Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Engineering

Lityum Niyobat üzerine Yüzey Akustik Dalga Cihazlarının İmalatı

doi: 10.3791/61013 Published: June 18, 2020

Summary

İki üretim teknikleri, kaldırma ve ıslak gravür, bir piezoelektrik substrat üzerine interdigital elektrot transdüserler üretiminde açıklanmıştır, lityum niyobat, yaygın yüzey akustik dalgalar oluşturmak için kullanılan şimdi nanoölçekli akışkanlar mikro geniş yarar bulma. Üretilen elektrotlar verimli megahertz sipariş Rayleigh yüzey akustik dalgalar neden gösterilmiştir.

Abstract

Sıvıların ve parçacıkların akustik aktüasyon ile küçük ölçekte manipüle edilmesi, çip üzerine laboratuvar uygulamalarının hızlı büyümesine yardımcı oluyor. Megahertz-order yüzey akustik dalga (SAW) cihazları kendi yüzeyinde büyük ivmeler üretmek, kadar 108 m / s2, sırayla acoustofluidics tanımlamak için gelmiş gözlenen etkilerin çoğu ndan sorumlu: akustik akış ve akustik radyasyon kuvvetleri. Bu etkiler mikro ölçekte ve hatta nano ölçekte parçacık, hücre ve sıvı kullanımı için kullanılmıştır. Bu yazıda, SAW cihazlarının lityum niyobat üzerindeki iki ana üretim yöntemini açıkça gösteriyoruz: kaldırma ve ıslak gravür tekniklerinin ayrıntıları adım adım açıklanmıştır. Yüzeyde üretilen SAW'ın yüzeyde biriken elektrot deseni ve performansı ayrıntılı olarak görüntülenir. Üretim hileler ve sorun giderme de kaplıdır. Bu yordam, gelecekteki mikroakışkan uygulamalar için yüksek frekanslı SAW cihaz imalatı ve entegrasyonu için pratik bir protokol sunar.

Introduction

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

Atomik dipollerin elektrik alanının uygulanmasına karşılık gelen zorlanma oluşturduğu iyi bilinen ters piezoelektrik etkiye dayanarak, lityum niyobat LiNbO3 (LN), lityum tantalit LiTaO3 (LT) gibi piezoelektrik kristaller, mikro ölçekli uygulamalar için SAW oluşturmak için elektromekanik transdüserler olarak kullanılabilir1,2,3,4,5,6. SAW güdümlü titreşim, 10-1000 MHz'de 1 nm'ye kadar yer değiştirmeleri sağlayarak geleneksel ultrasonun tipik engellerini aşar: küçük hızlanma, büyük dalga boyları ve büyük cihaz boyutu. Araştırma sıvıları ve askıya parçacıkları işlemek için son zamanlarda hızlandırdı, son ve erişilebilir değerlendirmeleri çok sayıda7,8,9,10.

SAW entegre mikroakışkan cihazların imalatı, SAW'ı üretmek için piezoelektrik substrat üzerinde olan interdigital transdüser (IDT)11-elektrotlarınüretilmesi gerekir. Tarak şeklindeki parmaklar, alternatif bir elektrik girdisine bağlandığında substratta sıkıştırma ve gerginlik oluşturur. SAW cihazlarının imalatı metal püskürtme veya ıslak gravür işlemleri 10 yanında lift-off ultraviyole fotolitografi kullanılarak olsun, birçok yayınlardasunulmuştur. Ancak, bu cihazların imalatında bilgi ve beceri eksikliği birçok araştırma grupları tarafından acoustofluidics giriş için önemli bir engeldir, bugün bile. Kaldırma tekniği için12,13,14, ters desenli bir kurban tabakası (fotodirenç) bir yüzey üzerinde oluşturulur, böylece hedef malzeme (metal) tüm gofret üzerine yatırıldığında, istenilen bölgelerde substrat ulaşabilirsiniz, kalan photoresist kaldırmak için bir "lift-off" adım takip. Buna karşılık, ıslak gravür işleminde15,16,17,18, metal ilk gofret üzerine yatırılır ve daha sonra fotodirenç metal üzerinde doğrudan bir desen ile oluşturulur, uzak bir metal etchant tarafından "gravür" istenilen bölgeyi korumak için.

En yaygın olarak kullanılan tasarımda, düz IDT, SAW cihazının rezonans frekansının dalga boyu parmak çiftlerinin periyodikliği ile tanımlanır, burada parmak genişliği ve parmaklar arasındaki boşluk her ikisi de Equation /419'dur. Elektrik akımı iletim verimliliğini ve substrat üzerindeki kütle yükleme etkisini dengelemek için, piezoelektrik malzeme üzerinde biriken metalin kalınlığı SAW dalga boyu20'ninyaklaşık %1'i olacak şekilde optimize edilmiştir. Yetersiz metal birikmesi durumunda, Ohmik kayıplarından lokalize ısıtma21, potansiyel olarak erken parmak yetmezliğine neden olabilir. Öte yandan, aşırı kalın bir metal film, kitlesel yükleme etkisi nedeniyle IDT'nin rezonans frekansında azalmaya neden olabilir ve muhtemelen IDT'lerden kasıtsız akustik boşluklar oluşturarak çevredeki alt tabakadan oluşturdukları akustik dalgaları izole edebilir. Sonuç olarak, seçilen fotodirenç ve UV maruziyet parametreleri, SAW cihazlarının farklı tasarımlarını, özellikle sıklığına bağlı olarak kaldırma tekniğinde farklılık gösterir. Burada, aynı tasarıma sahip 100 MHz cihazını imal etmek için çift taraflı cilalı 0,5 mm kalınlığında 0,5 mm kalınlığında 128° Y döndürülmüş kesilmiş LN gofret üzerinde 100 MHz TESTERE üreten bir cihaz üretmek için kaldırma işlemini ayrıntılı olarak açıklıyoruz. Yaklaşımımız, çeşitli fiziksel sorunların ve biyolojik uygulamaların araştırılmasını sağlayan mikroakışkan bir sistem sunmaktadır.

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. Kaldırma yöntemi ile SAW cihazı imalatı

  1. Sınıf 100 temiz oda tesisinde 4" (101,6 mm) LN gofretini asetona batırarak gofret çözücü temizliği yapın, ardından izopropil alkol (IPA), sonra deiyonize su (DI suyu), her2biri 5 dakika boyunca sonik banyoda.
    DİkKAT: Aseton ve IPA daldırmalarını duman kaputuna doğru gerçekleştirin. IPA ile teneffüs ve cilt temasından kaçının. Aseton ile cilt ve göz temasından kaçının. Yutma.
    NOT: Gofret üzerine herhangi bir sıvının buharlaşmasına izin vermeyin; yüzeyde herhangi bir toz veya enkaz varsa, bu adım üzerinde başlayın.
  2. 3 dakika prebake için 100 °C'de bir ocak üzerine gofret yerleştirin.
    NOT: LN piroelektrik özelliği nedeniyle, ısıtma ve soğutma sırasında gofret içinde statik yükler ve ilişkili stres üretecektir. Bu statik yükleri serbest bırakmak ve kırılmasını önlemek için sıcak plaka çıkardıktan sonra alüminyum (Al) folyo bir parça üzerine gofret koymak için tavsiye edilir.
  3. Gofret bir spin coater üzerine yerleştirin. Bir damlalık kullanarak, negatif fotodirenç (NR9-1500PY) ile gofret yüzeyinin yaklaşık% 75 kapağı. Program 500 rpm bir hız 5 sn için 3.000 rpm / s ve daha sonra 3.500 rpm bir hız ile bir hız 40 sn için 3.000 rpm / shız, 1.3 μm etrafında fotodirenç bir tabaka üretmek için.
    DİkKAT: Duman kaputunda spin kaplama yapın. Foto-muvari dumanın solunması baş ağrısına neden olabilir.
    NOT: Kalınlık, aynı spin ayarlarına rağmen, fotodirenç ve kullanılan spin kaplamanın durumuna bağlı olarak değişebilir. Photoresist kenarın ötesinde ve gofret's obverse kenarına bükülmüş olabilir; bu aseton-ıslatılmış bir bez kullanılarak kaldırılmalıdır. Sol mevcut, photoresist yumuşak fırında sırasında hotplate için gofret sopa olacaktır.
  4. Yumuşak fırında pişirin, gofreti 100 °C'deki bir ocak tabağına yerleştirin, sıcaklığı 150 °C'ye kadar yükseltin, 150 °C'de 1 dk tutun. Sonra hotplate gelen gofret hareket ettirin ve oda sıcaklığına (RT) havada gofret soğumasını bekleyin.
    NOT: Piroelektrik etki nedeniyle, LN gofretinin sıcaklığı aniden değişirse, örneğin LN gofreti 150 °C'de doğrudan ocak veya Al folyoya aktararak, gofret içindeki termal şok büyük olasılıkla onu paramparça edecektir. Elektrotlar gibi yüzeyde tekdüze olmayan metalin varlığı bu riski önemli ölçüde artırır. LN şeffaflığı önemli değildir uygulamalarda, sözde kullanarak düşünün "siyah" LN veya daha doğru ln azaltılmış, hangi koyu kahverengi ve yarı saydam ama ihmal edilebilir piroelektrik vardır.
  5. Ultraviyole pozlama için gofret maske hizalayıcı (MLA150) aktarın. Fotodirenç, 375 nm'de 400 mJ/cm2 enerji dozu ile teşledin. Gerekli doz maske tasarımına ve fotodirenç yaşı ve durumuna bağlı olarak değişebilir.
    NOT: IDT'ler tarafından indüklenen dalga yayılma yönü, SAW'ı etkin bir şekilde oluşturmak için X-yayılımı yönü boyunca olmalıdır. Başka bir deyişle, bu IDT "parmak" X-ekseni yönüne dik olmalıdır anlamına gelir. Tipik LN gofret üreticileri birincil (büyük) gofret düz (gofret yanında düz kenar) X eksenine dik yer, bu nedenle IDT parmaklar bu düz paralel olmalıdır. Bazı üreticiler Y- ve Z ekseni yönlerini belirtmek için ikinci (daha küçük) gofret düz tanıtmak, ancak bu ayrıntı SAW nesil için önemsizdir. Üreticiler genellikle gofret yüzey bitirmek için özellikleri talep; Saydam bir gofret gerekiyorsa, çift taraflı optik cilalı gofret isteyin. Ancak, LN birefringent olduğunu unutmayın, bu yüzden standart laboratuvar ışığı ile aydınlatılmış ve malzeme ile görülen herhangi bir nesne bir değil, iki görüntü üretecektir. Bu sorunun aşılması daha sonra tartışılır. Tek taraflı cilalı LN gofret ile görmek gerekmez saw nesil için daha iyi bir seçimdir, sahte akustik dalgalar pürüzlü arka yüzey tarafından yayılmış çünkü.
  6. Bir pozlama sonrası fırında 3 dakika için 100 °C'de bir ocak üzerine gofret yerleştirin. Sonra Al folyo üzerine aktarın ve RT soğumasını bekleyin.
    NOT: Desenler pozlama sonrası fırından sonra görülmelidir. Değilse, fotodirenç sıyırma ve yukarıdaki adım 1.1 üzerinden işlemi yeniden başlatma düşünün.
  7. 15 sn. Yavaşça geliştirme sırasında beher sallamak için saf RD6 geliştirici ile dolu bir beher yerleştirerek gofret geliştirin. 1 dakika di suya gofret batırın ve sonra DI su akışı altında gofret durulayın. Son olarak, gofret kalan DI su kaldırmak için kuru N2 akışı kullanın. Gofret yüzeyinde hiçbir sıvının buharlaşmasına izin vermeyin.
    DİkKAT: Bir duman başlık içinde gofret geliştirin. Buhar solumaktan veya geliştiriciyle göz ve ciltle temas kurmaktan kaçının.
    NOT: Fotolitografi bu adımdan sonra tamamlanır. Protokol burada duraklatılmış olabilir.
  8. Sert 3 dakika boyunca 100 °C'de bir ocak üzerinde gofret pişirin. Sonra Al folyo üzerine aktarın ve RT soğumasını bekleyin.
    NOT: Bu adım, fışkırtma sırasında daha sonra gaz püskürtme önlemek için gofret ve fotodirenç herhangi bir nem kaldırmaktır.
  9. Elektrot püskürtme biriktirme için gofretbir sputter biriktirme sistemine yerleştirin. 5 x 10-6 mTorr için oda vakum. 2,5 mTorr argon akışı, 5 nm için 200 W gücünde bir konsültasyon tabakası olarak fışkırtma krom (Cr) kullanın ve ardından iletken elektrotları oluşturmak için 300 W'lık bir güçle Al'ı 400 nm'lik bir güçle püskürtün.
    NOT: Biriktirme süresi beklenen kalınlık ve biriktirme oranından hesaplanmalıdır. Titanyum (Ti) krom yerine kullanılabilir, kaldırma işlemi daha zor olsa da, Ti daha sert olduğu için. Altın (Au) da yaygın elektrotlar olarak yatırılır. Ancak, daha yüksek frekanslı SAW aygıtları için Al, Au IDT parmaklarının toplu yükleme etkilerini önlemek için Au'nun yerini almalıdır, bu da IDT'nin altındaki yerel SAW rezonans frekansını azaltarak SAW'ın sadece önemli bir kayıpla kaçabileceği bir akustik boşluk oluşturmuştur.
  10. Kaldırma işlemi için gofretin bir kabın içine aktarın ve aseton içine batırın. 5 dakika orta yoğunlukta Sonicate 5 dakika DI su ile durulayın ve N2 akışı ile gofret kuru.
    DİkKAT: Duman kaputunda aseton kullanın. Aseton ile teneffüs ve cilt veya göz temasından kaçının. Yutma.
    NOT: Protokol burada duraklatılabilir.
  11. Daha fazla uygulama için SAW cihazları olarak tüm gofret zar için bir doğrama testere kullanın.
    NOT: İşlem tamamlandı. Protokol burada duraklatılmış olabilir.
    NOT: Testere yerine, elmas uçlu gofret kâbsüen (hatta cam kesici) ln gofret zar bazı uygulama ile kullanılabilir, LN anisotropy nedeniyle scribe ve X-ekseni için dik çizgi boyunca ilk gofret kırmak için önemlidir , X ekseni boyunca bu çizgiler takip.

2. Islak gravür yöntemi ile SAW cihazı imalatı

  1. Gofret çözücü temizleme: Bir Sınıf 100 temiz oda tesisinde 4 "(101.6 mm) LN gofret aseton, ardından IPA, sonra DI su, 5 dakika boyunca bir sonication banyo, her biri gofret almak ve gofret kalan DI su kaldırmak için N2 kullanarak yüzeykuru.
    DİkKAT: Duman kaputunda aseton ve IPA kullanın. IPA ile teneffüs ve cilt temasından kaçının. Cilt ve gözler ile aseton temasından kaçının. Yutma.
  2. 3 dakika boyunca termal işlem için 100 °C'de bir ocak üzerine gofret yerleştirin. Sonra rt soğuması için Al folyo üzerine aktarın.
  3. Gofret bir sputter biriktirme sistemine yerleştirin. 5 x 10-6 mTorr için oda vakum. 2,5 mTorr argon akışı kullanın, bir yapışma katmanı olarak 5 nm için 200 W gücünde cr fışkırtma, iletken elektrotlar oluşturmak için 400 nm için 300 W gücü ile Au püskürtme izledi.
    NOT: Protokol burada duraklatılabilir.
  4. Gofret bir spin coater üzerine yerleştirin. Bir damlalık kullanarak, pozitif photoresist (AZ1512) ile gofret yüzeyinin yaklaşık% 75 kapağı. Program 10 sn için 3.000 rpm / s ivme ve daha sonra 30 sn için 3.000 rpm / s ivme ile 4.000 rpm bir hız ile 500 rpm bir hız, sonuçta 1.2 μm etrafında fotodirenç bir tabaka üreten.
    DİkKAT: Duman kaputunda spin kaplama yapın. Foto-muvari dumanın solunması baş ağrısına neden olabilir.
  5. Yumuşak fırında pişirin, 100 °C'de bir ocak üzerine 1 dk gofret yerleştirin. Sonra Al folyo üzerine aktarın ve RT soğumasını bekleyin.
  6. Ultraviyole pozlama için gofret maske hizalayıcı (MLA150) aktarın. Fotodirenç 150 mJ/cm2 enerji dozu ile 375 nm'de ortaya çıkar. Gerekli doz maske tasarımına ve fotodirenç yaşı ve durumuna bağlı olarak değişebilir.
  7. 30 sn. Geliştirme sırasında kabı nazikçe sallayın, saf AZ300MIF geliştiricisi ile dolu bir kabın içine gofret yerleştirin. 1 dakika di suya gofret batırın, sonra DI su akışı altında gofret durulayın. Son olarak, gofret kalan DI su kaldırmak için kuru N2 akışı kullanın. Gofret yüzeyinde hiçbir sıvının buharlaşmasına izin vermeyin.
    DİkKAT: AZ300MIF'e deri veya gözlerle temas etmekten kaçının. Yutma.
  8. 90 sn au etchant ile dolu bir beher içine gofret batırın, yavaşça beher sallayarak. DI su akışı altında gofret durulayın sonra, gofret kalan DI su kaldırmak için N2 akışı ile kuru. Gofret yüzeyinde hiçbir sıvının buharlaşmasına izin vermeyin.
    DİkKAT: Altın etchant gözler ve cilt için tehlikeli olabilir, ve solunum tahrişine neden olur. Bu adım, güvenlik camı, siyah neopren eldiven, önlük, vb. gibi daha fazla kişisel koruyucu ekipman (PPE) gerektirir.
  9. Gofret 20 sn cr etchant dolu bir beher içine batırın, yavaşça beher sallayarak. DI su akışı altında gofret durulayın sonra, gofret kalan DI su kaldırmak için N2 akışı ile kuru. Gofret yüzeyinde hiçbir sıvının buharlaşmasına izin vermeyin.
    DİkKAT: Krom etchant göz, deri ve solunum tahrişine neden olabilir. Bu adım da daha fazla PPE gerektirir.
  10. Temiz (örnek) gofret, aseton içine koyarak, IPA takip, ve DI su 5 dakika her biri için bir sonication banyoda. Gofret almak ve gofret kalan DI su kaldırmak için gofret yüzeyi üzerinde N2 gaz akışı ile kuru.
    DİkKAT: Duman kaputunda aseton kullanın. Cilt ve gözler ile teneffüs ve cilt temas aseton kaçının. Yutma.
    NOT: Bu adım gofret üzerinde istenmeyen photoresist kaldırmaktır. Protokol burada duraklatılmış olabilir.
  11. Daha fazla kullanım için ayrık SAW cihazlarına tüm gofret zar için bir dikte testere kullanın.
    NOT: İşlem tamamlandı. Protokol burada duraklatılmış olabilir.

3. Deneysel kurulum ve test

  1. SAW cihazını parlak alan optik mikroskopi altında gözlemleyin.
    NOT: LN'deki metal tabakalarda muhtemelen çizikler vardır. Çizikler açık bir devre yle sonuçlanacak kadar derin olmadığı sürece genellikle cihaz performansıüzerinde kayda değer bir etkiye neden olmazlar.
  2. SAW aktüasyonu için, kenarlardan yansıyan akustik dalgaları önlemek için SAW cihazının yayılma yönü boyunca her iki uca da emiciler takın.
  3. Yaklaşık 100 MHz rezonans frekansında IDT bir sinüzoidal elektrik alanı uygulamak için bir sinyal jeneratörü kullanın. Sinyali yükseltmek için bir amplifikatör bağlanmalıdır.
  4. Cihaza uygulanan gerçek voltajı, akımı ve gücü ölçmek için bir osiloskop kullanın. SAW'ın genlik ve frekans tepkisi lazer Doppler vibrometresi (LDV) ile ölçülür; TESTERE ile hareket eden damlacık hareketi mikroskoba bağlı yüksek hızlı bir kamera kullanılarak kaydedilir.

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

Ölçülecek IDT, parmak genişliği ve aralarındaki boşluk 10 μm olduğundan, 40 μm dalga boyu ürettiği için 100 MHz'de rezonans frekansına sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. Şekil 1 SAW cihazını ve BU yöntem kullanılarak üretilen IDT'yi göstermektedir.

IDT'nin rezonans frekansı ile eşleşen salınımlı bir elektrik sinyali kullanılarak SAW piezoelektrik malzemenin yüzeyinde üretilebilir. LDV yüzeydeki Doppler etkisi yle titreşimi ölçer ve sinyal işleme yoluyla genlik, hız, ivme ve faz gibi bilgiler yazılım kullanılarak elde edilebilir ve görüntülenebilir. Frekans yanıtını 90 ila 105 MHz arasında, giriş gücü 140 mW, en yüksek ten 70 V voltajı ve 720 mA'lık tepeden tepeye akımla gösteriyoruz. Şekil 2B'nin de gösterdiği gibi SAW'ın genliği 19.444'tür ve 96.5844 MHz'dir. 100 MHz tasarımdan frekanstaki hafif azalma, metal IDT elektrotlarının kütle yüklenmesinden kaynaklanır. Şekil 2A, IDT'lerden yayınılladığı gösterilen SAW'ın yüzeydeki LDV ölçülen titreşimini göstermektedir. Ayakta dalga oranı (SWR) 2,06 olarak hesaplanır, minimum genlik maksimum genlik oranı kullanılarak belirlenir (SWR = 1 saf bir seyahat dalgası için ise SWR = - saf duran dalga için), iyi bir seyahat dalgası burada elde edilmiştir düşündüren.

Ayrıca, tek bir frekans sinyali girişi (80,6 mW) altında SAW cihazı tarafından harekete geçirilen sessile damlacık hareketini rezonans (96.5844 MHz) olarak gösterdik. 0,2 μL'lik damlacık, IDT'den yaklaşık 1 mm uzakta LN'de borulanır (Bkz. Şekil 3A). SAW yayıyor ve yüzeyüzerinde su damlacık karşılaştığında, Rayleigh açısındasıvı içine "sızıntı" , LN su empedans farkı nedeniyle, ve bu iki ortamda ses hızı oranı olarak hesaplanır,

Equation 1

Şekil 3B'de gösterilen püskürtme açısı SAW'ın varlığını doğrulamıştır.

Figure 1
Şekil 1: Fabrikasyon cihazların görüntüleri. (A) 100 MHz SAW üretimi ve yayılımı için LN substrat üzerinde 7 mm diyafram açıklığına sahip altın elektrot IDT. (B) IDT'nin parmakları. Ölçek çubuğu: 200 μm. (Soldaki ızgaralar enerji kaybını önlemek için yansıtıcıdır.) Inset daha büyük bir büyütme de parmakları göstermektedir. Ölçek çubuğu: 50 μm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: SAW cihazının LDV ölçümü. (A) IDT tarafından oluşturulan seyahat dalgasının anlık görüntüsü. SAW, IDT'den yayılırken LN alt katmanıüzerinde mevcut. Faz, ldv kafasının birden fazla yerde ölçülmesi için taranarak belirlendi ve faz giriş elektrik sinyaline karşı referanslandı. (B) SAW cihazının 90 MHz'den 105 MHz'e kadar olan frekans yanıtı (genlik vs. frekans), LDV'den 140 mW giriş seviyesinde 19.444 mw genlik ile 96.5844 MHz'de rezonansını içerir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: SAW kaynaklı damlacık püskürtme. (A) LN'de SAW'a bağlı sessile damla aktilasyonu için deneysel kurulum. Ölçek çubuğu: 5 mm. (B) SAW görüntülerde soldan sağa yayılıyor. Damlacık püskürtme, yaklaşık Rayleigh açısında (22°) 80.6 mW güç girişi oluşur. Ölçek çubuğu: 1 mm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: Substrat üzerinde sol fotodirenç şeması. (A) Pozitif fotodirenç kullanıldığında, gelişim sonrası istenmeyen yamuk bir şifondedir. Metalin böyle bir yüzeye birikmesi, sonraki kaldırma işlemini zorlaştırır ve arızaya yatkın hale getirir. (B) Ancak, negatif bir fotodirenç kullanarak çıkıntıile ters yamuk bir şekil üretir , çok daha kolay altta yatan photoresist eritmek ve kaldırma sırasında metal kaldırmak için yapım. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

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

Her iki yöntemden de imal edilen SAW cihazları yüzeyde yararlı seyahat dalgaları üretme yeteneğine sahiptir ve bu yöntemler diğer tasarımları üretmek için daha karmaşık süreçleri destekler. Rezonans frekansı genellikle metalin üzerine yatırılan kütle yükleme etkisi nedeniyle tasarlanan değerden biraz daha düşüktür. Ancak, hala sorunları önlemek için tartışmaya değer bazı noktalar vardır.

Kaldırma yöntemi
Photoresist seçimi önemlidir. Yine de daha zor olacak olan üretim için pozitif bir fotodirenç kullanmak mümkündür. Pozlanmamış fotodirenç çözünmüş olduğundan, substrat üzerinde bırakılan parça şekil 4A'daabarttığı gibi, özellikle az pozlama ile yamuk bir şekil oluşturacaktır. Böyle bir fotodirenç üstüne püskürtülen metal, çözücünün nüfuz etmesini önler ve kaldırma adımı sırasında onu çıkarmakta güçlük lere neden olur. Öte yandan, negatif fotodirenç UV maruz kalan bölgeler kaldırılır, ve, Şekil 4Bgösterildiği gibi , ters bir trapez genellikle kaldırma adım çok daha kolay hale çıkıntı ile oluşur.

Pozitif fotodirenç kaldırma sorunu dışında, parmaklar sonunda biraz tasarlanmış daha dar olacak, yani, aralarındaki boşluk biraz daha büyük olacak, yamuk şekli nedeniyle. Negatif fotodirenç ile, boşluk daha küçüktür. Bu etkiler, rezonans frekansını tasarım amacından biraz değiştirir.

Negatif fotodirenç kullanırken, UV maruz kalma dozu çok önemlidir. Ekipman çeşitliliği nedeniyle, fotodirençler, ve reaktifler bugün mevcut, üretim sürecinde gerekli pozlama süresi çok büyük olasılıkla değişecektir. Fabrikasyon cihazın sonucunun gözlemi neyin yanlış gittiğini belirlemeye çalışırken size yol gösterebilir. Aşırı pozlama parmakların daha dar ve boşluk tasarlanmış daha geniş olmasını neden olur. Az pozlama, gelişimden sonra fotodirençlerin bir kısmını bırakabilir, bu durumda istenilen bölgedeki metal, kalkıştan sonra kalan fotodirenç tabakası ile birlikte soyulur. Bazen insanlar tek bir cilalı LN gofret kullanma eğilimindedir, yukarıda belirtildiği gibi, hangi opalescent olduğunu. Böyle bir gofret ile UV maruziyeti için gerekli zaman ve doz artacaktır, ışık arka da yayılmış olduğundan.

Islak gravür yöntemi
Bu yöntem için önemli adım fotodirenç tamamen metal uzak kazınmış olması gereken bölgeden çözülmüş olduğundan emin olmaktır, aksi takdirde etchant bloke olacak ve litografi başarısız olacaktır.

Metal gravür izotropik olduğu için, hem metal tabaka boyunca hem de boyunca oluşur, parmakları tasarlanmış daha dar hale. Negatif photoresist bu nedenle istenmeyen özellik kaybını azaltmak için bu teknik te daha iyi bir seçimdir.

Sınırlama
Her iki yöntem de birkaç mikrometreden daha büyük özellik boyutları imal ile sınırlıdır. Tesislerimizdeki deneyimlerimize göre limit 2-3 μm'ye kadar itilebilir. Alt mikron özellikleri gerekiyorsa, diğer üretim teknikleri üzerine çağrılabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Acknowledgments

Yazarlar California Üniversitesi ve UC San Diego nano3 tesisi için fon ve bu çalışmayı destekleyen tesislerin sağlanması için müteşekkir. Bu çalışma kısmen, Ulusal Bilim Vakfı (Grant ECCS-1542148) tarafından desteklenen Ulusal Nanoteknoloji Eşgüdümlü Altyapı üyesi UCSD'nin San Diego Nanoteknoloji Altyapısı'nda (SDNI) gerçekleştirilmiştir. Burada sunulan çalışma, W.M. Keck Vakfı'nın araştırma bursu ile cömertçe desteklenmiştir. Yazarlar da Deniz Araştırma Ofisi (Grant 12368098 ile) tarafından bu çalışmanın desteği için müteşekkir.

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).
Lityum Niyobat üzerine Yüzey Akustik Dalga Cihazlarının İmalatı
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