Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Engineering

Tillverkning av Surface Acoustic Wave-enheter på Litium Niobate

doi: 10.3791/61013 Published: June 18, 2020

Summary

Två tillverkningstekniker, lyft-off och våt etsning, beskrivs i att producera interdigital elektrod givare på en piezoelektrisk substrat, litium niobat, ofta används för att generera ytan akustiska vågor nu hitta bred nytta i mikro till nanoskala fluidik. De som produceras elektroder visas för att effektivt inducera megahertz beställa Rayleigh yta akustiska vågor.

Abstract

Manipulering av vätskor och partiklar genom akustisk aktivering i liten skala hjälper den snabba tillväxten av lab-on-a-chip applikationer. Megahertz-ordning yta akustisk våg (SAW) enheter generera enorma accelerationer på deras yta, upp till 108 m / s2, i sin tur ansvarig för många av de observerade effekter som har kommit att definiera acoustofluiics: akustisk streaming och akustisk strålning krafter. Dessa effekter har använts för partikel-, cell- och vätskehantering vid mikroskalan – och även vid nanoskalan. I detta dokument visar vi uttryckligen två stora tillverkningsmetoder av SAW-enheter på litium niobat: detaljerna i lyft-off och våt etsning tekniker beskrivs steg-för-steg. Representativa resultat för elektrodmönstret som deponerats på substratet samt saw-enhetens prestanda som genereras på ytan visas i detalj. Tillverkning tricks och felsökning omfattas också. Den här proceduren erbjuder ett praktiskt protokoll för tillverkning och integrering av högfrekventa SAW-enheter för framtida mikrofluidikapplikationer.

Introduction

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

Förlitar sig på den välkända omvända piezoelektriska effekten, där atomdipolerna skapar stam som motsvarar tillämpningen av ett elektriskt fält, piezoelektriska kristaller såsom litium niobat LiNbO3 (LN), litium tantalite LiTaO3 (LT), kan användas som elektromekaniska givare för att generera SAW för mikroskala applikationer1,2,,3,4,5,6. Genom att möjliggöra generering av förskjutningar upp till 1 nm vid 10-1000 MHz, SAW-driven vibration övervinner de typiska hindren för traditionella ultraljud: liten acceleration, stora våglängder, och stor enhet storlek. Forskning för att manipulera vätskor och suspenderade partiklar har nyligen accelererat, med ett stort antal nya och tillgängliga recensioner7,8,9,10.

Tillverkning av SAW-integrerade mikrofluidiska enheter kräver tillverkning av elektroderna– den interdigitala givaren (IDT)11– på det piezoelektriska substratet för att generera SÅGen. Kam-form fingrar skapa kompression och spänning i substratet när de är anslutna till en alternerande elektrisk ingång. Tillverkningen av SAW-enheter har presenterats i många publikationer, oavsett om du använder lyft-off ultraviolett fotolitografi tillsammans med metall sputter eller våt etsning processer10. Men bristen på kunskaper och färdigheter i att tillverka dessa enheter är ett viktigt hinder för inträde i acoustofluiics av många forskargrupper, även i dag. För lyft-off teknik12,13,14, ett offerskikt (fotoresist) med ett omvänt mönster skapas på en yta, så att när målmaterialet (metall) deponeras på hela wafer, kan den nå substratet i de önskade regionerna, följt av en "lift-off" steg för att ta bort de återstående fotoresisten. Däremot i den våta etsning processen15,16,17,18, metallen först deponeras på wafer och sedan photoresist skapas med ett direkt mönster på metallen, för att skydda den önskade regionen från "etsning" bort av en metall etchant.

I en mest allmänt använd design definieras den raka IDT, våglängden för SAW-enhetens resonansfrekvens av fingerparens periodicitet, där fingerbredden och avståndet mellan fingrarna är båda Equation /419. För att balansera den elektriska strömöverföringseffektiviteten och massbelastningseffekten på substratet optimeras tjockleken på metallen som deponeras på det piezoelektriska materialet till ca 1% av SAW-våglängden20. Lokaliserad uppvärmning från Ohmic förluster21, potentiellt inducera för tidigt finger fel, kan uppstå om otillräcklig metall deponeras. Å andra sidan kan en alltför tjock metallfilm orsaka en minskning av resonansfrekvensen av IDT på grund av en massbelastningseffekt och kan möjligen skapa oavsiktliga akustiska håligheter från IDTs, isolera de akustiska vågor de genererar från det omgivande substratet. Som ett resultat, den fotoresist och UV-exponering parametrar som valts varierar i lift-off teknik, beroende på olika mönster av SAW-enheter, särskilt frekvens. Här beskriver vi i detalj lyft-off-processen för att producera en 100 MHz SAW-genererande enhet på en dubbelsidig polerad 0,5 mm tjock 128 ° Y-roterad skuren LN wafer, samt våtetsningsprocessen för att tillverka 100 MHz-enheten med identisk design. Vårt tillvägagångssätt erbjuder ett mikrofluidiskt system som möjliggör undersökning av en mängd olika fysiska problem och biologiska tillämpningar.

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. SAW-anordning tillverkning via lyft-off-metoden

  1. Utför wafer lösningsmedel rengöring i en klass 100 renrum anläggning genom att doppa 4 "(101,6 mm) LN wafer i aceton, följt av isopropylalkohol (IPA), sedan avjoniserat vatten (DI vatten), var och en i en ultraljudsbehandling bad i 5 min. Plocka upp wafer och blåsa ytan torr med kväve (N2) gasflödet för att ta bort det återstående DI vatten från wafer.
    VARNING: Utför aceton- och IPA-nedsänkningarna i en rökhuva. Undvik inandning och hudkontakt med IPA. Undvik hud- och ögonkontakt med aceton. Svälj inte.
    OBS: Låt inte någon vätska avdunsta på rånet; Om damm eller skräp på ytan, starta detta steg över.
  2. Placera rånet på en värmeplatta vid 100 °C för att förbaka i 3 min.
    OBS: På grund av LN:s pyroelektriska egenskaper kommer det att generera statiska laddningar och tillhörande stress inom rånet under uppvärmning och kylning. Det rekommenderas att sätta rån på en bit aluminium (Al) folie efter att ha tagit bort den från värmeplattan för att frigöra statiska laddningar och undvika att bryta den.
  3. Placera rånet på en spincoater. Använd en dropper, täck ca 75% av wafer yta med negativ fotoresist (NR9-1500PY). Programmera en hastighet på 500 varv/min med en acceleration på 3 000 varv/min i 5 sekunder och sedan en hastighet på 3 500 varv/min med en acceleration på 3 000 varv/min i 40 sekunder, för att producera ett lager fotoresist runt 1,3 μm.
    VARNING: Utför spinnbeläggning i en rökhuva. Inandning av fotoresiströk kan orsaka huvudvärk.
    OBS: Tjockleken kan variera beroende på tillståndet hos fotoresisten och den spin coater som används, även med samma spin inställningar. Fotoresisten kan snurras utanför kanten och på wafers överkant; Detta måste avlägsnas med hjälp av en aceton-doused svabb. Vänster närvarande, kommer photoresist hålla rånet till värmeplattan under den mjuka baka.
  4. För mjuk baka, placera wafer på en värmeplatta vid 100 °C, ramp temperaturen upp till 150 °C, håll den vid 150 °C i 1 min. Flytta sedan wafer från värmeplattan, och låt wafer svalna i luften till rumstemperatur (RT).
    OBS: På grund av den pyroelektriska effekten, om temperaturen på LN-rånet plötsligt ändras, till exempel genom att direkt överföra LN-rånet på värmeplattan eller Al-folien vid 150 °C, kommer den termiska stöten i wafer sannolikt att splittra den. Förekomsten av nonuniform metall på ytan, såsom elektroder, avsevärt ökar denna risk. I applikationer där transparensen i LN inte är viktig, överväga att använda så kallad "svart" LN eller mer exakt reducerad LN, som är mörkbrun och genomskinlig men har försumbar pyroelektralitet.
  5. Överför wafer till mask aligner (MLA150) för ultraviolett exponering. Exponera fotoresisten med en energidos på 400 mJ/cm2 vid 375 nm. Den dos som krävs kan variera beroende på maskens utformning och fotoresistens ålder och skick.
    OBS: Vågförökningsriktningen som induceras av IDT bör vara längs X-förökningsriktningen för att effektivt generera SAW. Med andra ord innebär detta att "fingrarna" i IDT bör vara vinkelräta mot X-axeln riktning. Typiska LN-wafertillverkare placerar den primära (större) wafer-plana (raka kanten bredvid wafer) vinkelrätt mot X-axeln, så att IDT-fingrarna ska vara parallella med denna platta. Vissa tillverkare införa en andra (mindre) wafer platt för att ange Y- och Z-axeln riktningar, men denna detalj är oviktigt för SAW generation. Tillverkare begär ofta specifikationer för ytfinishen på wafer; Om du behöver en transparent wafer, begär dubbelsidiga optiskt polerade plattor. Men kom ihåg att LN är birefringent, så alla objekt upplysta med standard laboratorieljus och sett genom materialet kommer att producera inte en utan två bilder. Att övervinna detta problem diskuteras senare. Ensidig polerad LN är ett bättre val för SAW generation om du inte behöver se igenom wafer, eftersom falska akustiska vågor sprids av grov ryggyta.
  6. Placera rånet på en kokplatta vid 100 °C i 3 min för en bakning efter exponering. Överför den sedan till Al-folien och låt den svalna till RT.
    OBS: Mönstren ska vara synliga efter bakningen efter exponering. Om inte, överväga att ta bort fotoresisten och starta om processen över från steg 1.1 ovan.
  7. Utveckla wafer genom att placera den i en bägare fylld med ren RD6 utvecklare för 15 sek. Försiktigt skaka bägaren under utveckling. Sänk ned waferen i DI-vatten i 1 min och skölj sedan wafern under DI-vattenflödet. Slutligen, använd torrT N2 flöde för att ta bort det återstående DI-vattnet från wafer. Låt aldrig någon vätska avdunsta på wafer ytan.
    VARNING: Utveckla rånet i en rökhuva. Undvik att andas in ångor eller kontakta utvecklaren med ögon och hud.
    Fotolitografin är klar efter det här steget. Protokollet kan pausas här.
  8. Hård baka rånet på en värmeplatta vid 100 °C i 3 min. Överför den sedan till Al-folien och låt den svalna till RT.
    OBS: Detta steg är att ta bort fukt från wafer och fotoresist för att förhindra senare utgasning under sputtering.
  9. För elektrodsputter nedfall, placera wafer i en sputter nedfall system. Dammsug kammaren till 5 x 10-6 mTorr. Använd ett 2,5 mTorr argonflöde, sputterkrom (Cr) med en effekt på 200 W för 5 nm som vidhäftningsskikt, följt av sputtering Al med en effekt på 300 W för 400 nm för att bilda de ledande elektroderna.
    OBS: Depositionstiden bör beräknas utifrån den förväntade tjockleken och depositionshastigheten. Titan (Ti) kan användas istället för krom, även om borttagningsprocessen är svårare, eftersom Ti är tuffare. Guld (Au) är också ofta deponeras som elektroder. För saw-enheter med högre frekvens bör Al dock ersätta Au för att undvika massabelastningseffekterna av Au IDT-fingrarna, vilket minskar den lokala SAW-resonansfrekvensen under IDT och bildar en akustisk hålighet från vilken SÅGEN endast kan fly med betydande förlust.
  10. För lyft-off-processen, överför wafer till en bägare och sänk i aceton. Sonicate på medelhög intensitet i 5 min. Skölj med DI vatten och torka wafer med N2 flöde.
    VARNING: Använd aceton i en rökhuva. Undvik inandning och hud- eller ögonkontakt med aceton. Svälj inte.
    Protokollet kan pausas här.
  11. Använd en tärningssåg för att tärna hela rånet i små bitar av chips som SAW-enheter för ytterligare tillämpningar.
    OBS: Processen är klar. Protokollet kan pausas här.
    OBS: Istället för en såg, en diamant-tippade wafer skrivare (eller ens en glasskärare) kan användas för att tärna LN rån med viss praxis, men på grund av anisotropi av LN är det viktigt att skriva och bryta wafer först längs skriftlärda linjer vinkelrätt mot X-axeln, följt av dessa linjer längs X-axeln.

2. SAW-enhetstillverkning via våtetsningsmetoden

  1. Wafer lösningsmedel rengöring: I en klass 100 renrum anläggning genom att doppa 4 "(101,6 mm) LN wafer i aceton, följt av IPA, sedan DI vatten, var och en i en ultraljudsbehandling bad i 5 min. Plocka upp rånet och torka ytan med N2 för att ta bort de återstående DI vatten från wafer.
    VARNING: Använd aceton och IPA i en rökhuva. Undvik inandning och hudkontakt med IPA. Undvik acetonkontakt med hud och ögon. Svälj inte.
  2. Placera rånet på en värmeplatta vid 100 °C för termisk behandling i 3 min. Överför den sedan till Al-folie för att svalna till RT.
  3. Placera wafer i en sputter nedfall system. Dammsug kammaren till 5 x 10-6 mTorr. Använd argonflöde vid 2,5 mTorr, sputter Cr med en effekt på 200 W för 5 nm som ett friktionsskikt, följt av sputtering Au med en effekt på 300 W för 400 nm för att bilda de ledande elektroderna.
    Protokollet kan pausas här.
  4. Placera rånet på en spincoater. Använd en dropper, täck ca 75% av wafer yta med positiv fotoresist (AZ1512). Programmera en hastighet på 500 rpm med en acceleration på 3 000 varv/min i 10 sekunder och sedan en hastighet på 4 000 varv/min med en acceleration på 3 000 varv/min i 30 sekunder, vilket i slutändan ger ett lager fotoresist runt 1,2 μm.
    VARNING: Utför spinnbeläggning i en rökhuva. Inandning av fotoresiströk kan orsaka huvudvärk.
  5. För att mjuka baka, placera rånet på en värmeplatta vid 100 °C i 1 min. Överför den sedan till Al-folien och låt den svalna till RT.
  6. Överför wafer till mask aligner (MLA150) för ultraviolett exponering. Exponera fotoresisten med en energidos på 150 mJ/cm2 vid 375 nm. Den dos som krävs kan variera beroende på maskens utformning och fotoresistens ålder och skick.
  7. Placera wafer i en bägare fylld med ren AZ300MIF utvecklare för 30 sek. Försiktigt skaka bägaren under utveckling. Sänk ned waferen i DI-vatten i 1 min och skölj sedan wafern under DI-vattenflödet. Slutligen, använd torrT N2 flöde för att ta bort det återstående DI-vattnet från wafer. Låt aldrig någon vätska avdunsta på wafer ytan.
    VARNING: Undvik att kontakta AZ300MIF med hud eller ögon. Svälj inte.
  8. Sänk ner waferen i en bägare fylld med Au etchant i 90 sekunder och skaka försiktigt bägaren. Efter sköljning av wafer under DI vattenflöde, torka med N2 flöde för att avlägsna det återstående DI-vattnet från wafer. Låt aldrig någon vätska avdunsta på wafer ytan.
    VARNING: Guld etchant kan vara farligt för ögon och hud, och kommer att orsaka irritation i luftvägarna. Detta steg kräver mer personlig skyddsutrustning (PPE), såsom säkerhetsglas, svarta neoprenhandskar, förkläde, etc.
  9. Sänk ner waferen i en bägare fylld med Cr etchant i 20 sekunder och skaka försiktigt bägaren. Efter sköljning av wafer under DI vattenflöde, torka med N2 flöde för att avlägsna det återstående DI-vattnet från wafer. Låt aldrig någon vätska avdunsta på wafer ytan.
    VARNING: Krom etchant kan orsaka ögon-, hud- och andningsirritation. Detta steg kräver också mer personlig skyddsutrustning.
  10. Rengör (provet) wafer, genom att sätta den i aceton, följt av IPA, och DI vatten i en ultraljudsbehandling bad i 5 min vardera. Plocka upp rånet och torka med N2 gasflöde över ytan av wafer för att ta bort det återstående DI-vattnet från wafer.
    VARNING: Använd aceton i en rökhuva. Undvik inandning och hudkontakt aceton med hud och ögon. Svälj inte.
    Obs: Detta steg är att ta bort oönskade photoresist på wafer. Protokollet kan pausas här.
  11. Använd en tärningssåg för att tärna hela rånet i diskreta SAW-enheter för vidare användning.
    OBS: Processen är klar. Protokollet kan pausas här.

3. Experimentell installation och testning

  1. Observera SAW-enheten under optisk mikroskopi med ljust fält.
    OBS: Det finns möjligen repor över metalllagren på LN. Generellt kommer de inte att orsaka en märkbar påverkan av enhetens prestanda, så länge repor inte är tillräckligt djupa för att resultera i en öppen krets.
  2. För SAW-aktivering, fäst absorbatorerna i båda ändar längs SAW-enhetens spridningsriktning för att förhindra reflekterade akustiska vågor från kanterna.
  3. Använd en signalgenerator för att applicera ett sinusformat elektriskt fält på IDT vid dess resonansfrekvens på cirka 100 MHz. En förstärkare bör anslutas för att förstärka signalen.
  4. Använd ett oscilloskop för att mäta den faktiska spänning, ström och kraft som appliceras på enheten. AMPlituden och frekvensresponsen hos SAW mäts med en laserdopplervibrometer (LDV); den SAW-aktiverade dropprörelsen spelas in med en höghastighetskamera som är ansluten till 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

Den IDT som ska mätas är utformad för att ha en resonansfrekvens vid 100 MHz, eftersom fingerbredden och avståndet mellan dem är 10 μm, vilket ger en våglängd på 40 μm. Figur 1 visar SAW-enheten och IDT som tillverkas med denna metod.

Med hjälp av en oscillerande elektrisk signal som matchas med resonansfrekvensen för IDT kan SAW genereras över ytan av det piezoelektriska materialet. LDV mäter vibrationerna via Doppler-effekten på ytan, och genom signalbehandling kan information som amplitud, hastighet, acceleration och fas förvärvas och visas med hjälp av programvaran. Vi illustrerar frekvenssvaret under ett frekvenssvep från 90 till 105 MHz, med en ingångseffekt på 140 mW, en topp-till-topp-spänning på 70 V och topp-till-toppström på 720 mA. Som figur 2B anger är SAW:s amplitud 19.444 vid en resonansfrekvens på 96,5844 MHz. Den lilla frekvensen från 100 MHz-konstruktionen beror på massabelastningen av metall-IDT-elektroderna. Figur 2A illustrerar den LDV-uppmätta vibrationen hos SAW på ytan, som visat sig spridas från IDT. Det stående vågförhållandet (Stållinor) beräknas vara 2,06, bestäms med hjälp av förhållandet mellan maximal amplitud och minsta amplitud (SWR = 1 för en ren resande våg medan SWR = ∞ för en ren stående våg), vilket tyder på en bra resande våg har erhållits här.

Vi visade också rörelsen av en sessile droplet aktiveras av SAW enheten, under en enda frekvens signalingång (80,6 mW) vid dess resonans (96.5844 MHz). En 0,2 μL droppe är rörad på LN ca 1 mm från IDT (se figur 3A). När SAW sprider sig och stöter på vattendroppe på ytan, det "läcker" i vätskan i Rayleigh vinkel, på grund av impedans skillnaden från LN till vatten, och beräknas som förhållandet mellan ljudhastighet i dessa två medier,

Equation 1

Jettningsvinkeln som visas i figur 3B bekräftade närvaron av SAW.

Figure 1
Bild 1: Bilder av tillverkade enheter. (A)En guldelektrod IDT med 7 mm bländare på ett LN-substrat för 100 MHz SAW-generering och förökning. (B)IDT:s fingrar. Skala bar: 200 μm. (Gallerdurkna till vänster är reflektorer för att förhindra energiförlust.) Infälld illustrerar fingrarna vid en större förstoring. Skala bar: 50 μm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Bild 2: LDV-mätning av SÅG-enheten. (A)En ögonblicksbild av den resande våg som genereras av IDT. SAW som finns på LN substratet som det sprider sig från IDT. Fasen har bestämts genom att LDV-huvudet har skannats för att mäta på flera platser, med den fas som refereras mot den elektriska ingången signalen. (B)Ett frekvenssvar (amplitud kontra frekvens) på SÅG-enheten från 90 MHz till 105 MHz inkluderar dess resonans vid 96,5844 MHz med 19.444 amplitud vid ingångsnivån 140 mW från LDV. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: SAW-inducerad droppjett. (A)Den experimentella inställningen för SAW-inducerad sessile droppaktivering på LN. Skalstång: 5 mm.(B)SAW sprider sig från vänster till höger i bilderna. Droppjetten, vid ungefär Rayleigh-vinkeln (22°) sker vid 80,6 mW ingång. Skala bar: 1 mm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4: Schema för fotoresist kvar på substratet. (A) När positiv fotoresist används, den har en oönskad trapetsformform efter utveckling. Deponera metall på en sådan yta gör den efterföljande lyft-off processen svårt och benägna att misslyckas. (B)Med hjälp av en negativ fotoresist ger dock en inverterad trapetsformad form med överhäng,vilket gör det mycket lättare att lösa upp den underliggande fotoresisten och ta bort metallen under lyft. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

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 tillverkade av någon av metoderna kan generera användbara resevågor på ytan, och dessa metoder stöder mer komplexa processer för att producera andra konstruktioner. Resonansfrekvensen är vanligtvis lite lägre än det avsedda värdet, på grund av massan lastning effekten av metallen deponeras på toppen. Det finns dock fortfarande några punkter värda att diskutera för att undvika problem.

Lyft-off-metod
Valet av fotoresist är viktigt. Det är möjligt att använda en positiv fotoresist för tillverkningen, som ändå kommer att bli svårare. Eftersom den oexponerade fotoresisten är upplöst, kommer den del som finns kvar på substratet att bilda en trapetsformad form, särskilt med underexponering, som överdriven i figur 4A. Metallen sputtered på toppen av en sådan fotomotståndare kommer att hindra lösningsmedlet från att tränga in och resultera i svårigheter att ta bort den under lyft-off steg. Å andra sidan avlägsnas UV-exponerade områden av en negativ fotoresist, och, som visas i figur 4B, bildas en inverterad trapetsformad vanligtvis med överhäng som gör lyft-off steg mycket lättare.

Bortsett från lyft-off problemet med positiva fotoresist, fingrarna kommer så småningom att vara något smalare än utformad, dvs avståndet mellan dem kommer att vara något större, på grund av trapetsformad form. Med negativ fotoresist är avståndet mindre. Dessa effekter ändrar något resonansfrekvensen från konstruktionsavsikten.

Vid användning av negativ fotoresist är UV-exponeringsdosen av avgörande betydelse. På grund av de olika utrustning, fotoresister och reagenser som finns idag, exponeringstiden som krävs i din tillverkningsprocess kommer med stor sannolikhet att variera. Observation av den tillverkade enheten resultatet kan guida dig att försöka avgöra vad som gick fel. Överexponering kommer att orsaka fingrarna att vara smalare och avståndet bredare än avsett. Underexponering kan lämna en del av fotoresisten efter utveckling, i vilket fall metallen i önskat område kommer att lossna tillsammans med det tunna lagret av den återstående fotoresisten efter lift-off. Ibland människor tenderar att använda en enda polerad LN wafer, som nämnts ovan, som är opaliserande. Den tid och dos som krävs för UV-exponering med ett sådant rån kommer att ökas, eftersom ljuset sprids på baksidan.

Våt etsningsmetod
Det viktigaste steget för denna metod är att se till att fotoresisten är helt upplöst från det område där metall måste etsas bort, annars kommer etsningen att blockeras och litografin misslyckas.

Eftersom metalletsning är isotropisk, det sker både genom och över metallskiktet, vilket gör fingrarna smalare än utformad. Negativ fotoresist är därför ett bättre val i denna teknik för att minska oönskade funktionen förlust.

Begränsningar
Båda metoderna är begränsade till att tillverka funktionsstorlekar till större än några mikrometer. Enligt vår erfarenhet i våra anläggningar kan gränsen skjutas till så liten som 2-3 μm. Om submicron funktioner krävs, kan andra tillverkningstekniker krävas.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har inget att avslöja.

Acknowledgments

Författarna är tacksamma mot University of California och NANO3 anläggningen vid UC San Diego för tillhandahållande av medel och anläggningar till stöd för detta arbete. Detta arbete utfördes delvis vid San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) av UCSD, en medlem av National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, som stöds av National Science Foundation (Grant ECCS-1542148). Det arbete som presenteras här fick generöst stöd av ett forskningsbidrag från W.M. Keck Foundation. Författarna är också tacksamma för stödet för detta arbete 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).
Tillverkning 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