리튬 니오바테에 표면 음향 파 장치의 제조
Summary
두 가지 제조 기술, 리프트 오프 및 습식 에칭, 압전 기판에 디지털 전극 변환기를 생산에 설명, 리튬 niobate, 널리 표면 음향 파를 생성하는 데 사용되는 나노 스케일 유체에 마이크로에서 광범위한 유틸리티를 찾는. 생산된 전극은 레일리 표면 음향파를 효율적으로 유도하는 것으로 나타났다.
Abstract
작은 규모의 음향 작동에 의한 유체 및 입자를 조작하면 랩 온 어칩 애플리케이션의 급속한 성장을 돕고 있습니다. Megahertz 주문 표면 음향 파 (SAW) 장치는 표면에 엄청난 가속을 생성, 최대 108 m/s2,차례로 acoustofluidics를 정의하기 위해 온 관찰 효과의 많은 책임: 음향 스트리밍 및 음향 방사선 힘. 이러한 효과는 마이크로 스케일에서 입자, 세포 및 유체 처리에 사용되었으며 나노 스케일에서도 사용되었습니다. 이 논문에서 우리는 명시적으로 리튬 niobate에 SAW 장치의 두 가지 주요 제조 방법을 보여줍니다 : 리프트 오프 및 젖은 에칭 기술의 세부 사항은 단계별로 설명된다. 기판에 증착된 전극 패턴에 대한 대표적인 결과와 표면에 생성된 SAW의 성능은 상세히 표시됩니다. 제작 트릭과 문제 해결도 적용됩니다. 이 절차는 향후 미세 유체 화 응용 프로그램에 대한 고주파 SAW 장치 제조 및 통합을위한 실용적인 프로토콜을 제공합니다.
Introduction
원자 이폴이 전기장의 적용에 대응하는 변형을 생성하는 잘 알려진 역 압전 효과에 의존하여, 리튬 닐로바테 LiNbO3 (LN), 리튬 탄탈라이트 LiTaO 3 (LT)와 같은 압전 결정은,마이크로 스케일 응용1,2,,3,3 34,5, 5,마이크로스케일 응용 제품에 대한SAW를생성하는 전기 기계 변환기로 사용할 수 있습니다.6 10-1000 MHz에서 최대 1nm의 변위 발생을 가능하게 함으로써 SAW 구동 진동은 소형 가속, 대형 파장 및 대형 장치 크기와 같은 전통적인 초음파의 전형적인 장애물을 극복합니다. 유체 및 중단된 입자를 조작하기 위한 연구가 최근 가속화되었으며,7최근7, 8,8,9,,10에대한 많은 수의 리뷰가 있습니다.
SAW 통합 미세 유체 장치의 제조는 SAW를 생성하기 위해 압전 기판에 있는 디지털 트랜스듀서(IDT) 11)인전극의 제조가 필요합니다. 빗 모양의 손가락은 교대전기 입력에 연결하면 기판의 압축과 장력을 생성합니다. SAW 장치의 제조는 금속 스퍼터 또는 습식 에칭공정(10)과함께 리프트 오프 자외선 광석 촬영을 사용하든 많은 간행물에 제시되었다. 그러나 이러한 장치를 제작하는 데 있어 지식과 기술이 부족한 것은 오늘날에도 많은 연구 그룹이 유수 학적 유체학에 진입하는 데 핵심 적인 장벽입니다. 리프트오프기술(12,,13,,14)의경우, 역패턴을 가진 희생층(photoresist)이 표면에 생성되어, 대상 재료(metal)가 전체 웨이퍼에 증착될 때, 원하는 부위의 기판에 도달할 수 있고, 나머지 사진 저항을 제거하는 “리프트오프” 단계. 대조적으로, 습식 에칭공정(15,,16,,17,,18)에서금속은 먼저 웨이퍼에 증착된 다음, 포토레지스트는 금속에 직접 패턴으로 생성되어 금속 에탕트에 의해 원하는 영역을 “에칭”으로부터 보호한다.
가장 일반적으로 사용되는 설계에서, 직선 IDT, SAW 장치의 공진 주파수의 파장은 손가락 쌍의 주기성에 의해 정의되며, 손가락 너비와 손가락 사이의 간격은 모두 
/419이다. 기판에 대한 전류 전송 효율과 질량 하중 효과의 균형을 맞추기 위해, 압전 재료에 증착된 금속의 두께는 SAW파장(20)의약 1%로 최적화된다. 오믹손실(21)의국산 가열은 조기 손가락 고장을 유발할 수 있으며, 금속이 부족하면 발생할 수 있다. 한편, 지나치게 두꺼운 금속 필름은 대량 적재 효과로 인해 IDT의 공진 주파수를 감소시킬 수 있으며, IDT로부터 의도하지 않은 음향 캐비티를 생성할 수 있으며, 주변 기판에서 발생하는 음향 파를 분리할 수 있다. 그 결과, 선택한 포토레지스트 및 UV 노출 파라미터는 SAW 장치의 다양한 설계, 특히 주파수에 따라 리프트 오프 기술에 따라 다릅니다. 여기서는 양면 연마 된 0.5mm 두께의 128 ° Y 회전 컷 LN 웨이퍼에 100 MHz SAW 생성 장치를 생산하는 리프트 오프 프로세스뿐만 아니라 동일한 디자인의 100 MHz 장치를 제작하는 젖은 에칭 공정을 자세히 설명합니다. 우리의 접근 방식은 다양한 물리적 인 문제와 생물학적 응용 프로그램의 조사를 가능하게하는 미세 유체 시스템을 제공합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
두 방법 중 에서 제작된 SAW 장치는 표면에 유용한 이동 파를 생성할 수 있으며 이러한 방법은 다른 설계를 생성하기 위해 보다 복잡한 프로세스를 뒷받침합니다. 공진 주파수는 일반적으로 상단에 증착된 금속의 질량 하중 효과로 인해 설계된 값보다 약간 낮습니다. 그러나 문제를 피하기 위해 논의 할 가치가있는 몇 가지 사항이 여전히 있습니다.
리프트 오프 방법</stro…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 캘리포니아 대학과 UC 샌디에고의 NANO3 시설에 감사하여이 작업을 지원하는 기금과 시설을 제공했습니다. 이 작품은 국립 과학 재단 (그랜트 ECCS-1542148)에 의해 지원되는 국립 나노 기술 조정 인프라의 회원 UCSD의 샌디에고 나노 기술 인프라 (SDNI)에서 부분적으로 수행되었다. 여기에 제시 된 작품은 W.M. Keck 재단의 연구 보조금에 의해 관대하게 지원되었다. 저자는 또한 해군 연구 실 (그랜트 12368098을 통해)에 의해이 작품의 지원에 감사드립니다.
Materials
| 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 |
Referenzen
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