Name: Silikon Üzerine Epitaxial Nanoyapılı α-Kuvars Filmler: Malzemeden Yeni Cihazlara (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-10-06T14:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 34 s
Description: Keşfedin silikon üzerine epitaksiyel nanoyapılı α-kuvars filmlerin mikrofabrikasyon protokolünü. Bu yöntem, kuvars tabanlı sensörlerin silikonla entegrasyonunu geliştirerek mikroelektromekanik sistemlerin performansını artırır.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Bu çalışma Avrupa Birliği'nin Horizon 2020 araştırma ve inovasyon programı (No.803004) kapsamında Avrupa Araştırma Konseyi (ERC) tarafından finanse edildi.

1. Çözeltinin hazırlanması
<ol><li>Jel filmlerin üretiminden 18 saat önce, laboratuvar dengesinin ve manyetik karıştırıcının yer aldığı bir duman davlumbazında prehidrolizlenmiş tetraetil ortosilikat (TEOS) içeren bir çözelti hazırlayın.<ol>
<li>50 mL şişeye 0,7 g polietilen glikol heksadecyl eter (Brij-58) ve 23,26 g etanol ekleyin ve şişenin kapağını kapatın ve Brij tamamen çözünene kadar karıştırın.</li>
		<li>Adım 1.1.1'de şişeye% 35 HCl 1.5 g ekleyin, kapatın ve 20 s karıştırın.</li>
		<li>1.1.2 adımında şişeye 4.22 g TEOS ekleyin, kapatın ve 18 saat karıştırın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Jel filmlerin üretiminden hemen önce 1 M sulu Sr2+ çözeltisinin hazırlanması, çünkü olgunlaşmış bir çözelti Sr tuzu şeklinde yeniden çökelmeye duyarlıdır.<ol>
<li>10 mL hacimsel şişede2,67g SrCl 2 ·6H2O ağırlığındadır.</li>
		<li>1.2.1. adımda şişeye 10 mL'ye kadar 10 mL ultra saf su (örneğin, Milli-Q) ekleyin ve şişeyi plastik bir kapakla kapatın ve stronsiyum klorürü çözmek için şişeyi hafifçe sallayın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>1.1. adımda hazırlanan çözeltiyi içeren 10 mL şişeye 1 M sulu Sr2+ çözeltisinin 275 μL'sini ekleyin ve çözeltiyi 10 dakika karıştırın.</li>
</ol>2. Polidimetilsiloksan (PDMS) şablonlarının hazırlanması
<ol><li>1.3. adımdan sonra PDMS çözümünün hazırlanması.<ol>
<li>Kür maddesinin 1 kısmını elastomerin 10 parçasıyla dengedeki bir beherde karıştırın. Karışımı, kabarcıkların homojen bir dağılımını elde edene kadar bir cam çubukla karıştırın ve bir vakum odasında çıkarın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>PDMS çözümünü kullanarak silikon yöneticisini çoğaltın. Bu çalışma için çapları, yüksekliği ve ayırma mesafesi 1 μm olan sütunlardan oluşan silikon desenli bir usta kullandığımıza dikkat edin.<ol>
<li>Yapılandırılmış yüzü olan silikon anasını plastik bir kutuya koyun ve kutuyu PDMS çözümüyle doldurun.</li>
		<li>Sağlam bir PDMS şablonu elde etmek için plastik kutuyu 2 saat boyunca 70 °C'de fırına sokun.</li>
		<li>PDMS şablonunu ve silikon yöneticisini ayırın. PDMS şablonını bir bıçak kullanarak istediğiniz boyuta kesin ve temiz bir kutuda saklayın.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Soi (100) substratlarında dip kaplama ile jel film biriktirme
<ol><li>Substratların hazırlanması<ol>
<li>2/0,5/0,67 μm (Si/SiO 2/Si) kalınlığında 2 inç p tipi SOI gofreti elmas ucu kullanarak gofret düzlüne paralel veya dik bir yönde keserek 2 cm x6cm büyüklüğünde yüzeyler hazırlayın. Silikon cihaz katmanının iletkenliğinin 1 ila 10 Ω/cm arasında olması gerektiğine dikkat edin.</li>
		<li>Olası polimer kalıntılarını ortadan kaldırmak için alt tabakaları 20 dakika boyunca bir piranha çözeltisine sokun.</li>
		<li>DI suyu ile temizleyin, sonra etanol ile temizleyin ve kurumasına veya azot akışı kullanmasına izin verin. Bu adım, 1.3 adımından hemen sonra gerçekleştirilmelidir.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Önceden hidrolizlenmiş tetraetil ortosilikat (TEOS), Brij-58 sülfit ve SrCl2 6H 2O içeren bir çözeltinin birikmesi.<ol>
<li>Homojen bir silika film elde etmek için, daldırma kaplayıcı odasını bağıl nemde% 40 ve 25 ° C sıcaklıkta ayarlayın.</li>
		<li>Soi substratının altına dip-coater kolundan sarkan yaklaşık 5 cm x 1 cm x 8 cm büyüklüğünde bir beher yerleştirin ve daldırma ve çekme sırasında 300 mm/dk hıza sahip bir daldırma kaplama dizisi oluşturun. Daldırma süresini (son konumdaki süre) sıfıra ayarlayın.</li>
		<li>Kabı 1.3 adımda hazırlanan çözelti ile doldurun ve bağıl nem sıcaklığı, yani sırasıyla% 40 ve 25 ° C olana kadar bekleyin.</li>
		<li>Tek bir daldırma kaplaması yapın ve film homojen hale gelene kadar bekleyin.</li>
		<li>200 nm kalınlığı elde etmek için jel filmin konsilidasyonu için SOI substratını 5 dakika boyunca 450 ° C'de bir fırına soi substratı tanıtın.</li>
		<li>Yaklaşık 600 nm kalınlığında bir film üretmek için 3.2.3 ve 3.2.4 adımlarını iki kat daha fazla tekrarlayın. Çözeltinin stabilitesini sağlamak için 1 saat içinde tekrarlayan bir işlem yapılmalıdır.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. Yumuşak baskı litografi ile yüzey mikro / nanoyapı
<ol><li>Film yüzeyindeki mikro/nano yapıları % 40 ve 25 °C sıcaklık bağıl nem koşullarında hazırlayın.<ol>
<li>SOI substrata yeni bir film yatırmak için 3.2.3 adımlarını tekrarlayın.</li>
		<li>3.2.1 adımından sonra SOI substratını düz bir yüzeye yerleştirin ve sol jel buharlaşırken 2.2.</li>
		<li>PDMS kalıbı ile SOI substratını 1 dakika boyunca 70 °C'de bir fırına ve ardından 140 °C'de ikinci bir fırına 2 dakika koyun. Sonra soğumaya bırakın.</li>
		<li>SOI substratında mikro/nanoyapılı jel film elde etmek için PDMS kalıbını çıkarın.</li>
		<li>600 nm yüksekliğinde bir mikro/nanoyapılı jel filmi birleştirmek için SOI substratını 5 dakika boyunca 450 °C'de bir fırına soi substratını takın.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. Termal işlemle jel film kristalizasyonu
<ol><li>Soi (100) üzerinde jel filmlerin termal tedavisi.<ol>
<li>Borulu fırın ısıtmasını oda sıcaklığından 1000 °C'ye programlayın.</li>
		<li>Seramik bir tekneye yerleştirilen numuneyi 5 saat boyunca 1000 °C'de fırına sokun. Fırını hava ile doyurmak için tüm termal işlem sırasında borulu çalışma tüpünü kapatmayın. Son olarak, herhangi bir programlanmış rampa olmadan fırını soğutarak oda sıcaklığına ulaşın.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. Litografi maske düzeninin tasarımı
Bu işlemde kullanılan maske, epitaksiyel nanoyapılı kuvars ile SOI substratında bir cihaz imalatı için özel olarak tasarlanmıştır. Tüm imalat işlemleri kuvars tarafında gerçekleştirilir. Maske, her adımda negatif tona direnç kullanılması gereken şekilde tasarlanmıştır. Maske, aşağıda açıklandığı gibi dört farklı adımda düzenlenmiştir.
<ol><li>Diyaframın şeklini ve ayrıca 30 μm x 30 μm kare şekil temas alanını belirlemek için kuvarsı şekillendirin. Örneğin, 120 μm x 160 μm alandan 40 μm x 100 μm boyutunda dikdörtgen şekilli kantilever alanı negatif dirençle korunur ve geri kalanı silikon tabakaya kadar kazınır.</li>
	<li>Üst ve alt elektrotları gerçekleştirin. Üst elektrot dikdörtgen şekilli kavilever alanı üzerinde, alt elektrot ise 30 μm x 30 μm kazınmış alan üzerindeki 2 μm kalınlığındaki silikon tabaka üzerinde desenlenmiştir. Üst temasın genişliği desenli samimiyet alanından 4 μm daha küçüktür ve alt temasın boyutu adım 1'deki 30 μm x 30 μm kare şekilli kazınmış alandan daha büyüktür.</li>
	<li>Tüm 2 μm kalınlığındaki silikon katmanları dikdörtgen şeklindeki samimiyetçinin etrafına 120 μm x 160 μm U şeklindeki alana kazıyın. Kazınmış alan yine U şeklindedir, ancak son adımda dokunsal alanı HF saldırısından korumak için her iki taraftan 4 μm daha küçüktür.</li>
	<li>SiO2'ninBOE gravür ile cantilever'i serbest bırakın. Korunan cantilever alanı, gerçek cantilever alanından 2 μm daha büyüktür. En önemli kısım, cantileverin yüzeyini ve boşluklarını korumaktır.</li>
</ol>7. Cantilever mikrofabrikasyon işlemi için kuvars numunelerinin piranha çözeltisi ile temizlenmesi
<ol><li>Ortam sıcaklığında20mL sülfürik aside (H 2 SO4)yavaşça 10 mL hidrojen peroksit (H 2 O2)ekleyerek bir piranha çözeltisi hazırlayın. Bu karışım termal reaksiyon oluşturur.<ol>
<li>Tüm organik kalıntıları temizlemek için numuneleri 10 dakika boyunca bu çözeltinin içine koyun.</li>
		<li>Numuneleri DI suyu ile durulayın ve azotla kurulayın.</li>
	</ol>
</li>
</ol>8. Adım 1: Kuvars ince film üzerinde desenleme cantilever şekli
<ol><li>İlk litografi süreci<ol>
<li>Numuneleri aseton, IPA ile durulayın ve ardından kuru nitrojeni üfleyin.</li>
		<li>Numuneleri 140°C'de 10 dakikalık nem alma için sıcak tabağa koyun.</li>
		<li>30 s için 4000 rpm hızında AZ2070 negatif fotoresist döndürün.</li>
		<li>Numuneleri 60 sn için 115 °C'de yumuşak bir şekilde sıcak tabağa koyun.</li>
		<li>Numuneyi 5 s için 37,5 mJ.cm-2 UV dozu ile ortaya çıkarın.</li>
		<li>Numuneyi 60 sn için 115 °C'de pişirme sonrası pişirmek için sıcak tabağa koyun.</li>
		<li>MIF 726 geliştiricisinde ortam sıcaklığında 100 sn geliştirin, ardından DI suyunda durulayın ve kuru nitrojeni üfleyin. Beklenen kalınlık 5,5 μm'dir.</li>
		<li>Numuneyi 125 °C'deki ocak üzerine 10 dakika boyunca koyun.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Kuvars tabakasının reaktif İyon Aşındırma (RIE)<ol>
<li>Kuvarsı, 60 sccm CHF 3, 20 sccm0 2ve 10 W RF gücünde 10 sccm Ar gaz akış hızına sahip RIE kullanarak silikon katmana kadar kazıyın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Direnen artıkların temizlenmesi<ol>
<li>Plazma ile 5 dakika boyunca 90 sccm 02 akış hızında temizleyin.</li>
		<li>İlk temizleme adımı yeterli değilse, numuneyi tüm dirençler giderilene kadar 80 °C'de çıkarıcı PG'de bırakın.</li>
		<li>Daha sonra, numuneyi 10 dakika boyunca bir piranha çözeltiye (20 mL sülfürik asit H2SO4 + 10 mL hidrojen peroksit H2O2)koyun. Daha sonra DI suyunda durulayın ve azotla kurulayın.</li>
	</ol>
</li>
</ol>9. Adım 2: Alt ve üst elektrotların gerçekleştirilmesi
<ol><li>İkinci litografi süreci<ol>
<li>Numuneleri aseton, IPA ile durulayın ve ardından kuru nitrojeni üfleyin.</li>
		<li>Numuneleri 10 dakikalık nem alma için 140 °C'de sıcak tabağa koyun.</li>
		<li>Spin AZ2020 negatif fotoresist 30 s için 4000 rpm hızında.</li>
		<li>Numuneyi 60 s için 115 °C'de yumuşak bir şekilde sıcak tabağa koyun.</li>
		<li>Örneği 3 s için 23.25 mJ.cm-2 UV dozu ile maruz bırakın.</li>
		<li>Numuneyi 60 sn için 115 °C'de pişirme sonrası pişirmek için sıcak tabağa koyun.</li>
		<li>MIF 726 geliştiricisinde ortam sıcaklığında 50 sn geliştirin, ardından DI suyunda durulayın ve kuru nitrojeni üfleyin. Beklenen kalınlık 1,7 μm'dir.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Üst ve alt elektrotlar için metal biriktirme.<ol>
<li>50 nm Krom'u 4 A/s ve 120 nm Platinum'u 2,5 A/s'de, elektron ışını buharlaşmasını 10-6 mbar'da biriktirin.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Metal kaldırma<ol>
<li>Metal kaldırma başarılı olana kadar numuneleri önce asetonda ve ardından IPA'da bırakın.</li>
		<li>Numuneyi optik mikroskopla kontrol edin ve gerekirse, tüm metaller havaya uçana kadar numuneyi 80 °C'de çıkarıcı PG'de bırakın. Daha sonra DI suyunda durulayın ve kuru azot üfleyin.</li>
		<li>Adım 9.3.2 yeterli değilse, örnekleri 5 dakika boyunca asetonda ultrasonik bir temizleyiciye koyun. Bu işlemi gerektiği kadar yineleyin.</li>
		<li>Numuneleri aseton, IPA ile durulayın ve ardından azotla kurulayın.</li>
	</ol>
</li>
</ol>10. Adım 3: Si(100) katmanını kazımak için numuneyi desenleme
<ol><li>Üçüncü litografi süreci<ol>
<li>Numuneleri aseton, IPA ile durulayın ve ardından kuru nitrojeni üfleyin.</li>
		<li>Numuneleri 10 dakikalık nem alma için 140 °C'de sıcak tabağa koyun.</li>
		<li>Spin AZ2070 negatif fotoresist 30 s için 2000 rpm hızında.</li>
		<li>Numuneyi 60 sn için 115 °C'de softbake için ocak üzerine koyun.</li>
		<li>Numuneyi 5 s için 37,5 mJ.cm-2 UV dozu ile ortaya çıkarın.</li>
		<li>Numuneyi 60 sn için 115 °C'de pişirme sonrası pişirmek için ocak üzerine koyun.</li>
		<li>MIF 726'da ortam sıcaklığında 110 s için geliştirin, ardından DI suyunda durulayın ve azotla kurulayın. Beklenen kalınlık 5.9 μm'dir.</li>
		<li>Numuneyi 125 °C'deki sıcak tabağa 10 dakika boyunca koyun.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Silikon tabakasının reaktif iyon aşındırılması<ol>
<li>100W RF gücünde60 sccm CHF 3, 20 sccm0 2ve 10 sccm Ar gaz debisi ile RIE kullanarak Silikon tabakasını SiO2 katmanına kadar kazıyın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Direnen artıkların temizlenmesi<ol>
<li>İlk önce 5 dakika boyunca 90 sccm 02 akış hızında plazma ile temizleyin.</li>
		<li>Tüm dirençler giderilene kadar numuneyi 80 °C'de çıkarıcı PG'de bırakın. Daha sonra DI suyunda durulayın ve kuru azot üfleyin.</li>
	</ol>
</li>
</ol>11. Adım 4: SiO2'nin ıslak kimyasal gravür ile elverde serbest bırakılması
<ol><li>Dördüncü litografi süreci<ol>
<li>Numuneleri aseton, IPA ile durulayın ve ardından kuru nitrojeni üfleyin.</li>
		<li>Numuneleri 10 dakikalık nem alma için 140 °C'de sıcak tabağa koyun.</li>
		<li>Spin AZ2020 negatif fotoresist 30 s için 2000 rpm hızında.</li>
		<li>Numuneyi 60 sn için 115 °C'de yumuşak pişirmek için ocak üzerine koyun.</li>
		<li>Numuneyi 5 s için 37,5 mJ.cm-2 UV dozu ile ortaya çıkarın.</li>
		<li>Numuneyi 60 sn için 115 °C'de pişirme sonrası pişirmek için ocak üzerine koyun.</li>
		<li>Ortam sıcaklığında 65 s için MIF 726'da geliştirin. DI suyunda durulayın ve ardından kuru nitrojeni üfleyin. Beklenen kalınlık 2,3 μm'dir.</li>
		<li>Numuneyi 125 °C'deki ocak üzerine 10 dakika boyunca koyun.</li>
	</ol>
</li>
	<li>SiO2 tabakasının tamponlu oksit etch (BOE) ile ıslak gravürü<ol>
<li>BOE 7:1 çözeltisi politetrafloroetilen (PTFE) bazlı bir kaba koyun.</li>
		<li>Numuneyi bu çözeltiye koyun ve tüm SiO2 katmanları samimiyetçinin altına kazınana kadar ortam sıcaklığında bırakın. Daha sonra DI suyunda durulayın ve kuru nitrojeni üfleyin.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Direnen artıkların temizlenmesi<ol>
<li>Numuneleri aseton, IPA ile durulayın ve ardından kuru nitrojeni üfleyin.</li>
		<li>Gerekirse, direnen artıkları plazma ile 5 dakika boyunca 90 sccm O2 akış hızında temizleyin.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Vila-Fungueiriño, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integration+of+functional+complex+oxide+nanomaterials+on+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Physics%22%5BJournal%5D)">Integration of functional complex oxide nanomaterials on silicon.</a> Frontiers in Physics. 3, (2015).</li>
<li>Carretero-Genevrier, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+monolithic+integration+of+vertical+single+crystalline+octahedral+molecular+sieve+nanowires+on+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+of+Materials%22%5BJournal%5D)">Direct monolithic integration of vertical single crystalline octahedral molecular sieve nanowires on silicon.</a> Chemistry of Materials. 26 (2), 1019-1028 (2014).</li>
<li>Gomez, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crystal+engineering+of+room-temperature+ferroelectricity+in+epitaxial+1D+hollandite+oxides+on+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22arXiv%3A2007.03452+%5Bcond-mat.mtrl-sci%5D%22%5BJournal%5D)">Crystal engineering of room-temperature ferroelectricity in epitaxial 1D hollandite oxides on silicon.</a> arXiv:2007.03452 [cond-mat.mtrl-sci]. , (2020).</li>
<li>Tadigadapa, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piezoelectric+MEMS+sensors%3A+state-of-the-art+and+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22Measurement+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Piezoelectric MEMS sensors: state-of-the-art and perspectives.</a> Measurement Science and Technology. 20 (9), 092001(2009).</li>
<li>Yin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integration+of+epitaxial+piezoelectric+thin+films+on+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Ecole+Centrale+de+Lyon%2C+France%22%5BJournal%5D)">Integration of epitaxial piezoelectric thin films on silicon.</a> Ecole Centrale de Lyon, France. , (2013).</li>
<li>Isarakorn, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epitaxial+piezoelectric+MEMS+on+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">Epitaxial piezoelectric MEMS on silicon.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 20 (5), 055008(2010).</li>
<li>Craighead, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoelectromechanical+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Nanoelectromechanical systems.</a> Science. 290 (5496), 1532-1535 (2000).</li>
<li>Warusawithana, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+ferroelectric+oxide+made+directly+on+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">A ferroelectric oxide made directly on silicon.</a> Science. 324 (5925), 367-370 (2009).</li>
<li>Galliou, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quality+factor+measurements+of+various+types+of+quartz+crystal+resonators+operating+near+4+K%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Ultrasonic%2C+Ferroelectrics%2C+and+Frequency+Control%22%5BJournal%5D)">Quality factor measurements of various types of quartz crystal resonators operating near 4 K.</a> IEEE Transactions on Ultrasonic, Ferroelectrics, and Frequency Control. 63 (7), (2015).</li>
<li>Danel, J. S., Delapierre, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quartz%3A+a+material+for+microdevices%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">Quartz: a material for microdevices.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 1 (4), 187(1991).</li>
<li>Sohn, Y. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+and+optical+nanodevices+in+single-crystal+quartz%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Mechanical and optical nanodevices in single-crystal quartz.</a> Applied Physics Letters. 111 (26), 263103(2017).</li>
<li>Santybayeva, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+quartz+microcylinders+by+laser+interference+lithography+for+angular+optical+tweezers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micro%2FNanolithography%2C+MEMS%2C+and+MOEMS%22%5BJournal%5D)">Fabrication of quartz microcylinders by laser interference lithography for angular optical tweezers.</a> Journal of Micro/Nanolithography, MEMS, and MOEMS. 15, 3(2016).</li>
<li>Lu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+electro-optical+lithium+niobate+photonic+crystal+wire+waveguide+on+a+smart-cut+thin+film%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Enhanced electro-optical lithium niobate photonic crystal wire waveguide on a smart-cut thin film.</a> Optics Express. 20 (3), 2974-2981 (2012).</li>
<li>Carretero-Genevrier, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft-chemistry-based+routes+to+epitaxial+alpha-quartz+thin+films+with+tunable+textures%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Soft-chemistry-based routes to epitaxial alpha-quartz thin films with tunable textures.</a> Science. 340 (6134), 827-831 (2013).</li>
<li>Carretero-Genevrier, A., Gich, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+macroporous+epitaxial+quartz+films+on+silicon+by+chemical+solution+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%3A+JoVE%22%5BJournal%5D)">Preparation of macroporous epitaxial quartz films on silicon by chemical solution deposition.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (106), e53543(2015).</li>
<li>Zhang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tailoring+the+crystal+growth+of+quartz+on+silicon+for+patterning+epitaxial+piezoelectric+films%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale+Advances%22%5BJournal%5D)">Tailoring the crystal growth of quartz on silicon for patterning epitaxial piezoelectric films.</a> Nanoscale Advances. 1 (9), 3741-3752 (2019).</li>
<li>Zhang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro%2Fnanostructure+engineering+of+epitaxial+piezoelectric+%CE%B1-quartz+thin+films+on+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Micro/nanostructure engineering of epitaxial piezoelectric α-quartz thin films on silicon.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (4), 4732-4740 (2020).</li>
<li>Sansen, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+cell+membrane+organization+and+dynamics+using+soft+nanoimprint+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Mapping cell membrane organization and dynamics using soft nanoimprint lithography.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (26), 29000-29012 (2020).</li>
<li>Jolly, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+chemistry+assisted+on-chip+integration+of+nanostructured+quartz-based+piezoelectric+microelectromechanical+system%5BTitle%5D)+AND+%22arXiv%3A2007.07566+%5Bphysics.app-ph%5D%22%5BJournal%5D)">Soft chemistry assisted on-chip integration of nanostructured quartz-based piezoelectric microelectromechanical system.</a> arXiv:2007.07566 [physics.app-ph]. , (2020).</li>
</ol>

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Sunulan yöntem, Si. Quartz/Si-MEMS teknolojisinde nanoyapılmış piezoelektrik kuvars mikro-kantilevler üretmek için aşağıdan yukarıya ve yukarıdan aşağıya yaklaşımların bir kombinasyonudur, boyut, güç tüketimi ve entegrasyon maliyeti açısından dökme kuvars üzerinde büyük avantajlar sunar. Nitekim CMOS uyumlu proseslerle epitaksiyel kuvars/Si MEMS üretilmektedir. Bu, minyatürleştirmeyi ve uygun maliyetli süreçleri korurken çok frekanslı cihazlar için tek çipli çözümlerin gelecekte üretimini kolaylaştırabilir. Quartz cihazl...

Piezoelektrik özelliklere sahip oksit nanomalzemeler, MEMS sensörleri veya mikro enerji hasat cihazları veya depolama1,2,3gibi tasarım cihazları için çok önemlidir. CMOS teknolojisindeki gelişmeler arttıkça, yüksek kaliteli epitaksiyel piezoelektrik filmlerin ve nanoyapıların silikona monolitik entegrasyonu, yeni yeni cihazları genişletmek için ilgi konusu haline gelir4. Ek olarak, yüksek performanslar elde etmek için bu cihazların minyatürleştirilmesinin daha fazla kontrolü gereklidir5,6. Elektronik, biyoloji ve tıpta yeni sensör uygulamaları, mikro ve nanofabrikasyon teknolojilerindeki gelişmelerle etkinleştirilir7,8.
Özellikle, α-kuvars yaygın olarak piezoelektrik bir malzeme olarak kullanılır ve kullanıcıların farklı uygulamalar için fabrikasyon yapmasına izin veren olağanüstü özellikler gösterir. Enerji hasadı için uygulama alanını sınırlayan düşük elektromekanik kavrama faktörüne sahip olmasına rağmen, kimyasal stabilitesi ve yüksek mekanik kalite faktörü, frekans kontrol cihazları ve sensör teknolojileri için iyi bir aday olmasını sağlar9. Bununla birlikte, bu cihazlar cihaz imalatı için istenen özelliklere sahip dökme tek kuvars kristallerinden mikromakine edilmiştir10. Kuvars kristalinin kalınlığı, cihazdan en yüksek rezonans frekansının elde edilebileceği şekilde yapılandırılmalıdır, günümüzde en düşük elde edilebilir kalınlık 10 μm11 'dir. Şimdiye kadar, Faraday kafes açılı-gravür11,lazer girişim litografisi 12 ve odaklanmış iyon ışını (FIB)13gibi kütle kristallerini mikropattern etmek için bazı teknikler rapor edildi.
Son zamanlarda, (100) α kuvars filminin epitaksiyel büyümesinin silikon substrata (100) doğrudan ve aşağıdan yukarıya entegrasyonu kimyasal çözelti birikimi (CSD)14,15tarafından geliştirilmiştir. Bu yaklaşım, yukarıda belirtilen zorlukların üstesinden gelmek ve ayrıca gelecekteki sensör uygulamaları için piezoelektrik tabanlı cihazlar geliştirmek için bir kapı açtı. α kuvars filminin yapısını silikon substrat üzerine uyarlamak sağlandı ve filmin dokusunu, yoğunluğunu ve kalınlığını kontrol etmeyi sağladı16. α kuvars filminin kalınlığı, birkaç yüz nanometreden, dökme kristal üzerinde yukarıdan aşağıya teknolojilerle elde edilenlerden 10 ila 50 kat daha ince olan mikron aralığına uzatıldı. Daldırma kaplama biriktirme koşullarının, nemin ve sıcaklığın optimize edilmesi, yukarıdan aşağıya litografi teknikleri kümesinin bir kombinasyonu ile hem sürekli nanoyapılanmış kristal kuvars filme hem de mükemmel bir nanoim baskılı desene sahip olması sağlanmıştır17. Özellikle, yumuşak nanoimprint litografi (NIL), düşük maliyetli, büyük ölçekli bir imalat ve tezgah üstü ekipman tabanlı bir süreçtir. Yukarıdan aşağıya ve aşağıdan yukarıya yaklaşımları birleştiren yumuşak NIL uygulaması, sütun çaplarının, yüksekliğinin ve interpillar mesafelerin hassas bir kontrolü ile silikon üzerinde epitaksiyel kuvars nanopiller diziler üretmek için bir anahtardır. Ayrıca, biyolojik bir uygulama için borosilikat cam üzerinde kontrollü şekil, çap ve periyodiklik ile silika nanopiller imalatı epitaxial kuvars ince film18'inyumuşak NIL'ini özelleştirerek gerçekleştirildi.
Şimdiye kadar, piezoelektrik nanoyapılı α kuvars MEMS'in çip üzerine entegrasyonu mümkün olmamıştır. Burada malzemeden başlayarak cihaz imalatı için detaylı mühendislik rotasını çiziyoruz. SOI substrat19'da bir piezoelektrik kuvars cantilever serbest bırakmak için malzeme sentezi, yumuşak NIL ve cihazın mikrofabrikasyonu için tüm adımları açıklıyoruz ve bazı karakterizasyon sonuçlarıyla piezoelektrik bir malzeme olarak yanıtını tartışıyoruz.

<table><tbody><tr><td>Aseton</td><td>Honeywell Riedel de Ha&euml; n</td><td>UN 1090</td><td></td></tr><tr><td>AZnLOF 2020 negatif direnç</td><td>Mikrokimyasallar</td><td>USAW176488-1BLO</td><td></td></tr><tr><td>AZnLOF 2070 negatif direnç</td><td>Mikrokimyasallar</td><td>USAW211327-1FK6</td><td></td></tr><tr><td>AZ 726 MIF geliştirici</td><td>Merck</td><td>DEAA195539</td><td></td></tr><tr><td>BOE (7:1)</td><td>Teknik</td><td>AF 87.5-12.5</td><td></td></tr><tr><td>Brij-58</td><td>Sigma</td><td>9004-95-9</td><td></td></tr><tr><td>Krom</td><td>Neyco</td><td>FCRID1T00004N-F53-062317/FC79271</td><td></td></tr><tr><td>Daldırma Kaplayıcı ND-R 11/2 F</td><td>Nadetec</td><td>ND-R 11/2 F</td><td></td></tr><tr><td>Hidrojen peroksit çözeltisi %30</td> <td>Carlo Erka Reaktifleri DasitGroup</td><td>UN 2014</td><td></td></tr><tr><td>H2SO4</td><td>Honeywell Fluka</td><td>UN 1830</td><td></td></tr><tr><td>İzopropil alkol</td><td>Honeywell Riedel de Ha&euml; n</td><td>UN 1219</td><td></td></tr><tr><td>Maske hizalayıcı</td><td>EV Grubu</td><td>EVG620</td><td></td></tr><tr><td>PG sökücü</td><td>MicroChem</td><td>18111026</td><td></td></tr><tr><td>Platinum</td><td>Neyco</td><td>INO272308/F14508</td><td></td></tr><tr><td>PTFE bazlı kap</td><td>Teflon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Reaktif iyon aşındırma (RIE)</td><td>Corial</td><td>ICP Corial 200 IL</td><td></td></tr><tr><td>SEMFEG</td><td>Hitachi</td><td>Su-70</td><td></td></tr><tr><td>SOI substrat</td><td>Üniversite Gofret</td><td>Kimliği: 3213</td><td></td></tr><tr><td>Stronsiyum klorür hekzahidrat</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>10025-70-4</td><td></td></tr><tr><td>SYLGARD TM 184 Silikon Elastomer Kiti</td><td></td> <td>Dow.000000840559</td><td></td></tr><tr><td>SYLGARD TM 184 Silikon Elastomer Kıvırıcı</td><td>Ajan</td> <td>Dow.000000840559</td><td></td></tr><tr><td>Tetraetil ortosilikat</td><td>Aldrich</td><td>78-10-4</td><td></td></tr><tr><td>Borulu Fırın</td><td>Karbolit</td><td>PTF 14/75/450</td><td></td></tr><tr><td>Vibrometre</td><td>Polytec</td><td>OFV-500D</td><td></td></tr><tr><td>2D XRD</td><td>Bruker</td><td>D8 Discover</td><td>Eiger2 R 500 K 2D dedektör ile donatılmıştır</td></tr></tbody></table>

silikon Üzerine epitaxial nanoyapılı α-kuvars filmler: malzemeden yeni cihazlara

Epitaxial Nanostructured &alpha;-Quartz Films on Silicon: From the Material to New Devices

Bu çalışmada, ilk piezoelektrik nanoyapılı epitaksiyel kuvars bazlı mikrokantilatörün ayrıntılı bir mühendislik rotasını gösteriyoruz. Malzemeden başlayarak cihaz imalatı işlemine kadar olan süreçteki tüm adımları açıklayacağız. SOI (100) substratındaki α kuvars filminin epitaksiyel büyümesi, stronsiyum dopsiyal silika sol-jel hazırlanması ile başlar ve oda sıcaklığında atmosferik koşullarda daldırma tekniği kullanılarak bu jelin ince bir film formunda SOI substratına yerleştirilmesi ile devam eder. Jel filmin kristalizasyonu öncesinde nanoimprint litografi (NIL) ile film yüzeyine nanoyapı yapılır. Epitaksiyel film büyümesine 1000 °C'de ulaşılır ve bu da desenli jel filmin mükemmel bir kristalizasyonunu sağlar. Kuvars kristal cantilever cihazlarının imalatı mikrofabrikasyon tekniklerine dayanan dört aşamalı bir süreçtir. İşlem kuvars yüzeyini şekillendirmekle başlar ve daha sonra elektrotlar için metal biriktirme onu takip eder. Silikonu çıkardıktan sonra, dokunsallık SOI substratından salınır ve silikon ve kuvars arasındaki SiO2'yi ortadan kaldırır. Cihazın performansı temassız lazer vibrometre (LDV) ve atomik kuvvet mikroskopisi (AFM) ile analiz edilir. Fabrikasyon çipte yer alan farklı cantilever boyutları arasında, Bu çalışmada analiz edilen nanoyapılanmış kantilever 40 μm büyüklükte ve 100 μm uzunluğunda bir boyut sergilemiş ve 2 μm kalınlığında bir Si cihaz tabakası üzerinde epitaksiyal olarak yetiştirilen 600 nm kalınlığında desenli kuvars tabakası (nanopiller çap ve ayırma mesafesi sırasıyla 400 nm ve 1 μm) ile imal edildi. Ölçülen rezonans frekansı 267 kHz idi ve tüm mekanik yapının tahmini kalite faktörü olan Q, düşük vakum koşullarında Q ~ 398 idi. Her iki teknikle de (yani AFM kontak ölçümü ve LDV) kantiletin voltaja bağımlı doğrusal deplasmanını gözlemledik. Bu nedenle, bu cihazların dolaylı piezoelektrik etki ile etkinleştirilebileceğini kanıtlamak.

Malzeme sentezinin ve cihaz imalatının ilerlemesi (bkz. Şekil 1),farklı adımlar gerçek görüntülerle izlenerek şematik olarak tasvir edildi. Mikrofabrikasyon işlemlerinden sonra, alan emisyonu Tarama Elektron Mikroskopisi (FEG-SEM) görüntülerini kullanarak nanoyapılanmış kantilerlerin yönünü gözlemledik (Şekil 2a-c). 2D Micro X-ışını kırınımı, dokunsalın farklı istifleme katmanlarının kristalitesini kontrol etti (Şekil 2d</st...

Bu çalışma, difleme kaplama yöntemi ile kuvars filminin epitaksiyel büyümesinden başlayarak silikon-on-insulatör (SOI) teknolojisi alt tabaka üzerinde nanoyapılı α-kuvars kantileatörün mikrofabrikasyonu ve daha sonra nanoimprint litografi ile ince filmin nanoyapılanması için ayrıntılı bir protokol sunun.

Silikon Üzerine Epitaxial Nanoyapılı α-Kuvars Filmler: Malzemeden Yeni Cihazlara

In this work, we show a detailed engineering route of the first piezoelectric nanostructured epitaxial quartz-based microcantilever. We will explain all ...

Günümüzde, kuvars bazlı sensörler, minyatürleştirme işlemi ve bu malzemenin silikon üzerindeki monolitik entegrasyonu ile sınırlıdır. Bu darboğazlar şimdi, epitaksiyel gereksinimlerin yüksek kaliteli mikro konsollar şeklinde ilk kimyasal entegrasyonu ile aşılmaktadır. Teknolojik açıdan bakıldığında, bu yeni kuvars cihazlar, kurşunsuz piezoelektrik oksit malzemelerden üretilen ve kalite faktörünü korurken yüksek kuvvetler ve kütle hassasiyeti sağlayan uygun maliyetli aktif mikroelektromekanik sistemin geliştirilmesine kapı açmaktadır.Kürleme maddesinin bir kısmını 10 kısım elastomer ile terazi üzerindeki bir beherde karıştırarak başlayın. Bu karışımı homojen bir hava kabarcığı dağılımı elde edilene kadar bir cam çubukla karıştırın, ardından master'ı PDMS ile doldurun ve kabarcıkları bir vakum odasında çıkarın. PDMS ve silikon master'ı iki saat boyunca 70 santigrat derecede bir ocağa koyun.El yazmasında açıklandığı gibi PDMS çözümünü kullanarak silikon master'ı çoğaltın. Silikon cihaz katmanının iletkenliğinin santimetre başına 1 ila 10 ohm arasında olduğundan emin olarak, bir elmas uç kullanarak gofret düzlüğüne paralel veya dik bir yönde iki inçlik P tipi SOI gofret keserek iki ila

epitaxial-nanostructured-quartz-films-on-silicon-from-material-to-new

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

Camına Polikristal silikon ince film güneş pilleri kristalizasyon, kusur pasivasyon ve metalizasyon takip bor ve fosfor katkılı silikon tabakalar birikimi ile üretilmektedir. Işık yakalayan Plasmonic ~% 45 Fotoakım geliştirme sonuçlanan dağınık bir reflektör ile kapatılmış silikon hücrenin yüzeyinde Ag nanopartiküller oluşturarak tanıtıldı.

Plasmonic geliştirilmiş Işık-tutucu ile Polycrystalline Silikon İnce-film Solar hücreler

Çeşitli işlemler karmaşık oksit ince filmlerin epitaksiyal büyümesi için atomik tanımlı şablonlar hazırlamak özetlenmiştir. Tek kristal SrTiO 3 (001) ve DyScO 3 kimyasal işlemler (110), alt-tabakalar atomik olarak pürüzsüz, tek sonlu yüzeyler elde etmek için yapıldı. Ca 2 Nb 3 O 10 - nanosheets keyfi yüzeylerde atomik tanımlı şablonlar oluşturmak için kullanıldı.

Karmaşık Oksit İnce Filmlerin Epitaksiyel Büyüme için atomik Tanımlı Şablonlar

Geleneksel optik manipülasyon tekniklerinin ölçeklenebilirliği ve çözünürlüğü kırınım ile sınırlıdır. Kırınım sınırını aşıyoruz ve yakın aralıklı C-şekilli plazmonik rezonatörlerden oluşan bir yol ile desenlenmiş altın bir yüzey kullanarak nanoparçacıkları bir çip boyunca optik olarak taşıma yöntemini açıklıyoruz.

Bir Nano-Optik Konveyör Bant imalatı ve İşletilmesi

Silikon metal oksit yarı iletken kuantum noktalarına dayalı tek elektronlu pompalarla ilgili üretim süreci ve deneysel karakterizasyon teknikleri tartışılmaktadır.

Tek elektron pompalayabilme için Silikon Metal-oksit-yarıiletken Kuantum Noktaları

Yüzey modelleme için Taramalı Tünelleme Mikroskobunun atomik metrolojisini seçici Atomik Katman Biriktirme ve Reaktif İyon Aşındırma ile birleştirmek için bir protokol rapor ediyoruz. Çok sayıda atmosferik maruziyet ve taşımayı içeren sağlam bir süreç kullanılarak, atomik metrolojiye sahip 3D nanoyapılar üretilir.

Atomik İzlenebilir Nanoyapı İmalatı

Havada daldırma kaplama ve ısıl işlemler kullanılarak çözelti kimyası ile silikon üzerinde piezoelektrik makro gözenekli epitaksiyel kuvars filmlerinin hazırlanması için bir protokol sunulmuştur.

Kimyasal Çözüm Biriktirme tarafından Silisyum üzerinde Makrogözenekli Epitaksiyel Kuvars Filmlerin Hazırlanması

Bu çalışma atomik tabaka birikimi ile germanyum yüzeylerde doğrudan kristal SrTiO 3 büyümesi ve karakterizasyonu için prosedürler ayrıntıları. Prosedür metal oksit yarı iletken cihazlar için yarı iletkenler üzerine monolitik oksitler entegre bir all-kimyasal büyüme yönteminin yeteneğini gösterir.

Atomik Katman Biriktirme aracılığıyla Germanyum üzerinde Perovskit Stronsiyum Titanate Epitaksiyel Büyüme

Makroskopik numuneler kullanılarak elektriksel ve termal etkilerin elektrikle desteklenen deformasyon (EAD) üzerinde izole edilmesi çok zordur. Uygulanan akımın joule ısınması olmayan oluşum üzerindeki etkisini ve bu numuneler üzerindeki çıkıntının evrimini değerlendirmek için metalik örnek mikro ve nanoyapılar ile özel bir test prosedürü geliştirildi.

Için yeni bir yöntem<em&gt; Yerinde</emNanoscale Örneklerinin Elektromekanik Karakterizasyonu

Nano desenli safir substrat üzerinde yüksek kaliteli AlN filmleringraf-destekli büyüme için bir protokol sunulmaktadır.

Grafen Destekli Quasi-van der Waals Epitaxy AlN Film Nano-Desenli Safir Substrat ultraviyole Işık Yayan Diyotlar için

Bu makale, tasarımdan fabrikasyona ve karakterizasyona kadar bir silisyum nitrür membran rezonatörünün yaşam döngüsünü izlemektedir.

High-Q Silisyum Nitrür Membran Rezonatörlerinin İmalatı ve Karakterizasyonu

İki termal tavlama yöntemi, tip II yarı iletken silikon klatrattan ince filmlerin üretilmesini sağlar. Malzeme özelliklerini iyileştirmek için termal presleme ve reaktif iyon aşındırma dahil olmak üzere sentez sonrası işlemler gerçekleştirildi. Bu yaklaşım, yeni nesil elektronik ve fotonik cihazlara uygun, ayarlanabilir klatrat filmlerin üretilmesi için erişilebilir bir yol sağlar.

Tip II Silikon Klatrat Filmlerin İmalatı ve Optimizasyonu

Keşfedin silikon üzerine epitaksiyel nanoyapılı α-kuvars filmlerin mikrofabrikasyon protokolünü. Bu yöntem, kuvars tabanlı sensörlerin silikonla entegrasyonunu geliştirerek mikroelektromekanik sistemlerin performansını artırır.

Silikon Üzerine Epitaxial Nanoyapılı α-Kuvars Filmler: Malzemeden Yeni Cihazlara

Daha fazla video keşfet