Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Engineering

Fabrikasjon av Surface Acoustic Wave-enheter på Litium Niobate

doi: 10.3791/61013 Published: June 18, 2020

Summary

To fabrikasjonsteknikker, lift-off og våt etsing, er beskrevet i å produsere interdigitale elektrodetransdusere på et piezoelektrisk substrat, litiumniobate, mye brukt til å generere overflateakustiske bølger som nå finner bredt verktøy i mikro til nanoskalavæske. De som produserte elektrodene er vist å effektivt indusere megahertz rekkefølge Rayleigh overflate akustiske bølger.

Abstract

Manipulering av væsker og partikler ved akustisk aktivering i liten skala bidrar til den raske veksten av lab-on-a-chip-applikasjoner. Megahertz-order overflate akustisk bølge (SAW) enheter generere enorme akselerasjoner på overflaten, opp til 108 m / s2, i sin tur ansvarlig for mange av de observerte effektene som har kommet til å definere akoustofluidics: akustisk streaming og akustiske strålingskrefter. Disse effektene har blitt brukt til partikkel-, celle- og væskehåndtering ved mikroskalaen – og til og med på nanoskalaen. I dette papiret viser vi eksplisitt to store fabrikasjonsmetoder for SAW-enheter på litiumniobate: detaljene i lift-off og våte etsningsteknikker er beskrevet trinnvis. Representative resultater for elektrodemønsteret deponert på underlaget samt ytelsen til SAW generert på overflaten vises i detalj. Fabrikasjon triks og feilsøking er dekket også. Denne prosedyren gir en praktisk protokoll for høyfrekvent SAW-enhetsfabrikasjon og integrering for fremtidige mikrofluidics-applikasjoner.

Introduction

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

Avhengig av den velkjente inverse piezoelektriske effekten, hvor atomdipolene skaper belastning som tilsvarer anvendelsen av et elektrisk felt, kan piezoelektriske krystaller som litiumniobate LiNbO3 (LN), litium tantalitt LiTaO3 (LT), brukes som elektromekaniske transdusere for å generere SAW for mikroskalaapplikasjoner1,2,3,4,55,6. Ved å muliggjøre generering av forskyvninger opp til 1 nm ved 10-1000 MHz, overvinner SAW-drevet vibrasjon de typiske hindringene for tradisjonell ultralyd: liten akselerasjon, store bølgelengder og stor enhetsstørrelse. Forskning for å manipulere væsker og suspenderte partikler har nylig akselerert, med et stort antall nylige og tilgjengelige vurderinger7,,8,,9,10.

Fabrikasjon av SAW-integrerte mikrofluidiske enheter krever fabrikasjon av elektrodene – den interdigitale transduseren (IDT)11– på piezoelektrisk substrat for å generere SAW. Kamformede fingre skaper kompresjon og spenning i underlaget når de er koblet til en vekslende elektrisk inngang. Fabrikasjon av SAW-enheter har blitt presentert i mange publikasjoner, enten ved hjelp av lift-off ultrafiolett fotolitografi sammen med metall sputter eller våte etsning prosesser10. Men mangelen på kunnskap og ferdigheter i å fremstille disse enhetene er en viktig barriere for inntreden i acoustofluidics av mange forskningsgrupper, selv i dag. For lift-off teknikk12,13,14, et offer lag (fotoresist) med et omvendt mønster er opprettet på en overflate, slik at når målmaterialet (metall) er deponert på hele wafer, kan det nå underlaget i de ønskede områdene, etterfulgt av et "lift-off" trinn for å fjerne gjenværende fotoresist. Derimot, i den våte etsningsprosessen15,16,17,18, metallet er først avsatt på wafer og deretter fotoresist er opprettet med et direkte mønster på metallet, for å beskytte ønsket region fra "etsning" bort av en metall etsepost.

I en mest brukte design, den rette IDT, bølgelengden av resonansfrekvensen til SAW-enheten er definert av periodicity av fingerparene, hvor fingerbredden og avstanden mellom fingrene er begge Equation / 419. For å balansere elektrisk strømoverføringseffektivitet og massebelastningseffekten på underlaget, er tykkelsen på metallet deponert på piezoelektrisk materiale optimalisert for å være ca 1% av SAW bølgelengde20. Lokalisert oppvarming fra ohmic tap21, potensielt indusere for tidlig fingersvikt, kan oppstå hvis utilstrekkelig metall er deponert. På den annen side kan en overdreven tykk metallfilm forårsake en reduksjon i resonansfrekvensen til IDT på grunn av en massebelastningseffekt og kan muligens skape utilsiktet akustiske hulrom fra IDTs, isolere de akustiske bølgene de genererer fra det omkringliggende substratet. Som et resultat varierer de fotoresist og UV-eksponeringsparametrene som er valgt, i løfteteknikken, avhengig av ulike design av SAW-enheter, spesielt frekvens. Her beskriver vi i detalj lift-off prosessen for å produsere en 100 MHz SAW-genererende enhet på en dobbeltsidig polert 0,5 mm tykk 128 ° Y-rotert kutt LN wafer, samt den våte etsningsprosessen for å fremstille 100 MHz-enheten med identisk design. Vår tilnærming tilbyr et mikrofluidisk system som muliggjør undersøkelse av en rekke fysiske problemer og biologiske applikasjoner.

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. SAG-enhet fabrikasjon via lift-off metoden

  1. Utfør wafer løsningsmiddel rengjøring i en klasse 100 rent rom anlegget ved å senke 4 " (101,6 mm) LN wafer i aceton, etterfulgt av isopropylalkohol (IPA), deretter deionisert vann (DI vann), hver i et sonikeringsbad i 5 min. Plukk opp wafer og blåse overflaten tørr med nitrogen (N2) gassstrøm for å fjerne gjenværende DI vann fra wafer.
    FORSIKTIG: Utfør aceton- og IPA-nedsenkingene i en røykhette. Unngå innånding og hudkontakt med IPA. Unngå hud- og øyekontakt med aceton. Ikke svelg.
    MERK: Ikke la væske fordampe på waferen; hvis støv eller rusk på overflaten, starter du dette trinnet.
  2. Plasser waferen på en kokeplate ved 100 °C for å forhåndsbake i 3 min.
    MERK: På grunn av den pyroelektriske egenskapen til LN, vil det generere statiske kostnader og tilhørende stress i wafer under oppvarming og kjøling. Det anbefales å sette wafer på et stykke aluminium (Al) folie etter å ha fjernet den fra kokeplaten for å frigjøre statiske kostnader og unngå å bryte den.
  3. Plasser waferen på en spin coater. Bruk en dropper, dekk ca 75% av waferens overflate med negativ fotoresist (NR9-1500PY). Programmer en hastighet på 500 rpm med en akselerasjon på 3000 rpm / s for 5 sek og deretter en hastighet på 3500 rpm med en akselerasjon på 3000 rpm / s for 40 sek, for å produsere et lag med fotoresist rundt 1,3 μm.
    FORSIKTIG: Utfør spinbelegg i en røykhette. Innånding av fotoresist røyk kan forårsake hodepine.
    MERK: Tykkelsen kan variere avhengig av tilstanden til fotoresisten og sentrifugeren som brukes, selv med de samme spinninnstillingene. Fotoresisten kan være spunnet utover kanten og på waferens fordringede kant; Dette må fjernes ved hjelp av en aceton-doused vattpinne. Venstre til stede, vil fotoresisten stikke waferen til kokeplaten under den myke bake.
  4. For å myk bake, plasser wafer på en kokeplate ved 100 °C, rampe temperaturen opp til 150 °C, hold den på 150 °C i 1 min. Flytt deretter waferen fra kokeplaten, og la waferen avkjøles i luften til romtemperatur (RT).
    MERK: På grunn av den pyroelektriske effekten, hvis temperaturen på LN wafer plutselig endres, for eksempel ved å overføre LN wafer direkte på kokeplaten eller Al-folien ved 150 °C, vil det termiske sjokket i waferen sannsynligvis knuse den. Tilstedeværelsen av ikke-metall på overflaten, for eksempel elektroder, forbedrer denne risikoen betydelig. I applikasjoner der gjennomsiktigheten til LN ikke er viktig, bør du vurdere å bruke såkalt "svart" LN eller mer nøyaktig redusert LN, som er mørk brun og gjennomsiktig, men har ubetydelig pyroelektriskitet.
  5. Overfør waferen til maskejustoren (MLA150) for ultrafiolett eksponering. Utsett fotoresisten med en energidose på 400 mJ/cm2 ved 375 nm. Dosen som kreves kan variere avhengig av maskedesign og alder og tilstand av fotoresist.
    MERK: Bølgeforplantningsretningen indusert av IDTs bør være langs X-forplantningsretningen for å effektivt generere SAW. Med andre ord innebærer dette at "fingrene" til IDT skal være vinkelrett på X-akseretningen. Typiske LN wafer produsenter plassere den primære (større) wafer flat (rett kant sammen med wafer) vinkelrett på X-aksen, slik at IDT fingrene bør være parallelt med denne flat. Noen produsenter introduserer en andre (mindre) wafer flat for å indikere Y- og Z-akseretninger, men denne detaljen er uviktig for SAW generasjon. Produsenter ber ofte om spesifikasjoner for overflaten av wafer; hvis du trenger en gjennomsiktig wafer, be om dobbeltsidig optisk polert wafers. Men husk at LN er birefringent, så ethvert objekt opplyst med standard laboratorielys og sett gjennom materialet vil produsere ikke ett, men to bilder. Å overvinne dette problemet diskuteres senere. Single-side polert LN er et bedre valg for SAW generasjon hvis du ikke trenger å se gjennom wafer, fordi falske akustiske bølger er diffust av den grove bakflaten.
  6. Plasser waferen på en kokeplate ved 100 °C i 3 min for en bakeplate etter eksponering. Overfør den deretter til Al-folie og la den avkjøles til RT.
    MERK: Mønstrene skal være synlige etter at innlegget er lagt ut. Hvis ikke, bør du vurdere å strippe fotoresist og starte prosessen på nytt fra trinn 1.1 ovenfor.
  7. Utvikle wafer ved å plassere den i et beger fylt med ren RD6 utvikler i 15 sek. Rist forsiktig begeret under utvikling. Senk waferen ned i DI-vann i 1 min, og skyll deretter waferen under DI vannstrøm. Til slutt, bruk tørr N2-strømning for å fjerne det gjenværende DI-vannet fra waferen. La aldri væske fordampe på waferoverflaten.
    FORSIKTIG: Utfør waferen i en røykhette. Unngå å puste inn damp eller kontakte utvikleren med øyne og hud.
    MERK: Fotolitografien er fullført etter dette trinnet. Protokollen kan settes på pause her.
  8. Hard bake wafer på en kokeplate ved 100 °C i 3 min. Overfør den deretter til Al-folie og la den avkjøles til RT.
    MERK: Dette trinnet er å fjerne fuktighet fra wafer og fotoresist for å hindre senere utgassing under sputtering.
  9. For elektrode sputter deponering, plasser wafer i et sputter deponeringssystem. Støvsug kammeret til 5 x 10-6 mTorr. Bruk en 2,5 mTorr argon flyt, sputter krom (Cr) med en effekt på 200 W for 5 nm som et vedheft lag, etterfulgt av sputtering Al med en kraft på 300 W for 400 nm for å danne ledende elektroder.
    MERK: Avsetningstiden bør beregnes ut fra forventet tykkelse og avsetningshastigheten. Titan (Ti) kan brukes i stedet for krom, selv om fjerningsprosessen er vanskeligere, fordi Ti er tøffere. Gull (Au) er også ofte deponert som elektroder. Men for høyere frekvens SAW-enheter, bør Al erstatte Au for å unngå masselasteeffektene av Au IDT-fingrene, noe som reduserer den lokale SAW resonantfrekvensen under IDT, og danner et akustisk hulrom som SAW bare kan unnslippe med betydelig tap.
  10. For lift-off prosessen, overføre wafer til et beger og fordype i aceton. Sonicate med middels intensitet i 5 min. Skyll med DI vann og tørk wafer med N2 strømning.
    FORSIKTIG: Bruk aceton i en røykhette. Unngå innånding og hud- eller øyekontakt med aceton. Ikke svelg.
    MERK: Protokollen kan settes på pause her.
  11. Bruk en dikterag til å terninger hele wafer i små biter av chips som SAW enheter for videre applikasjoner.
    MERK: Prosessen er fullført. Protokollen kan settes på pause her.
    MERK: I stedet for en sag, en diamant-tippet wafer skriver (eller til og med en glass cutter) kan brukes til å terninger LN wafer med litt praksis, men på grunn av anisotropien av LN er det viktig å skrive og bryte wafer først langs skriver linjer vinkelrettX-aksen, etterfulgt av disse linjene langs X-aksen.

2. SAW enhet fabrikasjon via våt etsing metode

  1. Wafer løsemiddel rengjøring: I en klasse 100 rent rom anlegget ved å senke 4 " (101,6 mm) LN wafer i aceton, etterfulgt av IPA, deretter DI vann, hver i et sonikeringsbad i 5 min. Plukk opp wafer og tørk overflaten ved hjelp av N2 for å fjerne gjenværende DI vann fra wafer.
    FORSIKTIG: Bruk aceton og IPA i en røykhette. Unngå innånding og hudkontakt med IPA. Unngå acetonkontakt med hud og øyne. Ikke svelg.
  2. Plasser waferen på en kokeplate ved 100 °C for termisk behandling i 3 min. Overfør den deretter til Al-folie for å kjøle seg ned til RT.
  3. Plasser waferen i et sputter deponeringssystem. Støvsug kammeret til 5 x 10-6 mTorr. Bruk argon flyt på 2,5 mTorr, sputter Cr med en kraft på 200 W for 5 nm som et vedheft lag, etterfulgt av sputtering Au med en kraft på 300 W for 400 nm for å danne ledende elektroder.
    MERK: Protokollen kan settes på pause her.
  4. Plasser waferen på en spin coater. Bruk en dropper, dekk ca 75% av waferens overflate med positiv fotoresist (AZ1512). Programmer en hastighet på 500 rpm med en akselerasjon på 3000 rpm / s for 10 sek og deretter en hastighet på 4000 rpm med en akselerasjon på 3000 rpm / s for 30 sek, til slutt produserer et lag med fotoresist rundt 1,2 μm.
    FORSIKTIG: Utfør spinbelegg i en røykhette. Innånding av fotoresist røyk kan forårsake hodepine.
  5. For å myk bake, plasser waferen på en kokeplate ved 100 °C i 1 min. Overfør den deretter til Al-folie og la den avkjøles til RT.
  6. Overfør waferen til maskejustoren (MLA150) for ultrafiolett eksponering. Utsett fotoresisten med en energidose på 150 mJ/cm2 ved 375 nm. Dosen som kreves kan variere avhengig av maskedesign og alder og tilstand av fotoresist.
  7. Plasser wafer i et beger fylt med ren AZ300MIF utvikler i 30 sek. Rist forsiktig begeret under utvikling. Senk waferen ned i DI-vann i 1 min, og skyll deretter waferen under DI vannstrøm. Til slutt, bruk tørr N2-strømning for å fjerne det gjenværende DI-vannet fra waferen. La aldri væske fordampe på waferoverflaten.
    FORSIKTIG: Unngå å kontakte AZ300MIF med hud eller øyne. Ikke svelg.
  8. Senk waferen ned i et beger fylt med Au etchant i 90 sek, rist forsiktig begeret. Etter skyll wafer under DI vannstrøm, tørk med N2 strøm for å fjerne gjenværende DI vann fra wafer. La aldri væske fordampe på waferoverflaten.
    FORSIKTIG: Gulletse kan være farlig for øynene og huden, og vil forårsake irritasjon av luftveiene. Dette trinnet krever mer personlig verneutstyr (PVU), for eksempel sikkerhetsglass, svarte neoprenhansker, forkle, etc.
  9. Senk waferen ned i et beger fylt med Cr etchant i 20 sek, rist forsiktig begeret. Etter skyll wafer under DI vannstrøm, tørk med N2 strøm for å fjerne gjenværende DI vann fra wafer. La aldri væske fordampe på waferoverflaten.
    FORSIKTIG: Krometchant kan forårsake øye-, hud- og luftveisirritasjon. Dette trinnet krever også mer PPE.
  10. Rengjør (prøven) wafer, ved å sette den i aceton, etterfulgt av IPA, og DI vann i et sonikeringsbad i 5 min hver. Plukk opp wafer og tørk med N2 gass strømning over overflaten av wafer for å fjerne de resterende DI vann fra wafer.
    FORSIKTIG: Bruk aceton i en røykhette. Unngå innånding og hudkontakt aceton med hud og øyne. Ikke svelg.
    MERK: Dette trinnet er å fjerne uønsket fotoresist på waferen. Protokollen kan settes på pause her.
  11. Bruk en dikterag til å terninger hele waferen i diskrete SAW-enheter for videre bruk.
    MERK: Prosessen er fullført. Protokollen kan settes på pause her.

3. Eksperimentelt oppsett og testing

  1. Vær oppmerksom på SAW-enheten under lysfelt optisk mikroskopi.
    MERK: Det er muligens riper over metalllagene på LN. Vanligvis vil de ikke forårsake en bemerkelsesverdig påvirkning av enhetens ytelse, så lenge ripene ikke er dype nok til å resultere i en åpen krets.
  2. For SAW-aktivering fester du absorber i begge ender langs forplantningsretningen til SAW-enheten for å forhindre reflekterte akustiske bølger fra kantene.
  3. Bruk en signalgenerator til å bruke et sinusoidal elektrisk felt på IDT ved resonansfrekvens på rundt 100 MHz. En forsterker skal være koblet til for å forsterke signalet.
  4. Bruk et oscilloskop til å måle den faktiske spenningen, strømmen og strømmen som brukes på enheten. Amplituden og frekvensresponsen til SAW måles av en laser Doppler vibrometer (LDV); SAG-aktivert dråpebevegelse registreres ved hjelp av et høyhastighetskamera festet 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

IDT som skal måles er utformet for å ha en resonansfrekvens ved 100 MHz, da fingerbredden og avstanden mellom dem er 10 μm, noe som gir en bølgelengde på 40 μm. Figur 1 viser SAW-enheten og IDT fabrikkert ved hjelp av denne metoden.

Ved hjelp av et oscillerende elektrisk signal som samsvarer med resonantfrekvensen til IDT, kan SAW genereres over overflaten av piezoelektrisk materiale. LDV måler vibrasjonen via Doppler-effekten på overflaten, og gjennom signalbehandling kan informasjon som amplitude, hastighet, akselerasjon og fase anskaffes og vises ved hjelp av programvaren. Vi illustrerer frekvensresponsen under et frekvenssveip fra 90 til 105 MHz, med en inngangseffekt på 140 mW, en topp-til-topp spenning på 70 V, og topp-til-topp strøm på 720 mA. Som figur 2B indikerer, er amplituden til SAW 19.444 pm til en resonant frekvens på 96.5844 MHz. Den lille reduksjonen i frekvens fra 100 MHz-designen tilskrives massebelastningen av metall-IDT-elektrodene. Figur 2A illustrerer den LDV-målte vibrasjonen av SAG på overflaten, vist å være forplantende fra IDTs. Det stående bølgeforholdet (SWR) beregnes til å være 2,06, bestemmes ved å bruke forholdet mellom maksimal amplitude til minimum amplitude (SWR = 1 for en ren reisebølge mens SWR = ∞ for en ren stående bølge), noe som tyder på at en god reisebølge er oppnådd her.

Vi demonstrerte også bevegelsen til en sessile dråpe aktivert av SAW-enheten, under en enkeltfrekvenssignalinngang (80,6 mW) ved resonansen (96.5844 MHz). En 0,2 μL dråpe er pipettert på LN ca. 1 mm fra IDT (se figur 3A). Når SAW forplanter og møter vanndråpen på overflaten, "lekker" den inn i væsken i Rayleigh-vinkelen, på grunn av impedansforskjellen fra LN til vann, og beregnet som forholdet mellom lydhastighet i disse to mediene,

Equation 1

Jetting vinkel vist i figur 3B bekreftet tilstedeværelsen av SAW.

Figure 1
Figur 1: Bilder av fabrikkerte enheter. (A)En gullelektrode-IDT med 7 mm blenderåpning på et LN-substrat for 100 MHz SAW-generering og forplantning. (B)Fingrene på IDT. Vektlinje: 200 μm. (Ristene til venstre er reflektorer for å forhindre energitap.) Innfelt illustrerer fingrene ved en større forstørrelse. Vektlinje: 50 μm. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Bilde 2: LDV-måling av SAW-enheten. (A)Et øyeblikksbilde av den reisende bølgen generert av IDT. SAW til stede på LN-substratet når den forplanter seg fra IDT. Fasen er bestemt ved å skanne LDV-hodet for å måle på flere steder, med fasen referert mot det elektriske inngangssignalet. (B)En frekvensrespons (amplitude vs. frekvens) av SAW-enheten fra 90 MHz til 105 MHz inkluderer resonansen ved 96,5844 MHz med 19.444 pm amplitude på inngangsnivået på 140 mW fra LDV. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: SAG-indusert dråpestråle. (A) Det eksperimentelle oppsettet for SAW-indusert sessile fallaktivering på LN. Skala bar: 5 mm. (B) SAW er spredd fra venstre til høyre i bildene. Dråpestrålen, ved omtrent Rayleigh-vinkelen (22°) forekommer ved 80,6 mW strøminngang. Skala bar: 1 mm. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av denne figuren.

Figure 4
Figur 4: Ordning for fotoresist igjen på underlaget. (A)Når positiv fotoresist brukes, har den en uønsket trapesformet form etter utvikling. Deponering av metall på en slik overflate gjør den påfølgende lift-off prosessen vanskelig og utsatt for svikt. (B) Men ved hjelp av en negativ fotoresist produserer en omvendt trapesformet form med overheng, noe som gjør det langt enklere å oppløse den underliggende fotoresist og fjerne metallet under lift-off. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

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-enheter fabrikkert fra begge metodene er i stand til å generere nyttige reisebølger på overflaten, og disse metodene underbygger mer komplekse prosesser for å produsere andre design. Resonansfrekvensen er vanligvis litt lavere enn den utformede verdien, på grunn av massebelastningseffekten av metallet som er deponert på toppen. Men det er fortsatt noen punkter verdt å diskutere for å unngå problemer.

Avskymetode
Valget av fotoresist er viktig. Det er mulig å bruke en positiv fotoresist for fabrikasjonen, som likevel vil bli vanskeligere. Fordi den ueksponerte fotoresisten er oppløst, vil delen som er igjen på underlaget danne en trapesformet form, spesielt med undereksponering, som overdrevet i figur 4A. Metallet som er sputtered på toppen av en slik fotoresist, vil forhindre at løsningsmidlet trenger inn og resulterer i vanskeligheter med å fjerne det under løftetrinnet. På den annen side fjernes UV-eksponerte områder av en negativ fotoresist, og, som vist i figur 4B,dannes en omvendt trapesformet vanligvis med overheng som gjør løftetrinn mye enklere.

Bortsett fra lift-off problemet med positiv fotoresist, vil fingrene til slutt være litt smalere enn designet, det vil si avstanden mellom dem vil være litt større, på grunn av trapesformet form. Med negativ fotoresist er avstanden mindre. Disse effektene endrer resonansfrekvensen noe fra designhensikten.

Når du bruker negativ fotoresist, er UV-eksponeringsdosen avgjørende viktig. På grunn av mangfoldet av utstyr, fotoresister og reagenser tilgjengelig i dag, vil eksponeringstiden som kreves i fabrikasjonsprosessen, sannsynligvis variere. Observasjon av det fabrikkerte enhetsresultatet kan veilede deg i å prøve å finne ut hva som gikk galt. Overeksponering vil føre til at fingrene blir smalere og avstanden bredere enn designet. Undereksponering kan etterlate noe av fotoresist etter utvikling, i så fall vil metallet i ønsket område skrelle av sammen med det tynne laget av gjenværende fotoresist etter lift-off. Noen ganger har folk en tendens til å bruke en enkelt polert LN wafer, som nevnt ovenfor, som er opaliserende. Tid og dose som kreves for UV-eksponering med en slik wafer vil bli økt, siden lyset er diffust på baksiden.

Våt etsing metode
Hovedtrinnet for denne metoden er å sikre at fotoresist er fullstendig oppløst fra området der metall må etses bort, ellers vil etset bli blokkert og litografien vil mislykkes.

Siden metalletsing er isotropisk, skjer det både gjennom og over metalllaget, noe som gjør fingrene smalere enn designet. Negativ fotoresist er derfor et bedre valg i denne teknikken for å redusere det uønskede funksjonstapet.

Begrensninger
Begge metodene er begrenset til å fremstille funksjonsstørrelser til større enn noen få mikrometer. Ifølge vår erfaring i våre anlegg, kan grensen skyves til så liten som 2-3 μm. Hvis det er behov for submicron-funksjoner, kan andre fabrikasjonsteknikker bli påkalt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Forfatterne er takknemlige til University of California og NANO3 anlegget ved UC San Diego for levering av midler og fasiliteter til støtte for dette arbeidet. Dette arbeidet ble delvis utført ved San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) i UCSD, medlem av National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, som støttes av National Science Foundation (Grant ECCS-1542148). Arbeidet som ble presentert her ble sjenerøst støttet av et forskningsstipend fra W.M. Keck Foundation. Forfatterne er også takknemlige for støtten til dette arbeidet av 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).
Fabrikasjon av Surface Acoustic Wave-enheter på Litium 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