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झरझरा और ठोस सिलिकॉन वेफर्स की धातु-सहायता प्राप्त इलेक्ट्रोकेमिकल नैनोइम्प्रिंटिंग
Chapters
Summary February 8th, 2022
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ठोस और झरझरा सिलिकॉन वेफर्स में उप-20 एनएम आकार सटीकता के साथ 3 डी माइक्रोस्केल सुविधाओं के धातु-सहायता प्राप्त रासायनिक छाप के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया गया है।
Transcript
हमारा प्रोटोकॉल सिलिकॉन के लिए एक नई पैटर्निंग विधि प्रदान करता है जो तीन-आयामी पदानुक्रमित माइक्रोस्ट्रक्चर के निर्माण के लिए सक्षम बनाता है जो मेटासरफेस-आधारित माइक्रोऑप्टिक तत्वों और वेवगाइड प्रौद्योगिकियों के डिजाइन को सक्षम करता है। यह प्रोटोकॉल एक ही चरण में मोनोक्रिस्टलाइन और झरझरा सिलिकॉन वेफर्स में बहुलक और हार्ड मोल्ड्स से 3 डी संरचनाओं की प्रतिकृति के लिए अनुमति देता है। और एक ही समय में, सभी तीन दिशाओं में उप 100 नैनोमीटर रिज़ॉल्यूशन प्रदान करना।
झरझरा सिलिकॉन और सिलिकॉन ही ऑप्टिकल बायोसेंसर और इन्फ्रारेड ऑप्टिकल उपकरणों के निर्माण के लिए महान सामग्री हैं। हालांकि, हम इस तकनीक को समूह III-V अर्धचालकों और उससे भी आगे तक विस्तारित करने की उम्मीद करते हैं। सब्सट्रेट टिप और झुकाव संरेखण के लिए स्टांप एक समान मैक-छाप के लिए बेहद महत्वपूर्ण है।
इस प्रोटोकॉल का पालन करते हुए, संरेखण को धारक को स्टांप माउंट करके किया जा सकता है, जबकि यह सब्सट्रेट के संपर्क में है। मैक-छाप के लिए एक टिकट तैयार करने के लिए, सबसे पहले प्रोटोकॉल में वर्णित चरणों के अनुसार आरसीए -1 समाधान का उपयोग करके सिलिकॉन मास्टर मोल्ड को साफ करें और फिर एक डेसिकेटर के अंदर एक प्लास्टिक पेट्री डिश में एक साफ सिलिकॉन मास्टर मोल्ड रखें। एक प्लास्टिक के वजन नाव के लिए PFOCS की कुछ बूँदें जोड़ने के लिए एक प्लास्टिक पिपेट का उपयोग करें और मास्टर मोल्ड के साथ पकवान के बगल में वजन नाव जगह।
वैक्यूम पंप को चालू करें, डेसिकेटर वाल्व खोलें, और 30 मिनट के लिए वैक्यूम लागू करें। जबकि वैक्यूम लागू किया जा रहा है, 10 से 15 मिनट के लिए 10-से-एक अनुपात पर सिलिकॉन इलास्टोमर किट से बेस और इलाज एजेंट को मिलाने के लिए एक ग्लास स्पैटुला का उपयोग करें। desication के अंत में, सिलिकॉन मास्टर मोल्ड के नीचे से desiccator और spacers से वजन नाव को हटा दें, फिर ध्यान से ताजा तैयार पीडीएमएस की दो से तीन मिलीमीटर परत के साथ मास्टर मोल्ड को कवर करें।
Desiccator वाल्व खोलने के बाद PDMS degas करने के लिए, एक अतिरिक्त 20 मिनट के लिए वैक्यूम लागू करें या जब तक बुलबुले गायब हो जाते हैं। दूसरी desiccation अवधि के अंत में, पकवान एक 80 डिग्री सेल्सियस गर्म प्लेट पर स्थानांतरित करें। दो घंटे के बाद, प्लास्टिक पेट्री डिश के अंदर ठीक पीडीएमएस के किनारों को ट्रिम करने के लिए एक स्केलपेल का उपयोग करें और सिलिकॉन मास्टर मोल्ड से पीडीएमएस मोल्ड को सावधानीपूर्वक हटाने के लिए चिमटी का उपयोग करें।
Photoresist यूवी nanoimprinting के लिए, सिलिकॉन वेफर से बाहर एक 2.5 से 2.5 सेंटीमीटर सिलिकॉन चिप cleave करने के लिए एक स्क्राइबर का उपयोग करें, प्रोटोकॉल में वर्णित चरणों के अनुसार आरसीए -1 समाधान का उपयोग करके इसे साफ करने और फिर एक स्पिन कोटर में वैक्यूम चक पर साफ चिप जगह। चिप पर फोटोरेसिस्ट की 20 माइक्रोमीटर मोटी परत लागू करने के लिए संकेत के रूप में स्पिन कोटिंग पैरामीटर सेट करें और सिस्टम पर वैक्यूम लागू करने के लिए VAC पर दबाएं। चिप के केंद्र पर SU-8 2015 photoresist के 1.5 मिलीलीटर डालें और स्पिन कोटर ढक्कन को बंद करें।
फिर स्पिन शुरू करने के लिए प्रारंभ दबाएँ। स्पिन के अंत में, वैक्यूम को बंद करने के लिए VAC बंद करें और फोटोरेसिस्ट-लेपित चिप को हटाने के लिए चिमटी का उपयोग करें। ध्यान से PDMS मोल्ड photoresist-लेपित सिलिकॉन चिप पैटर्न पक्ष पर नीचे और मैन्युअल रूप से चिप में मोल्ड प्रेस पर जगह.
पीडीएमएस के शीर्ष पर एक यूवी पारदर्शी ग्लास प्लेट रखें ताकि मोल्ड और चिप पर दबाव के प्रति वर्ग सेंटीमीटर 15 ग्राम लागू किया जा सके और सेटअप को दो घंटे के लिए यूवी प्रकाश के छह वाट में उजागर किया जा सके। विकिरण अवधि के अंत में, चिमटी का उपयोग धीरे-धीरे ठीक फोटोरेसिस्ट पैटर्न की दिशा के समानांतर दिशा में चिप से मोल्ड को हटाने के लिए करें। चिप पर 250 नैनोमीटर मोटी सोने / चांदी की मिश्र धातु परत जमा करने के लिए, सबसे पहले क्रोमियम की 20 नैनोमीटर मोटी परत और सोने की 50 नैनोमीटर मोटी परत जमा करें जैसा कि पाठ प्रोटोकॉल में वर्णित है।
अगला, सोने और चांदी की बंदूक का शटर खोलने के लिए GUN 1 खोलें क्लिक करें। 16.5 मिनट के लिए संसाधित करने के लिए समय सेट करें और डीसी सेट बिंदु को 58 और आरएफ सेट बिंदु को 150 पर सेट करें। रोटेशन क्लिक करें और आर्गन प्रवाह दर को 50 मानक घन सेंटीमीटर प्रति मिनट पर सेट करें.
आर्गन, डीसी आपूर्ति और आरएफ आपूर्तिक्लिक करें। जब सिग्नल पठार, आर्गन नियंत्रण को पांच पर सेट करें। क्रिस्टल मोटाई मॉनिटर प्रारंभ करने के लिए और क्रमशः मोटाई को फाड़ने के लिए शून्य मोटाई में प्रारंभ करें क्लिक करें।
समय-नियंत्रित प्रक्रिया प्रारंभ करने के लिए समयबद्ध प्रक्रिया क्लिक करें और प्लेटन शटर खोलने के लिए PLATEN SHUTTER Solid क्लिक करें. शून्य मोटाई फिर से क्लिक करें। जब sputtering समाप्त होता है, तो प्लेटन ठोस शटर को बंद करने के लिए ठोस क्लिक करें और मैग्नेट्रॉन sputter कक्ष को वेंट करने के लिए वेंट करने के लिए प्रेस दबाएँ।
चांदी / सोने की मिश्र धातु लेपित मैक-छाप टिकट को डी-मिश्र धातु करने के लिए, पहले एक ग्लास बीकर में एक-से-एक अनुपात में विआयनीकृत पानी और नाइट्रिक एसिड मिलाएं और बीकर को एक सरगर्मी गर्म प्लेट पर रखें। मिश्रण में एक छिद्रित PTFE नमूना धारक को डुबोएं और प्रति मिनट 100 क्रांतियों पर निरंतर सरगर्मी के साथ 65 डिग्री सेल्सियस तक समाधान को गर्म करें। जब समाधान लक्ष्य तापमान तक पहुंच जाता है, तो पैटर्न वाले सोने / चांदी के मिश्र धातु-लेपित मैक-छाप टिकट को धारक में दो से 20 मिनट के लिए रखें।
डी-एलॉयिंग के बाद, एक मिनट के लिए कमरे के तापमान विआयनीकृत पानी में मैक-छाप स्टैंप को बुझाएं। सब्सट्रेट संरेखण के लिए स्टांप प्रदर्शन करने के लिए, इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में सिलिकॉन चिप के शीर्ष पर नीचे की ओर स्टाम्प रखें, स्टैंप के पीछे एसयू -8 की एक बूंद जोड़ें। SU-8 के संपर्क में PTFE रॉड लाएं और इसे दो घंटे के लिए यूवी प्रकाश के तहत सूखी स्थितियों में जगह में इलाज करें।
संपर्क घर की स्थिति से लगभग 86 मिलीमीटर है। मैक-इम्प्रिंटिंग ऑपरेशन करने के लिए, प्रोटोकॉल में वर्णित चरणों के अनुसार आरसीए समाधान का उपयोग करके पैटर्न वाले सिलिकॉन चिप को साफ करें और फिर इसे इलेक्ट्रोकेमिकल सेल के केंद्र में रखें और मैक-प्रिंट स्टैंप के साथ पीटीएफई रॉड के नीचे सेल को रखें। एक PTFE बीकर के अंदर एक 17-से-एक अनुपात पर हाइड्रोफ्लोरिक एसिड और हाइड्रोजन पेरोक्साइड के नक़्क़ाशी समाधान मिश्रण।
पांच मिनट के बाद, इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में नक़्क़ाशी समाधान जोड़ने के लिए एक प्लास्टिक पिपेट का उपयोग करें। पैटर्न चिप के संपर्क में मैक-छाप टिकट को रखने के लिए, स्टैंप को लगभग 86 मिलीमीटर नीचे लाएं और फिर वांछित संपर्क बल प्राप्त करने के लिए टिकट को संपर्क स्थिति से लगभग 300 से 1, 000 माइक्रोमीटर तक नीचे ले जाएं। घर की स्थिति में रॉड को वापस करने के लिए होम पर क्लिक करने से पहले एक से 30 मिनट तक चिप के संपर्क में मैक-छाप टिकट बनाए रखें।
ध्यान से सेल से नक़्क़ाशी समाधान aspirate करने के लिए एक पिपेट का उपयोग करें और isopropyl शराब और विआयनीकृत पानी के साथ मुद्रित सिलिकॉन चिप कुल्ला। फिर चिप को साफ सूखी हवा से सुखा लें। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवियों को सोने-लेपित मैक-छाप टिकटों और परिणामी मुद्रित सिलिकॉन सतहों के रूपात्मक गुणों का अध्ययन करने के लिए प्राप्त किया जा सकता है।
इस प्रतिनिधि विश्लेषण में, परमाणु बल स्कैन द्वारा प्राप्त मुद्रित ठोस सिलिकॉन के क्रॉस-अनुभागीय प्रोफ़ाइल की तुलना उपयोग किए गए झरझरा सोने की मुहर से की गई थी। मैक-छाप के दौरान पैटर्न ट्रांसफर निष्ठा और झरझरा सिलिकॉन पीढ़ी प्रयोगात्मक सफलता का विश्लेषण करने के लिए दो प्रमुख मानदंड थे। मैक-छाप को सफल माना जाता था यदि स्टांप पैटर्न को सिलिकॉन पर सटीक रूप से स्थानांतरित किया गया था और मैक-छाप के दौरान कोई झरझरा सिलिकॉन उत्पन्न नहीं किया गया था।
यहां, एक सबऑप्टिमल प्रयोग के परिणाम जिसमें मैक-छाप के दौरान पैटर्न ट्रांसफर निष्ठा और एक झरझरा सिलिकॉन पीढ़ी की कमी देखी जा सकती है। यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि सिलिकॉन के मैक-छाप में हाइड्रोफ्लोरिक एसिड शामिल है, जो जीवन के लिए खतरा है और सुरक्षा प्रोटोकॉल का पालन करना और उचित व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण पहनना सर्वोपरि है। एक बार जब आप बड़े पैमाने पर परिवहन की सुविधा के लिए झरझरा सोने में लेपित टिकटों का उपयोग करते हैं।
इस प्रक्रिया के बाद, नक़्क़ाशी समाधान या संपर्क बल की संरचना प्रक्रिया या स्टांप स्थायित्व के कैनेटीक्स का अध्ययन करने के लिए विविध हो सकती है।
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