Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Engineering

Изготовление поверхностных акустических волновых устройств на литий-ниобате

doi: 10.3791/61013 Published: June 18, 2020

Summary

Два метода изготовления, подъем и мокрое офорт, описаны в производстве межцифровых электродных преобразователей на пьезоэлектрическом субстрате, литиевом ниобате, широко используемом для генерации поверхностных акустических волн, которые в настоящее время находят широкую полезность в микро-нанмасштабных жидкостях. Показано, что как произведенные электроды эффективно индуцируют мегагерцовые волны, наводные акустические волны Rayleigh.

Abstract

Манипулирование жидкостями и частицами с помощью акустической активации в небольших масштабах способствует быстрому росту лабораторных приложений. Устройства поверхностных акустических волн (SAW) мегагерцца генерируют огромные ускорения на их поверхности, до 108 м/с2,в свою очередь, отвечают за многие наблюдаемые эффекты, которые стали определять acoustofluidics: акустические потоковое и акустическое излучение. Эти эффекты были использованы для обработки частиц, клеток и жидкости на микромасштабной и даже на наноуровне. В этой работе мы четко демонстрируем два основных метода изготовления устройств SAW на литиевом ниобате: детали методов подъема и мокрого травля описаны шаг за шагом. В деталях отображаются репрезентативные результаты для электродного рисунка, отложенного на субстрате, а также производительность САВ, генерируемого на поверхности. Изготовление трюки и устранение неполадок покрыты, а также. Эта процедура предлагает практический протокол для высокочастотного изготовления устройства SAW и интеграции для будущих приложений микрофлюидики.

Introduction

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

Опираясь на известный обратный пьезоэлектрический эффект, где атомные диполи создают штамм, соответствующий применению электрического поля, пьезоэлектрические кристаллы, такие как литий ниобат LiNbO3 (LN), литий-танталит LiTaO3 (LT), могут быть использованы в качестве электромеханических презекторов для генерации SAW для микромасштабных применений1,2,,3,4,4,66. Позволяя генерации смещения до 1 нм на 10-1000 МГц, SAW-управляемых вибрации преодолевает типичные препятствия традиционного ультразвука: небольшое ускорение, большие длины волн, и большой размер устройства. Исследования по манипулированию жидкостями и взвешенными частицами недавно ускорились, с большим количеством последних и доступных обзоров7,,8,,9,10.

Изготовление SAW-интегрированных микрофлюидных устройств требует изготовления электродов - межцифрового трансдуцера (IDT)11- на пьезоэлектрическом субстрате для генерации САВ. Пальцы гребнной формы создают сжатие и напряжение в субстрате при подключении к переменному электрическому входу. Изготовление устройств SAW было представлено во многих публикациях, будь то использование подъема ультрафиолетовой фотолитографии наряду с металлическим распылением или влажными процессами травления10. Тем не менее, отсутствие знаний и навыков в изготовлении этих устройств является ключевым препятствием для вступления в acoustofluidics многими исследовательскими группами, даже сегодня. Для техники подъема12,,13,,14,на поверхности создается жертвенный слой (фотореалист) с обратным рисунком, так что, когда целевой материал (металл) откладывается на всю пластину, он может достичь субстрата в нужных регионах, а затем "подъемный" шаг для удаления оставшегося фоторесиста. В отличие от этого, в процессе мокрого офорта15,,16,17,18, металл сначала откладывается на, а затем фотореалист создается с прямым рисунком на металле, чтобы защитить желаемый регион от офорта от металла etchant.

В наиболее часто используемой конструкции, прямой IDT, длина волны резонансной частоты устройства SAW определяется периодичностью пар пальцев, где ширина пальца и расстояние между пальцами оба Equation /419. Для того, чтобы сбалансировать эффективность передачи электрического тока и эффект массовой загрузки на субстрат, толщина металла, отложенного на пьезоэлектрический материал, оптимизирована, чтобы быть около 1% от длины волны SAW20. Локализованное отопление от Ohmic потерь21, потенциально вызывая преждевременный отказ пальца, может произойти, если недостаточно металла откладывается. С другой стороны, чрезмерно толстая металлическая пленка может привести к снижению резонансной частоты IDT из-за эффекта массовой загрузки и, возможно, может создать непреднамеренные акустические полости от IDT, изолируя акустические волны, которые они генерируют из окружающего субстрата. В результате выбранные параметры фоторезиста и УФ-облучения различаются в технике подъема, в зависимости от различных конструкций устройств SAW, особенно частоты. Здесь мы подробно описываем процесс подъема для производства устройства, генерирующего 100 МГц SAW, на двухстороннем полированном 0,5 мм толщиной 128 Y-повернутый разрез LN, а также влажный процесс травировки для изготовления 100 МГц устройство идентичного дизайна. Наш подход предлагает микрофлюидную систему, позволяющую исследовать различные физические проблемы и биологические применения.

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. Изготовление устройства SAW с помощью метода подъема

  1. Выполните вафельный растворитель очистки в классе 100 чистой комнате объекта, погружая 4 " (101,6 мм) LN пластины в ацетон, а затем изопропиловый спирт (IPA), то деионизированной воды (DI воды), каждый в sonication ванны на 5 мин. Возьмите пластины и взорвать поверхность сухого азота (N2) поток газа для удаления оставшейся воды DI из вафель.
    ВНИМАНИЕ: Выполните ацетон и IPA погружения в дым капот. Избегайте вдыхания и контакта кожи с АПИ. Избегайте кожи и зрительного контакта с ацетоном. Не глотайте.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Не позволяйте любой жидкости испаряться на пластине; если пыль или мусор на поверхности, начните этот шаг.
  2. Поместите на горячую плиту при 100 градусов по Цельсию, чтобы prebake в течение 3 минут.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Из-за пироэлектрического свойства LN, он будет генерировать статические заряды и связанный стресс в вафельке во время нагрева и охлаждения. Рекомендуется положить пластины на кусок алюминиевой (Al) фольги после удаления его из горячей пластины, чтобы освободить статические заряды и избежать его нарушения.
  3. Поместите на спин пальто. Используя капельницы, накройте около 75% поверхности отрицательной фоторесиста (NR9-1500PY). Программа скорость 500 об/мин с ускорением 3000 об/с в течение 5 сек, а затем скорость 3500 об/мин с ускорением 3000 об/мин в течение 40 сек, чтобы произвести слой фотореалиста около 1,3 мкм.
    ВНИМАНИЕ: Выполните спиновое покрытие в капюшоне дыма. Вдыхание паров фоторезиста может вызвать головные боли.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Толщина может варьироваться в зависимости от состояния фоторесиста и спин-шерсть используется, даже с теми же настройками спина. Фотореалист может вращаться за краем и на аверсе вафли; это должно быть удалено с помощью ацетона-облили тампоном. Слева присутствует, фотореалист будет придерживаться пластины на плиту во время мягкой выпечки.
  4. Для мягкой выпечки поместите на плиту при температуре 100 градусов по Цельсию, нарастить температуру до 150 градусов по Цельсию, подержите ее при температуре 150 градусов по Цельсию в течение 1 мин. Затем переместите с плиты и дайте вафле остыть в воздухе до комнатной температуры (RT).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Из-за пироэлектрического эффекта, если температура пластины LN внезапно меняется, например, путем непосредственной передачи LN на плиту или фольгу Al при температуре 150 градусов по Цельсию, тепловой шок в вафельной, скорее всего, разрушит ее. Наличие неуничего металла на поверхности, например электродов, значительно повышает этот риск. В приложениях, где прозрачность LN не имеет значения, рассмотреть вопрос об использовании так называемых "черных" LN или более точно уменьшенной LN, которая темно-коричневый и полупрозрачный, но имеет незначительное пироэлектричность.
  5. Перенесите в выравниватель маски (MLA150) для ультрафиолетового воздействия. Выставить фотореалиста с энергетической дозой 400 мДж/см2 при 375 нм. Требуемая доза может варьироваться в зависимости от конструкции маски и возраста и состояния фоторезиста.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Направление распространения волны, индуцированное IDTs, должно быть по направлению распространения X, чтобы эффективно генерировать SAW. Другими словами, это означает, что «пальцы» IDT должны быть перпендикулярны направлению X-оси. Типичные производители пластин LN размещают первичную (большую) вафельную плоскость (прямой край рядом с вафелькой) перпендикулярно оси X, поэтому ваши пальцы IDT должны быть параллельны этой плоской. Некоторые производители вводят вторую (меньшую) вафельную квартиру, чтобы помочь указать направления Y- и ю-оси, но эта деталь не имеет значения для поколения SAW. Производители часто запрашивают спецификации для поверхностной отделки пластины; если вам требуется прозрачная пластина, запрос двусторонний оптически полированные. Однако, имейте в виду, что LN является birefringent, так что любой объект, освещенный стандартным лабораторным светом и видел через материал будет производить не один, а два изображения. Преодоление этой проблемы обсуждается позже. Одностоящий полированный LN является лучшим выбором для поколения SAW, если вам не нужно видеть сквозь, потому что ложные акустические волны рассеиваются грубой задней поверхностью.
  6. Поместите на горячую плиту при температуре 100 градусов по Цельсию в течение 3 минут для после экспозиции испечь. Затем перенесите его на фольгу Al и дайте ему остыть к RT.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Узоры должны быть видны после после экспозиции испечь. Если нет, рассмотрите возможность зачистки фоторесурсиста и перезапуска процесса с шага 1.1 выше.
  7. Разработайте, поместив ее в стакан, наполненный чистым разработчиком RD6 в течение 15 сек. Аккуратно встряхните стакан во время разработки. Погрузите в воду DI в течение 1 мин, а затем промойте под потоком воды DI. Наконец, используйте сухой поток N2, чтобы удалить оставшуюся воду DI из. Никогда не позволяйте любой жидкости испаряться на поверхности пластины.
    ВНИМАНИЕ: Разработка пластины в дым капот. Избегайте дыхания в парах или связаться с разработчиком с глазами и кожей.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Фотолитография завершена после этого шага. Протокол можно приостановить здесь.
  8. Твердый выпекать на плите при температуре 100 градусов в течение 3 минут. Затем перенесите его на фольгу Al и дайте ему остыть к RT.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг заключается в удалении любой влаги из и фотореалист, чтобы предотвратить более поздний outgassing во время распыления.
  9. Для осаждения электрода, поместите в систему осаждения распыления. Вакуум камеры до 5 х 10-6 mTorr. Используйте 2,5 мТорр аргона поток, распыления хрома (Cr) с мощностью 200 Вт на 5 нм в качестве слоя клея, а затем распыления Al с мощностью 300 Вт на 400 Нм для формирования проводящих электродов.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Время осаждения должно быть рассчитано из ожидаемой толщины и скорости осаждения. Титан (Ti) можно использовать вместо хрома, хотя процесс удаления сложнее, потому что Ti жестче. Золото (Au) также обычно откладывается как электроды. Тем не менее, для более высокой частоты SAW устройств, Al должны заменить Au, чтобы избежать массовой загрузки эффектов Au IDT пальцы, которые уменьшают локальные SAW резонансной частоты под IDT, образуя акустическую полость, из которой SAW может только бежать со значительной потерей.
  10. Для процесса старта, передача пластины в стакан и погрузиться в ацетон. Sonicate на средней интенсивности в течение 5 мин. Промыть с ВАМ ИС и высушить пластины с N2 потока.
    ВНИМАНИЕ: Используйте ацетон в капюшоне дыма. Избегайте вдыхания и кожи или зрительного контакта с ацетоном. Не глотайте.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол можно приостановить здесь.
  11. Используйте dicing пилу, чтобы нарезать всю на мелкие кусочки чипов в качестве устройств SAW для дальнейших приложений.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Процесс завершен. Протокол можно приостановить здесь.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Вместо пилы, алмаз наконечником пластины писец (или даже стеклянный резак) может быть использован для кости пластины LN с некоторой практикой, хотя из-за анизотропии LN важно писать и разорвать пластины сначала вдоль писца линии перпендикулярно X-оси, а затем эти линии вдоль оси X.

2. Изготовление устройства SAW с помощью метода мокрого травика

  1. Вафельная очистка растворителя: В классе 100 чистой комнате объекта, погружая 4 (101,6 мм) LN пластины в ацетон, а затем IPA, то DI воды, каждый в звуковой ванне в течение 5 мин. Возьмите и высушить поверхность с помощью N2, чтобы удалить оставшиеся DI воды из.
    ВНИМАНИЕ: Используйте ацетон и АПИ в капюшоне дыма. Избегайте вдыхания и контакта кожи с АПИ. Избегайте контакта ацетона с кожей и глазами. Не глотайте.
  2. Поместите на плиту при 100 градусов по Цельсию для термической обработки в течение 3 минут. Затем перенесите его на Al фольги, чтобы охладиться на RT.
  3. Поместите в систему осаждения распыления. Вакуум камеры до 5 х 10-6 mTorr. Используйте поток аргона на 2,5 мТорр, распылитель Cr мощностью 200 Вт на 5 нм в качестве слоя клея, а затем распыление Au мощностью 300 Вт на 400 нм для формирования проводящих электродов.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол можно приостановить здесь.
  4. Поместите на спин пальто. Используя капельницы, накройте около 75% поверхности вафель с положительным фоторезистом (АЗ1512). Программа скорость 500 об/мин с ускорением 3000 об/с в течение 10 сек, а затем скорость 4000 об/мин с ускорением 3000 об/с в течение 30 сек, в конечном счете, производя слой фотореалиста около 1,2 мкм.
    ВНИМАНИЕ: Выполните спиновое покрытие в капюшоне дыма. Вдыхание паров фоторезиста может вызвать головные боли.
  5. Чтобы мягко испечь, поместите на плиту при температуре 100 градусов в течение 1 мин. Затем перенесите его на фольгу Al и дайте ему остыть к RT.
  6. Перенесите в выравниватель маски (MLA150) для ультрафиолетового воздействия. Выставить фотореалиста с энергетической дозой 150 мДж/см2 при 375 нм. Требуемая доза может варьироваться в зависимости от конструкции маски и возраста и состояния фоторезиста.
  7. Поместите вафельку в стакан, наполненный чистым разработчиком АЗ300MIF в течение 30 сек. Аккуратно встряхните стакан во время разработки. Погрузите в воду DI в течение 1 мин, затем промойте под потоком воды DI. Наконец, используйте сухой поток N2, чтобы удалить оставшуюся воду DI из. Никогда не позволяйте любой жидкости испаряться на поверхности пластины.
    ВНИМАНИЕ: Избегайте контакта с A300MIF с кожей или глазами. Не глотайте.
  8. Погрузите в стакан, наполненный Au etchant в течение 90 сек, нежно встряхивая стакан. После полоскания под потоком воды DI, сухой с N2 потока, чтобы удалить оставшуюся воду DI из пластины. Никогда не позволяйте любой жидкости испаряться на поверхности пластины.
    ВНИМАНИЕ: Золото etchant может быть опасным для глаз и кожи, и вызовет раздражение дыхательных путей. Этот шаг требует более личного защитного оборудования (PPE), таких как защитное стекло, черные перчатки неопрен, фартук и т.д.
  9. Погрузите в стакан, наполненный Cr etchant в течение 20 сек, нежно встряхивая стакан. После полоскания под потоком воды DI, сухой с N2 потока, чтобы удалить оставшуюся воду DI из пластины. Никогда не позволяйте любой жидкости испаряться на поверхности пластины.
    ВНИМАНИЕ: Хром и т.д. может вызвать раздражение глаз, кожи и дыхательных путей. Этот шаг также требует большеГО количества СИЗ.
  10. Очистите (образец), поставив его в ацетон, а затем IPA, и DI воды в sonication ванной в течение 5 минут каждый. Возьмите и сухой с N2 поток газа над поверхностью пластины, чтобы удалить оставшиеся DI воды из.
    ВНИМАНИЕ: Используйте ацетон в капюшоне дыма. Избегайте ингаляции и контакта с кожей ацетона с кожей и глазами. Не глотайте.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг заключается в удалении нежелательной фоторесист на пластине. Протокол можно приостановить здесь.
  11. Используйте dicing пилу, чтобы кости всей пластины в дискретных устройств SAW для дальнейшего использования.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Процесс завершен. Протокол можно приостановить здесь.

3. Экспериментальная установка и тестирование

  1. Наблюдайте устройство SAW под ярко-полевой оптической микроскопией.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Возможно царапины на металлических слоях LN. Как правило, они не вызовут заметного влияния производительности устройства, до тех пор, пока царапины не достаточно глубоки, чтобы привести к открытой цепи.
  2. Для активации SAW, прикрепите амортизаторы на обоих концах вдоль направления распространения устройства SAW, чтобы предотвратить отражение акустических волн от краев.
  3. Используйте генератор сигналов, чтобы применить синусоидальное электрическое поле к IDT с его резонансной частотой около 100 МГц. Усилитель должен быть подключен для усиления сигнала.
  4. Используйте осциллоскоп для измерения фактического напряжения, тока и мощности, применяемых на устройстве. Амплитуда и частотная реакция SAW измеряются лазерным доплероменом виброметром (LDV); движение капли SAW записывается с помощью высокоскоростной камеры, прикрепленной к микроскопу.

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

Измеренный IDT предназначен для резонансной частоты на уровне 100 МГц, так как ширина пальца и расстояние между ними составляют 10 мкм, создавая длину волны 40 мкм. На рисунке 1 показаны устройство SAW и IDT, изготовленные с использованием этого метода.

Используя колеблющийся электрический сигнал, соответствующий резонансной частоте IDT, SAW может быть сгенерирован по всей поверхности пьезоэлектрического материала. LDV измеряет вибрацию через эффект Доплера на поверхности, а через обработку сигнала с помощью программного обеспечения можно получить и отобразить информацию, такую как амплитуду, скорость, ускорение и фазу. Мы иллюстрируем частотный отклик под частотным размахом от 90 до 105 МГц, с входной мощностью 140 мВт, пиковым до пиковым напряжением 70 В и пиковым тока 720 мА. Как показывает рисунок 2B, амплитуда SAW составляет 19.444 pm при резонансной частоте 96,5844 МГц. Небольшое снижение частоты от конструкции 100 МГц связано с массовой загрузкой металлических электродов IDT. Рисунок 2A иллюстрирует вибрацию, измеренную LDV САВ на поверхности, которая, как показано, распространяется из МТД. Коэффициент стоячей волны (SWR) рассчитывается в 2,06, определяемый с помощью соотношения максимальной амплитуды к минимальной амплитуде (SWR No 1 для чистой путешествующей волны, в то время как SWR - для чисто стоящей волны), что позволяет предположить, что здесь была получена хорошая путешествующая волна.

Мы также продемонстрировали движение капли сессила, приведенного в действие устройством SAW, под одним входом сигнала частоты (80,6 мВт) при его резонансе (96,5844 МГц). Капля 0,2 л является pipetted на LN около 1 мм от IDT (см. рисунок 3A). Когда SAW распространяется и сталкивается с капелькой воды на поверхности, он "протекает" в жидкость под углом Рейли, из-за impedance разница от LN к воде, и рассчитывается как соотношение скорости звука в этих двух носителях,

Equation 1

Угол струи, показанный на рисунке 3B, подтвердил наличие SAW.

Figure 1
Рисунок 1: Изображения сфабрикованных устройств. (A) Золото-электрод IDT с диафрагмой 7 мм на субстрате LN для поколения и распространения 100 МГц SAW. (B)Пальцы IDT. Масштабная планка: 200 мкм. (Решетки слева являются отражателями для предотвращения потери энергии.) Вставка иллюстрирует пальцы при большем увеличении. Масштабная планка: 50 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2: LDV измерение устройства SAW. (A) Снимок путешествующей волны, генерируемой IDT. SAW присутствует на субстрате LN, как он распространяется из IDT. Фаза была определена путем сканирования головы LDV для измерения в нескольких местах, с фазой, на которой ссылается входной электрический сигнал. (B) Частотный ответ (амплитуда против частоты) устройства SAW от 90 МГц до 105 МГц включает в себя его резонанс на 96,5844 МГц с 19,444 pm амплитудой на уровне ввода 140 МГц от LDV. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 3
Рисунок 3: САВ-индуцированной капли струи. (A) Экспериментальная установка для SAW-индуцированной сессиль падения активации на LN. Масштабная планка: 5 мм.(B)SAW распространяется слева направо на изображениях. Каплю струи, примерно угол Рейли (22 ") происходит на 80,6 мВт ввода мощности. Масштаб бар: 1 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 4
Рисунок 4: Схема фоторезиста, оставленная на субстрате. (A) Когда используется положительный фотореалист, он имеет нежелательную трапециевидную форму после развития. Хранение металла на такой поверхности затрудняет и затрудняет последующий процесс подъема. (B) Однако, используя отрицательный фоторезист производит перевернутую трапециевидную форму с навесом,что делает его гораздо легче растворить основной фоторезист и удалить металл во время подъема. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.

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

Устройства SAW, изготовленные из любого метода, способны генерировать полезные волны на поверхности, и эти методы лежат в основе более сложных процессов для создания других конструкций. Резонансная частота, как правило, немного ниже, чем разработанное значение, из-за эффекта массовой загрузки металла, отложенного сверху. Тем не менее, есть еще некоторые моменты, которые стоит обсудить, чтобы избежать проблем.

Метод подъема
Важен выбор фотореалиста. Для изготовления можно использовать положительного фоторезиста, что, тем не менее, будет сложнее. Поскольку неэкспонированный фотореалист растворяется, часть, оставленная на субстрате, образует трапециевидную форму, особенно с недоэкспозицией, как преувеличено на рисунке 4A. Металлический, распыленный на вершине такого фотореалиста, предотвратит проникновение растворителя и приведет к трудностям в удалении его во время подъема. С другой стороны, УФ-открытые области отрицательного фоторесиста удаляются, и, как показано на рисунке 4B,перевернутый трапециевидный, как правило, образуется с навесом, что делает подъем шаг гораздо проще.

Помимо проблемы подъема положительного фотореалиста, пальцы в конечном итоге будут немного уже, чем разработан, т.е. расстояние между ними будет немного больше, из-за трапециевидной формы. С отрицательным фотореалистом расстояние меньше. Эти эффекты слегка меняют резонансную частоту от намерения конструкции.

При использовании отрицательного фоторезиста, УФ-облучения доза имеет решающее значение. Из-за разнообразия оборудования, фотореалистов и реагентов, доступных сегодня, время экспозиции, необходимое в процессе изготовления, скорее всего, будет меняться. Наблюдение за сфабрикованным устройством результат может направлять вас в попытке определить, что пошло не так. Чрезмерное воздействие приведет к тому, что пальцы будут более узкими, а интервалы шире, чем задумано. Подэкспозиционирование может оставить некоторые из фотореалист после развития, и в этом случае металл в нужной области будет слезать вместе с тонким слоем оставшихся фотореалист после взлета. Иногда люди, как правило, используют один полированный LN пластины, как упоминалось выше, который является opalescent. Время и доза, необходимые для УФ-облучения с такой пластиной, будут увеличены, так как свет рассеивается на спине.

Влажный метод травика
Ключевым шагом для этого метода является обеспечение того, чтобы фотореалист полностью растворился из области, где металл должен быть выгравирован, в противном случае etchant будет заблокирован и литография потерпит неудачу.

Как металлический травле является изотропным, это происходит как через и через металлический слой, что делает пальцы более узкими, чем разработано. Отрицательный фотореалист поэтому лучший выбор в этой технике, чтобы уменьшить нежелательные потери функции.

Ограничения
Оба метода ограничиваются изготовлением размеров функций, превышающим несколько микрометров. Согласно нашему опыту работы в наших объектах, лимит может быть сдвинут до 2-3 мкм. Если требуется функция субмикрона, могут быть вызваны другие методы изготовления.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторам нечего раскрывать.

Acknowledgments

Авторы признательны Калифорнийскому университету и учреждению NANO3 в Калифорнийском университете в Сан-Диего за предоставление средств и средств в поддержку этой работы. Эта работа была выполнена в части в Сан-Диего Нанотехнологии инфраструктуры (SDNI) UCSD, член Национальной нанотехнологии скоординированной инфраструктуры, которая поддерживается Национальным научным фондом (Грант ECCS-1542148). Представленная здесь работа была щедро поддержана исследовательским грантом Фонда В.М. Кека. Авторы также благодарны за поддержку этой работы Управления военно-морских исследований (через Грант 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).
Изготовление поверхностных акустических волновых устройств на литий-ниобате
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