanza rispetto all'intento di progettazione.

Quando si utilizza il fotoresist negativo, la dose di esposizione UV è di fondamentale importanza. A causa della varietà di attrezzature, fotoresist e reagenti oggi disponibili, il tempo di esposizione richiesto nel processo di fabbricazione varierà molto probabilmente. L'osservazione del risultato del dispositivo fabbricato può guidarti nel tentativo di determinare cosa è andato storto. La sovraesposizione farà sì che le dita siano più strette e la spaziatura più ampia del previsto. La sottoesposizione può lasciare parte del fotoresist dopo lo sviluppo, nel qual caso il metallo nell'area desiderata si stacca insieme al sottile strato del fotoresist rimanente dopo il decollo. A volte le persone tendono ad usare un singolo wafer LN lucido, come accennato in precedenza, che è opalescente. Il tempo e la dose necessari per l'esposizione ai raggi UV con un tale wafer saranno aumentati, poiché la luce viene diffusa sul retro.

Metodo di incisione bagnato
Il passo chiave per questo metodo è quello di garantire che il fotoresist sia completamente dissolto dall'area in cui il metallo deve essere inciso via, altrimenti l'etchant verrà bloccato e la litografia fallirà.

Come l'incisione metallica è isotropico, si verifica sia attraverso e attraverso lo strato metallico, rendendo le dita più strette di quanto progettato. Il fotoresist negativo è quindi una scelta migliore in questa tecnica per ridurre la perdita di funzionalità indesiderate.

Limitazioni
Entrambi i metodi sono limitati alla fabbricazione di dimensioni delle caratteristiche superiori a pochi micrometri. Secondo la nostra esperienza nelle nostre strutture, il limite può essere spinto a 2-3 m. Se sono necessarie caratteristiche submicron, possono essere chiamate altre tecniche di fabbricazione.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Acknowledgments

Gli autori sono grati alla struttura dell'Università della California e alla struttura NANO3 dell'UNIVERSITÀ di San Diego per la fornitura di fondi e strutture a sostegno di questo lavoro. Questo lavoro è stato eseguito in parte presso la San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) di UCSD, un membro della National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, che è supportata dalla National Science Foundation (Grant ECCS-1542148). Il lavoro qui presentato è stato generosamente sostenuto da una sovvenzione di ricerca della W.M. Keck Foundation. Gli autori sono anche grati per il sostegno di questo lavoro da parte dell'Ufficio di Ricerca Navale (tramite 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

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Fabbricazione di dispositivi a onde acustiche superficiali su Liithium Niobate
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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).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).

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