تصنيع قنوات Nanoheight دمج الموجات الصوتية السطحية الفعالة عبر الليثيوم نيوبات للنانوfluidics الصوتية

Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

نحن نبرهن على تصنيع قنوات nanoheight مع دمج أجهزة تشغيل الموجات الصوتية السطحية على النيوبات الليثيوم للسائل النانوي الصوتي عبر الليليثالضوئي الإقلاع الضوئي ، وحفر الأيونات التفاعلي على عمق النانو ، والبلازما درجة حرارة الغرفة الترابط متعدد الطبقات المنشط على السطح من النيوبات الليثيوم أحادي الكريستال ، وهي عملية مفيدة بالمثل لترابط النيوبات الليثيوم إلى الأكاسيد.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Zhang, N., Friend, J. Fabrication of Nanoheight Channels Incorporating Surface Acoustic Wave Actuation via Lithium Niobate for Acoustic Nanofluidics. J. Vis. Exp. (156), e60648, doi:10.3791/60648 (2020).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

ومن المعروف أن التلاعب النانوي الخاضع للرقابة من السوائل يكون صعبًا بشكل استثنائي بسبب هيمنة القوى السطحية واللزجة. ميجاهيرتز من أجل أجهزة الموجة الصوتية السطحية (SAW) تولد تسارعًا هائلًا على سطحها ، حتى 108 م / 82، مسؤولة بدورها عن العديد من التأثيرات الملاحظة التي أصبحت تحدد الموجات الصوتية: التدفق الصوتي وقوى الإشعاع الصوتي. وقد استخدمت هذه الآثار للجسيمات والخلايا، والتلاعب السوائل على نطاق صغير، على الرغم من أن في الآونة الأخيرة وقد استخدمت SAW لإنتاج ظواهر مماثلة على نطاق النانو من خلال مجموعة مختلفة تماما من الآليات. يوفر التلاعب بالسوائل النانوية القابلة للتحكم مجموعة واسعة من الفرص في ضخ السوائل فائقة السرعة وديناميكيات الجزيئات الحيوية المفيدة للتطبيقات الفيزيائية والبيولوجية. هنا، ونحن نشرح تصنيع قناة نانو-ارتفاع عبر درجة حرارة الغرفة الليثيوم niobate (LN) الترابط متكاملة مع جهاز SAW. نحن نصف العملية التجريبية بأكملها بما في ذلك تصنيع قناة نانو الارتفاع عن طريق الحفر الجاف ، والترابط المنشط بالبلازما على النيوبات الليثيوم ، والإعداد البصري المناسب للتصوير اللاحق ، وتنشيط SAW. نعرض نتائج تمثيلية لملء الشعيرات الدموية السائلة وتصريف السوائل في قناة نانوية الحجم ناتجة عن SAW. يقدم هذا الإجراء بروتوكولًا عمليًا لتصنيع القنوات النانوية والتكامل مع أجهزة SAW المفيدة للبناء عليها لتطبيقات nanofluidics المستقبلية.

Introduction

يحدث نقل السوائل النانوية القابلة للتحكم في القنوات النانوية —النانووية السائلة1— على نفس مقاييس الطول مثل معظم الجزيئات البيولوجية، وهو واعد للتحليل والاستشعار البيولوجيين، والتشخيص الطبي، ومعالجة المواد. وقد وضعت تصاميم مختلفة والمحاكاة في nanofluidics للتلاعب السوائل وتعليق الجسيمات على أساس درجة الحرارة التدرجات2، كولوم سحب3، موجات سطحية4، الحقول الكهربائية الساكنة5،6،7، وthermophoresis8 على مدى السنوات الخمس عشرة الماضية. في الآونة الأخيرة ، وقد تبين SAW9 لإنتاج ضخ السوائل النانوية واستنزاف مع الضغط الصوتي الكافي للتغلب على هيمنة القوى السطحية واللزجة التي تمنع نقل السوائل الفعالة في القنوات النانوية. الفائدة الرئيسية من تدفق الصوتية هو قدرته على دفع تدفق مفيدة في الهياكل النانوية دون القلق بشأن تفاصيل الكيمياء من تعليق السائل أو الجسيمات، مما يجعل الأجهزة التي تستخدم هذه التقنية مفيدة على الفور في التحليل البيولوجي، والاستشعار، وغيرها من التطبيقات الفيزيائية الكيميائية.

يتطلب تصنيع الأجهزة النانوية المدمجة SAW تصنيع الأقطاب الكهربائية - محول رقمي (IDT) - على ركيزة كهربائية ، ليثيوم نيوبات10، لتسهيل توليد SAW. يتم استخدام النقش الأيوني التفاعلي (RIE) لتشكيل منخفض نانوي في قطعة LN منفصلة ، والربط LN-LN من القطعتين تنتج nanochannel مفيدة. وقد تم عرض عملية تصنيع أجهزة SAW في العديد من المنشورات ، سواء باستخدام الطباعة الضوئية الطبيعية أو الرفع فوق البنفسجية إلى جانب الترسب المعدني أو ترسب التبخر11. لعملية LN RIE لحفر قناة في شكل معين، والآثار على معدل حفر وخشونة سطح القناة النهائي من اختيار التوجهات LN مختلفة، والمواد قناع، وتدفق الغاز، والطاقة البلازما وقد تم التحقيق12،13،14،15، 16. وقد استخدم تنشيط سطح البلازما لزيادة الطاقة السطحية بشكل كبير، وبالتالي تحسين قوة الترابط في أكاسيد مثل LN17،18،19،20. وبالمثل فمن الممكن لغير متجانس السندات LN مع أكاسيد أخرى، مثل SiO2 (الزجاج) عن طريق اثنين من خطوتين البلازما تنشيط طريقة الترابط21. الغرفة درجة حرارة LN-LN الترابط، على وجه الخصوص، وقد تم التحقيق باستخدام مختلف معالجات التنظيف وتنشيط السطح22.

هنا ، ونحن نصف بالتفصيل عملية لتصنيع 40 ميغاهرتز SAW المتكاملة 100 نانومتر الارتفاع القنوات النانوية ، وغالبا ما تسمى قنوات nanoslit (الشكل 1ألف). فعالية السوائل الشعيرات الدموية ملء واستنزاف السوائل عن طريق الكفاءة SAW يدل على صحة كل من تصنيع nanoslit وأداء SAW في مثل هذه القناة النانوية. نهجنا يقدم نظام نانو acoustofluidic تمكين التحقيق في مجموعة متنوعة من المشاكل الفيزيائية والتطبيقات البيولوجية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. نانو ارتفاع قناة قناع إعداد

  1. التصوير الضوئي: مع نمط يصف الشكل المطلوب من قنوات الارتفاع النانوي(الشكل 1B)،استخدم الطباعة الحجرية الضوئية العادية وإجراءات الإقلاع لإنتاج المنخفضات النانوية في رقاقة LN. هذه المنخفضات سوف تصبح قنوات nanoheight على الترابط رقاقة في خطوة لاحقة.
    ملاحظة: الأبعاد الجانبية للمنخفضات النانوية هي مقياس صغير في هذا البروتوكول. يمكن استخدام شعاع الإلكترون أو الطباعة الحجرية لشعاع الأيون He/Ne لتصنيع القنوات ذات الأبعاد الجانبية النانوية؛ Ga+القائم على الطباعة الحجرية شعاع أيون يسبب تورم وملامح الركيزة متفاوتة23. وينبغي أن يتطابق اتجاه رقاقات LN اثنين ، وإلا ، قد يؤدي الإجهاد الحراري الرقائق أو السندات بينهما إلى الفشل.
  2. ترسب سبوت لحماية المناطق من الحفر الجاف: ضع الرقاقة في نظام ترسب السُبُر. سحب أسفل فراغ الغرفة إلى 5 × 10-6 mTorr، والسماح Ar لتدفق في 2.5 mTorr، وsputter Cr في 200 W لإنتاج قناع التضحية سميكة 400 نانومتر حيث سيتم منع النقش أيون رد الفعل عند استخدامها في الخطوة 3 أدناه.
  3. الإقلاع: نقل رقاقة في كوب مع الأسيتون كافية لتزج تماما رقاقة. سونيكات في كثافة متوسطة لمدة 10 دقيقة. شطف مع ماء DI وتجفيف رقاقة مع تدفق N2 الجافة.
  4. التقطيع: استخدام منشار مكعبات لالزهر رقاقة كامل في رقائق الفردية مع (عادة) نمط نانوسليت واحد لكل رقاقة.
    ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتاً هنا.

2. نانو ارتفاع قناة تلفيق

  1. الحفر الأيون التفاعلي (RIE): استخدام RIE لحفر المنخفضات النانوية في المناطق المكشوفة من الركيزة LN. المناطق التي تركت مغطاة بالتضحية Cr ستكون محمية من النقش. تعيين قوة RIE إلى 200W، تسخين الغرفة إلى 50 درجة مئوية، سحب أسفل فراغ الغرفة إلى 20 mTorr، تعيين معدل تدفق SF6 إلى 10 sccm، وحفر لمدة 20 دقيقة لإنتاج نانوسليت عميق 120 نانومتر في LN.
  2. حفر حفرة للمداخل القناة ومنافذ البيع: مع الشريط على الوجهين، نعلق رقاقة LN محفورة إلى لوحة صغيرة من الصلب ولوحة إلى الجزء السفلي من طبق بيتري. يجب أن يكون طبق بيتري كبيرًا بما يكفي للسماح بالغمر الكامل لشريحة LN ولوحة الصلب. ملء طبق بيتري بالماء لتزج تماما رقاقة. قم بإرفاق جزء من حفر الماس قطره 0.5 مم إلى مطبعة الحفر ، وحفر بسرعة عالية لا تقل عن 10000 دورة في الدقيقة لآلة المداخل والمنافذ المطلوبة. الحفر من خلال الركيزة 0.5 ملم سميكة ينبغي أن يستغرق حوالي 10 إلى 15 ق24 (الشكل 1B).
    ملاحظة: الغمر أثناء الحفر يمنع التدفئة المحلية المفرطة والتشويش على الجسيمات في موقع الحفر. من غير المرجح أن تعمل أنواع أخرى من بت الحفر ، والحفر اليدوي غير ممكن بأي سرعة على حد علمنا. يوصى بسرعات دوران بت الحفر التي تبلغ 10,000 دورة في الدقيقة أو أكثر لتجنب تحطيم LN.
  3. Cr الرطب الحفر: استخدام قلم النقش تلميح الماس لوضع علامة واضحة على الوجه المسطح، unetched من LN حفر لتتبع الجانب الذي يقع قناة nanoheight في الخطوات المتبقية. سونيكات رقائق في Cr etchant.
    ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتاً هنا. من الصعب للغاية تحديد أي جانب من رقاقة LN لديه الاكتئاب النانوي المحفور بعد إزالة Cr. يعتمد وقت صوتنة على معدل النقش وسمك قناع Cr.

3. غرفة درجة حرارة البلازما تنشيط الترابط

  1. المذيبات تنظيف رقائق LN: جمع أزواج رقاقة - جهاز واحد SAW (ملفقة من قبل الطباعة الحجرية الضوئية العادية، وترسب sputter، وإجراءات الإقلاع) ورقاقة اكتئاب نانوية محفورة واحدة - معا لإعدادهم للترابط. تزج أزواج رقاقة في كوب من الأسيتون وضعت في حمام سونيكيشن وسونيكات لمدة 2 دقيقة نقل رقائق إلى الميثانول وسونيكات لمدة 1 دقيقة نقل رقائق إلى المياه DI.
  2. تنظيف البيرانا: إعداد حمض البيرانا في كوب زجاجي في غطاء جيد التهوية، مخصص لاستخدام الحمض، عن طريق إضافة H2O2 (30٪ في الماء) إلى H2SO4 (96٪) بنسبة 1:3. ضع جميع الرقائق في حامل تفلون. ضع الحامل في الكأس واغمر جميع الرقائق في محلول البيرانا لمدة 10 دقيقة، ثم اشطف الرقائق وحاملها بالتتابع في حمامين مائيين منفصلين. تجفيف رقائق مع الجافة N2 ونقلها على الفور إلى الأكسجين (O2)معدات تنشيط البلازما، والاحتفاظ بها مغطاة أثناء التعامل معها لتجنب التلوث.
    تنبيه: حلول البيرانا هي تآكل للغاية، وتتأكسد بقوة، وخطيرة. اتبع القواعد المحددة التعامل معها في مؤسستك، ولكن على الأقل تأخذ الرعاية القصوى وارتداء معدات السلامة المناسبة. عند الانتهاء من العمل ، يجب تبريد محلول البيرانا لمدة ساعة واحدة على الأقل قبل أن يصب في حاوية نفايات مخصصة.
    ملاحظة: من الضروري شطف رقائق LN مرتين في حمامين مائيين DI. الإنتقال لهم مرة واحدة يترك بقايا وراء ذلك من المرجح أن تدمر الترابط. وتستخدم أقطاب الذهب لIDTs بسبب مقاومتها الجيدة لمحلول البيرانا.
  3. تنشيط سطح البلازما: تنشيط الأسطح رقاقة باستخدام البلازما مع 120 واط من الطاقة في حين تتعرض لتدفق O2 في 120 sccm لمدة 150 s. نقل العينات على الفور إلى حمام ماء DI جديدة لمدة 2 دقيقة على الأقل.
    ملاحظة: المعالجة السطحية البلازما تليها بسرعة DI الغمر المياه سوف تشكل مجموعات الهيدروكسيل على سطح LN، وزيادة الطاقة السطحية الحرة لتعزيز الترابط في وقت لاحق.
  4. ربط درجة حرارة الغرفة: تجفيف العينات مع تدفق N2 الجافة ووضع بعناية رقاقة nanoslit على رقاقة جهاز SAW في الموقف المطلوب. إعادة المحاذاة لإنتاج الاتجاه المطلوب. ثم استخدم ملاقط أو ما شابه ذلك لدفع أسفل على العينة من مركزها لبدء السندات. دفع بلطف إلى أسفل في المناطق التي فشلت في السندات بعد الدفع الأولي.
    ملاحظة: يمكن بسهولة رؤية الترابط من خلال LN شفافة. المناطق المستعبدة شفافة تماما. LN التي ليست مزدوجة الجانب مصقول سيكون من الصعب تقييم.
  5. التدفئة بعد الترابط: ضع العينات المستعبدة في المشبك ظهرت لممارسة الأحمال بأمان على الرغم من التوسع الحراري، ووضع العينات فرضت في الفرن في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية). تعيين درجة حرارة الفرن التدفئة إلى 300 درجة مئوية، ومعدل منحدر إلى 2 درجة مئوية / دقيقة كحد أقصى، ويسكن الوقت إلى 2 ساعة، ومن ثم إيقاف تلقائيا للسماح لها والعينات فرضت داخل لتبرد بشكل طبيعي لدرجة حرارة الغرفة.
    ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتاً هنا. الترابط بين مجموعات الهيدروكسيل تنتج المياه في السندات، والتدفئة يزيل المياه لزيادة كبيرة في قوة السندات. قوات لقط متواضعة كافية. محاولة السندات رقاقتين من اتجاهات مختلفة أو مواد قد يسبب الشقوق بسبب التوسع الحراري غير متطابقة والإجهاد الناجم عن ذلك.

4. الإعداد والاختبار التجريبي

  1. ملاحظة: مراقبة نانوسمضاء تحت المجهر المقلوب. قم بتضمين وتدوير مرشح استقطاب خطي في المسار البصري لمنع مضاعفة الصورة المستندة إلى birefringence بشكل مناسب في LN. استخدام مياه DI فائقة النقاء عبر مدخل لمراقبة حركة السوائل في nanoslit الانتهاء.
    ملاحظة: ينصح بشدة السائل Ultrapure لمنع انسداد، وخاصة بعد التبخر.
  2. تشغيل SAW: إرفاق ممتصات في نهايات جهاز SAW لمنع الموجات الصوتية المنعكسة. استخدم مولد إشارة لتطبيق حقل كهربائي جيبي على IDT عند تردد الرنين الخاص به حوالي 40 ميغاهرتز. استخدم مكبر للصوت لتضخيم الإشارة. استخدم منظار الذبذبات لقياس الجهد الفعلي والتيار والطاقة المطبقة على الجهاز. سجل حركة السوائل أثناء تشغيل SAW داخل nanoslit باستخدام كاميرا متصلة بالمجهر.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

نقوم بإجراء إيداع الشعيرات الدموية السائلة واستنزاف السوائل الناجمعن SAW في حزات LN عالية نانو بعد التصنيع الناجح والترابط لأجهزة النانو السائل ة المتكاملة SAW. يتم إنشاء الموجات الصوتية السطحية بواسطة IDTs التي تعمل بواسطة إشارة جيبية مضخمة في تردد الرنين IDTs من 40 ميغاهرتز، وينشذ SAW في نانوسليت عبر ركيزة LN الكهربائية. يمكن ملاحظة سلوك السائل في النانوسlit التفاعل مع SAW باستخدام المجهر المقلوب.

نحن نظهر ملء الشعيرات الدموية السائل في قنوات بطول 100 نانومتر من عروض مختلفة. ويبين الشكل 2 الحشو الشعري لمياه الدي النقية جداً في قناتين طولهما 100 نانومتر، إحداهما بعرض 400 ميكرومتر والأخرى بعرض 40 ميكرومتر. يتم تسليم قطرة من المياه فائقة النقاء في نانوسمضاء من خلال الدخول. قوات الشعيرات الدموية محرك ملء السوائل من nanoslit كامل، ويحدث ملء بسرعة أكبر مع القناة أضيق بسبب قوتها الشعرية أكبر. يمكن استخدام ملء السوائل الشعرية التي تحركها القوة باستخدام سوائل أخرى من اللزوجة المختلفة والتوترات السطحية ، كما يمكن استخدام نانوسليات من ارتفاعات أخرى لتحقيق نتائج مختلفة.

كما أننا نظهر استنزاف السوائل الناجمعن المنشار في قناة نانوية من خلال التغلب على الضغط الشعري. وقد تم استنزاف المياه في شق ارتفاع 100 نانومتر لإظهار واجهة المياه والهواء مع الحد الأقصى للطول في الوسط(الشكل 3)،مما يشير إلى أقصى قدر من الطاقة الصوتية في منتصف جهاز SAW. مع الضغط الصوتي القوي المتولد في nanoslit ، فإنه يشير أيضًا إلى قوة ترابط جيدة باستخدام طريقة الترابط LN درجة حرارة الغرفة التي يتم تنشيطها بالبلازما. مطلوب عتبة القوة المطبقة حوالي 1 W لإجبار الضغط الصوتي ليكون أكبر من الضغط الشعري وقيادة ظاهرة استنزاف مرئية(الشكل 4). الحد الأقصى لطول تجويف الهواء الذي يمثل طاقة سطح السوائل يظهر علاقة خطية مع الطاقة الصوتية التطبيقية. وهو يوفر أداة فعالة للتشغيل السوائل والتلاعب الجزيء الحيوي المحتمل على نطاق النانو. ويمكن إجراء مزيد من التحقيق في تأثير استنزاف السوائل المختلفة باستخدام SAW مع ارتفاعات وعرض قنوات مختلفة.

Figure 1
الشكل 1: صور الأجهزة المصنعة. (أ)إلى اليسار: معرفات الذهب الكهربية مع فتحة 0.7 مم على الركيزة LN لتوليد وانتشار المنشار 40 ميغاهرتز. الأوسط، إلى اليمين: جهاز LN nanoslit المستعبدين المدمج مع SAW لتنشيط السوائل. يتم عرض عملة بنس واحد كمرجع مقياس في الأسفل. (ب)يتم عرض مختلف قنوات النانو-المحفورة على ارتفاع نانو على شكل رقائق مع هياكل أقنعة التضحية بالكروم وبعد حفر ثقوب قطرها 500 ميكرومتر للمداخل والمنافذ السائلة. شريط المقياس: 5 مم. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: تعبئة الشعيرات الدموية السائلة في 100 قناة ارتفاع نانومتر. (A1-A4) يتم سحب المياه فائقة النقاء إلى نانوسlit واسعة 400 ميكرومتر عبر قوة الشعيرات الدموية مع مرور الوقت، كما هو موضح في البداية (0 ق) و 1، 2، و 4 ق في وقت لاحق، على التوالي. ويمكن رؤية قطرات الماء الصغيرة في الجزء العلوي من superstrate. (B1-B4) يتم سحب الماء فائق النقاء إلى نانوسليت بعرض 40 ميكرومتر عبر قوة الشعيرات الدموية بمرور الوقت ، كما هو موضح في البداية (0 s) و 0.1 و 0.3 و 1 s في وقت لاحق ، على التوالي ، مما يشير إلى ملء أسرع بسبب قوة شعرية أكبر على كمية أصغر من السوائل. المنخفضات الصغيرة في الجزء العلوي من superstrate هي دليل على ضرب السطح مع ملاقط. شريط المقياس: 400 ميكرومتر. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: استنزاف السائل الناجم عن SAW في 1 مم عرض 100 نانومتر الارتفاع nanoslit. (A-C) يتم تصريف نانوسليت مملوءة بالماء بواسطة 40 ميغاهرتز SAW في قوة تطبيقية من 1.31 W, 2.04 W, و 2.82 W, على التوالي. يتم نشر SAW من أعلى إلى أسفل في الصور. خط الوجة بين المناطق المستعبدة وnanoslit مرئية: لاحظ تغيير اللون. شريط المقياس: 200 ميكرومتر. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: طول تجويف الهواء الناجم عن SAW فيما يتعلق بالطاقة التطبيقية لـ SAW. يعتمد طول تجويف التبوّي خطياً تقريباً على القوة التطبيقية. يجب أن توفر الطاقة التطبيقية ضغطًا صوتيًا أكبر من الضغط الشعري في النانو، مما يسبب تصريف السوائل. العتبة تطبيق القوة التي يظهر الصرف حوالي 1 W في هذه الحالة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

الترابط درجة حرارة الغرفة هو المفتاح لتصنيع أجهزة nanoslit المتكاملة SAW. وينبغي النظر في خمسة جوانب لضمان الترابط الناجح وقوة الترابط الكافية.

الوقت والطاقة لتنشيط سطح البلازما
زيادة طاقة البلازما سوف تساعد على زيادة الطاقة السطحية وبالتالي زيادة قوة الترابط. ولكن الجانب السلبي لزيادة الطاقة أثناء تنشيط سطح البلازما هو الزيادة في خشونة السطح ، والتي قد تؤثر سلبًا على تصنيع nanoslit وأداء نقل السوائل. وقد تبين أن الوقت تنشيط سطح البلازما لن يساعد على زيادة الطاقة السطحية بعد فترة معينة من الوقت21. وبالتالي، فإن وقت تنشيط البلازما والطاقة تحتاج إلى تحديد لتعظيم الطاقة السطحية ولكن ليس على حساب زيادة خشونة السطح.

تنظيف رقائق قبل الترابط
نظرًا لعدم وجود سوى قناة ارتفاع نانوية بعد الترابط ، فإن أي جسيم صغير الحجم سيكون عقبة هائلة ويسبب فشلًا في الترابط. يستخدم تنظيف البيرانا لإزالة جميع الحطام العضوي على أسطح الرقائق. بعد التنظيف ، يوصى بشدة باستخدام حاوية نظيفة لتغطية الرقائق ومنع التلوث.

اتجاه أزواج شرائح LN قبل الترابط
بسبب اللاسيسوتروبيا من LN، الترابط رقاقة LN العلوي والسفلي يتطلب حاليا اتجاه المواد متطابقة. عدم القيام بذلك سوف يسبب الإجهاد المتبقية وربما تكسير أثناء تلفيق. وسوف يسبب أيضا خصائص SAW مختلفة بين السطوح العلوية والسفلية من nanoslit بسبب اللاisotropy. ولذلك، يوصى بشدة بالربط بين رقاقتين من رقائق LN ذات اتجاه مادي متطابق.

محاذاة الرقائق العلوية والسفلية
نحن بصريا أداء المحاذاة اليدوية والترابط. إدخال علامات ائتمانية والسليم المجهري بمساعدة المجهر الربط المنحاز ة بالتأكيد تحسين جودة الجهاز والعائد.

حرارة تسخين الفرن بعد بدء الترابط في درجة حرارة الغرفة
التدفئة في درجات حرارة أعلى سوف تساعد على تعزيز السندات. التدفئة إلى 300 درجة مئوية لعملية الترابط LN لدينا تنتج ما لا يقل عن 1 قوة الترابط MPa لأنها لا تزال سليمة ضد الضغوط الشعرية والصوتية مماثلة في nanoslit مع SAW.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.

Acknowledgments

ويعرب المؤلفون عن امتنانهم لجامعة كاليفورنيا ومرفق NANO3 في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو لتوفيرهما الأموال والتسهيلات لدعم هذا العمل. تم تنفيذ هذا العمل جزئيًا في البنية التحتية للتكنولوجيا النانوية في سان دييغو (SDNI) في UCSD ، وهي عضو في البنية التحتية الوطنية المنسقة لتكنولوجيا النانو ، والتي تدعمها المؤسسة الوطنية للعلوم (Grant ECCS -1542148). وقد تم دعم العمل المقدم هنا بسخاء من خلال منحة بحثية من مؤسسة W.M. Keck. كما يشعر المؤلفون بالامتنان لدعم هذا العمل من قبل مكتب البحوث البحرية (عن طريق المنحة 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
Developer Futurrex, NJ, USA RD6
Diamond tip engraving pen Malco, Memphis, TN, USA Malco A50 USA Made Carbide Tipped Scribe
Dicing saw Disco, Tokyo, Japan Disco Automatic Dicing Saw 3220
Heating oven Carbolite, Hope Valley, UK HTCR 6/28 High Temperature Clean Room Oven - HTCR
Hole driller Dremel, Mount Prospect, Illinois Model #4000 4000 High Performance Variable Speed Rotary
Inverted microscope Amscope, Irvine, CA, USA IN480TC-FL-MF603
Lithium niobate substrate PMOptics, Burlington, MA, USA PWLN-431232 4" double-side polished 0.5 mm thick 128° Y-rotated cut lithium niobate
Mask aligner Heidelberg Instruments, Heidelberg, Germany MLA150
Nano3 cleanroom facility UCSD, La Jolla, CA, USA Fabrication process is performed in it.
Negative photoresist Futurrex, NJ, USA NR9-1500PY
Oscilloscope Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, USA InfiniiVision 2000 X-Series
Plasma surface activation PVA TePla, Corona, CA, USA PS100 Tepla Asher
Polarizer sheet Edmund Optics, Barrington, NJ, USA #86-182
RIE etcher Oxford Instruments, Abingdon, UK Plasmalab 100
Signal generator NF Corporation, Yokohama, Japan WF1967 multifunction generator
Sputter deposition Denton Vacuum, NJ, USA Denton 18 Denton Discovery 18 Sputter System
Teflon wafer dipper ShapeMaster, Ogden, IL, USA SM4WD1 Wafer Dipper 4"

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Eijkel, J. C., Van Den Berg, A. Nanofluidics: what is it and what can we expect from it? Microfluidics and Nanofluidics. 1, (3), 249-267 (2005).
  2. Longhurst, M. J., Quirke, N. Temperature-driven pumping of fluid through single-walled carbon nanotubes. Nano Letters. 7, (11), 3324-3328 (2007).
  3. Wang, B., Král, P. Coulombic dragging of molecules on surfaces induced by separately flowing liquids. Journal of the American Chemical Society. 128, (50), 15984-15985 (2006).
  4. Insepov, Z., Wolf, D., Hassanein, A. Nanopumping using carbon nanotubes. Nano Letters. 6, (9), 1893-1895 (2006).
  5. Gong, X., et al. A charge-driven molecular water pump. Nature Nanotechnology. 2, (11), 709 (2007).
  6. Joseph, S., Aluru, N. R. Pumping of confined water in carbon nanotubes by rotation-translation coupling. Physical Review Letters. 101, (6), 064502 (2008).
  7. Rinne, K. F., Gekle, S., Bonthuis, D. J., Netz, R. R. Nanoscale pumping of water by AC electric fields. Nano Letters. 12, (4), 1780-1783 (2012).
  8. Eslamian, M., Saghir, M. Z. Novel thermophoretic particle separators: numerical analysis and simulation. Applied Thermal Engineering. 59, (1-2), 527-534 (2013).
  9. Miansari, M., Friend, J. R. Acoustic Nanofluidics via Room-Temperature Lithium Niobate Bonding: A Platform for Actuation and Manipulation of Nanoconfined Fluids and Particles. Advanced Functional Materials. 26, (43), 7861-7872 (2016).
  10. Minzioni, P., et al. Roadmap for optofluidics. Journal of Optics. 19, (9), 093003 (2017).
  11. Connacher, W., et al. Micro/nano acoustofluidics: materials, phenomena, design, devices, and applications. Lab on a Chip. 18, (14), 1952-1996 (2018).
  12. Ren, Z., et al. Etching characteristics of LiNbO3 in reactive ion etching and inductively coupled plasma. Journal of Applied Physics. 103, (3), 034109 (2008).
  13. Winnall, S., Winderbaum, S. Lithium niobate reactive ion etching. Defence Science and Technology Organization. Salisbury (Australia). No. DSTO-TN-0291 (2000).
  14. Hu, H., Ricken, R., Sohler, W. Etching of lithium niobate: micro-and nanometer structures for integrated optics. Topical Meeting Photorefractive Materials, Effects, and Devices-Control of Light and Matter, Bad Honnef. (2009).
  15. Jackel, J. L., Howard, R. E., Hu, E. L., Lyman, S. P. Reactive ion etching of LiNbO3. Applied Physics Letters. 38, (11), 907-909 (1981).
  16. Smith, S. E. Investigation of nanoscale etching and poling of lithium niobate. Montana State University-Bozeman, College of Engineering. Doctoral dissertation (2014).
  17. Tomita, Y., Sugimoto, M., Eda, K. Direct bonding of LiNbO3 single crystals for optical waveguides. Applied Physics Letters. 66, (12), 1484-1485 (1995).
  18. Howlader, M. M. R., Suga, T., Kim, M. J. Room temperature bonding of silicon and lithium niobate. Applied Physics Letters. 89, (3), 031914 (2006).
  19. Chang, C. M., et al. A parametric study of ICP-RIE etching on a lithium niobate substrate. 10th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems. 485-486 (2015).
  20. Queste, S., et al. Deep reactive ion etching of quartz, lithium niobate and lead titanate. JNTE (Journées Nationales sur les Technologies) Proceedings. (2008).
  21. Xu, J., Wang, C., Tian, Y., Wu, B., Wang, S., Zhang, H. Glass-on-LiNbO3 heterostructure formed via a two-step plasma activated low-temperature direct bonding method. Applied Surface Science. 459, 621-629 (2018).
  22. Tulli, D., Janner, D., Pruneri, V. Room temperature direct bonding of LiNbO3 crystal layers and its application to high-voltage optical sensing. Journal of Micromechanics and Microengineering. 21, (8), 085025 (2011).
  23. Sridhar, M., Maurya, D. K., Friend, J. R., Yeo, L. Y. Focused ion beam milling of microchannels in lithium niobate. Biomicrofluidics. 6, (012819), (2012).
  24. Shilton, R. J., Yeo, L. Y., Friend, J. R. Drilling inlet and outlet ports in brittle substrates. Chips and Tips. Available from: http://blogs.rsc.org/chipsandtips/2011/10/10/drilling-inlet-and-outlet-ports-in-brittle-ubstrates/?doing_wp_cron=1563672390.4860339164733886718750 (2011).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics