通过用于声学纳米流体的尼奥布精锂结合表面声波驱动纳米高通道的制造
Summary
通过提升光刻、纳米深度反应离子蚀刻和室温等离子体，演示了纳米高通道的制造，通过提升光刻、纳米深度反应离子蚀刻和室温等离子体，将表面声波驱动装置集成在硅基硅基硅基上单晶尼欧比锂的表面激活多层粘接，这一工艺同样适用于将氮化锂与氧化物粘接。
Abstract
由于表面和粘性力的支配，流体的受控纳米级操作异常困难。兆赫级表面声波（SAW）装置在其表面产生巨大的加速度，高达108米/s2，反过来负责许多观测到的效应，这些效应已经定义了声流和声辐射力。这些效应已用于微尺度上的粒子、细胞和流体操作，尽管最近SAW已经用于通过一套完全不同的机制在纳米尺度上产生类似的现象。可控纳米级流体操作为超快流体泵送和生物大分子动力学提供了广泛的机会，可用于物理和生物应用。在这里，我们演示通过与 SAW 器件集成的室温锂牛醇（LN）粘合进行纳米级高通道制造。我们描述了整个实验过程，包括通过干蚀刻进行纳米高通道制造、在尼奥布妥锂上进行等离子激活粘接、后续成像的适当光学设置以及 SAW 驱动。在SAW诱导的纳米级通道中，我们展示了流体毛细管填充和流体排泄的代表性结果。本程序为纳米级通道的制造和与SAW器件的集成提供了实用的协议，对于未来的纳米流体应用非常有用。
Introduction
纳米通道中可控制的纳米级流体传输 —纳米流体1– 与大多数生物大分子在相同的长度尺度上发生，在生物分析和传感、医疗诊断和材料加工方面很有前景。在过去的十五年里，纳米流体学中已经开发出各种设计和模拟技术，以操纵流体和粒子悬浮液，这些流体和粒子悬浮液基于温度梯度2、库仑拖曳3、表面波4、静态电场5、6、7和热泳8。最近，SAW 被证明能产生纳米级流体泵送和排水，具有足够的声压，以克服表面和粘性力的支配性，否则会阻碍纳米通道中有效的流体输送。声学流的主要优点是能够驱动纳米结构中的有用流量，而不必担心流体或颗粒悬浮液的化学细节，使得利用该技术的设备立即在生物分析、传感和其他物理化学应用中有用。
SAW 集成纳米流体器件的制造需要在压电基板上制造电极（数字间传感器（IDT）），以方便产生 SAW。反应性子蚀刻 （RIE） 用于在单独的 LN 片中形成纳米级凹陷，两块的 LN-LN 粘合产生有用的纳米通道。SAW器件的制造工艺已在许多出版物中介绍，无论是使用正常或升空的紫外线光刻，同时使用金属溅射或蒸发沉积11。对于LN RIE工艺蚀刻特定形状的通道，研究了蚀刻速率和通道最终表面粗糙度对选择不同LN方向、掩膜材料、气体流量和等离子功率的影响。等离子体表面活化已被用来显著增加表面能量，从而提高在氧化物，如LN17，18，19，20粘合的强度。同样，通过两步等离子体活性粘接方法21，也可以异构地将LN与其他氧化物（如SiO2（玻璃）结合。特别是室温LN-LN粘合，已使用不同的清洗和表面活化处理22进行调查。
在这里，我们详细介绍了制造40兆赫SAW集成100纳米高度纳米通道（通常称为纳米通道）的过程（图1A）。通过SAW驱动进行有效的流体毛细管填充和流体排空证明了纳米光制造和SAW性能在这种纳米级通道中的有效性。我们的方法提供了一个纳米-细胞流体系统，能够调查各种物理问题和生物应用。
Protocol
Representative Results
Discussion
室温粘接是制造SAW集成纳米照明器件的关键。需要考虑五个方面，以确保成功的粘接和足够的粘接强度。
等离子表面激活的时间和功率
增加等离子体功率将有助于增加表面能量，从而增加粘合强度。但是，在等离子体表面激活过程中增加功率的缺点是表面粗糙度的增加，这可能会对纳米光的制造和流体输送性能产生不利影响。已经表明，等离子体表面的激活?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
作者感谢加州大学和加州大学圣地亚哥分校的NANO3设施为支持这项工作提供了资金和设施。这项工作部分在UCSD的圣地亚哥纳米技术基础设施（SDNI）进行，该基础设施是国家纳米技术协调基础设施的成员，得到了国家科学基金会（Grant ECCS_1542148）的支持。这里介绍的工作得到了W.M.Keck基金会的研究资助。作者还感谢海军研究办公室（通过格兰特12368098）对这项工作的支持。
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 | |
| 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" |
Referencias
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