Unser Protokoll bietet eine detaillierte Fertigungsmethode für nano-Höhe-Kanäle mit Oberflächen-Akustikwellenbetätigung über Lithiumniobat für akustische Nanofluidik. Diese Technik kann verwendet werden, um Raumtemperatur Plasmaoberfläche aktiviert Multilayer-Bindung von Einkristall-Lithium-Niobat durchzuführen, ein Verfahren, das ebenso nützlich für die Bindung von Lithium-Niobat oder Siliziumdioxid und anderen Oxiden. Schmutz und Partikel sollten während der Reinigung und der Plasmaoberfläche aktivierten Prozesse entfernt werden, um einen Bindungsausfall in der Nanohöhe kanalbildung zu verhindern.
Eine visuelle Demonstration dieser Methode kann den gesamten Fertigungsprozess im Detail erfassen, was zu einer klaren Darstellung des Protokolls für andere Forscher führt. Um eine Nano-Höhe-Kanalmaske vorzubereiten, legen Sie einen Wafer mit einem Muster eingeschrieben, das als normale Photolithographie in Liftoff-Verfahren konzipiert ist, in ein Sputterabscheidungssystem und ziehen Sie das Kammervakuum auf das fünffache 10 auf den negativen Sechs-Millitorr herunter. Lassen Sie Argon mit 2,5 Millitorr fließen und sputtern Sie Chrom mit 200 Watt, um innerhalb von 18 Minuten eine 400 Nanometer dicke Opfermaske zu erzeugen.
Am Ende der Ablagerung den Wafer vollständig in ein Becher-Aceton-Becher tauchen und den Wafer mit mittlerer Intensität 10 Minuten lang beschallen. Am Ende der Beschallung den Wafer mit entionisiertem Wasser abspülen und den Wafer mit trockenem Stickstoffstrom trocknen. Dann verwenden Sie eine Streusäge, um den Wafer in einzelne Chips mit einem Nano-Schlitzmuster pro Chip zu teilen.
Um den Nano-Höhenkanal herzustellen, legen Sie den Wafer in eine reaktive Ionenätzkammer. Stellen Sie die Kammerparameter so ein, dass ein 120 Nanometer tiefer Nanoschlitz im Lithiumniobat erzeugt wird. Um die Kanaleinlässe und Auslässe zu bohren, verwenden Sie doppelseitiges Klebeband, um eine kleine Stahlplatte an der Unterseite einer Petrischale und den geätzten Chip an der Platte zu befestigen.
Füllen Sie die Schale mit Wasser, um den Chip vollständig einzutauchen und befestigen Sie einen Diamantbohrer mit einem Durchmesser von 0,5 Millimetern an einer Bohrmaschine. Dann bohren Sie mit einer Geschwindigkeit von mindestens 10.000 Umdrehungen pro Minute, um die gewünschten Ein- und Auslässe zu bearbeiten. Für Chrom-Nassätzung verwenden Sie einen Diamant-Spitzen-Gravur-Stift, um die flache, ungeätzte Oberfläche des gebohrten Lithium-Niobats deutlich zu markieren, um zu verfolgen, auf welcher Seite sich der Nanohöhenkanal befindet, und die Späne in Chrom-Etchant zu beschallen.
Zur Lösemittelreinigung der Chips Chippaare, bestehend aus einem Oberflächen-Akustikwellengerät und einem geätzten nanoskaligen Vertiefungschip, platzieren und die Paare in einen Mitenker aus Aceton eintauchen, der mit einem Beschallungsbad platziert ist. Nach zwei Minuten Beschallung in Aceton die Chips in Methanol für eine Minute beschallen. Am Ende der Methanolbeschallung die Chips in entionisiertem Wasser abspülen.
Als nächstes fügen Sie Wasserstoffperoxid zu Schwefelsäure im Verhältnis eins zu drei in einer gut belüfteten Haube hinzu und legen Sie alle Chips in einen Teflonhalter. Legen Sie den Halter 10 Minuten lang vorsichtig in den Becher mit Piranhasäure, bevor Sie die Chips und halter in zwei sequenziellen deionisierten Wasserbädern spülen. Nach der zweiten Spülung trocknen Sie die Späne mit trockenem Stickstoffstrom und legen Sie die Proben sofort in Sauerstoffplasma-Aktivierungsgeräte, die sie während der Handhabung bedeckt halten, um eine Kontamination zu vermeiden.
Aktivieren Sie mit 120 Watt Leistung die Späne 150 Sekunden lang bei 120 Standard-Kubikzentimetern dem Sauerstoffstrom aussetzen, aktivieren Sie die Chipoberflächen mit dem Plasma. Am Ende der Aktivierung die Proben sofort für mindestens zwei Minuten in ein frisches deionisiertes Wasserbad untertauchen. Nach dem Trocknen der Späne mit trockenem Stickstofffluss legen Sie den nano-schlitzenden Chip vorsichtig auf den Oberflächen-Akustikwellen-Gerätechip in der gewünschten Position, wobei die Späne in der entsprechenden Ausrichtung ausgerichtet sind.
Verwenden Sie dann eine Pinzette oder ähnliches, um die Probe von ihrem Zentrum aus nach unten zu drücken, um die Bindung zu initiieren, und übt enden sanften Druck auf Bereiche aus, die sich nach der anfänglichen Depression nicht verkleben konnten. Als nächstes legen Sie die geklebten Proben in eine gefederte Klemme, um trotz thermischer Ausdehnung sicher Lasten zu üben, und legen Sie die geklemmten Proben in einen Raumtemperaturofen. Dann stellen Sie die Ofentemperatur auf 300 Grad Celsius mit einer Rampenrate von maximal zwei Grad Celsius pro Minute mit einer Verweilzeit von zwei Stunden vor der automatischen Abschaltung.
Um die Flüssigkeitsbewegung im fertigen Nanoschlitz zu beobachten, legen Sie den nano-schlitzenden Chip unter ein invertiertes Mikroskop und drehen Sie den Chip durch einen linearen Polarisationsfilter im optischen Pfad, um eine birefreringende Bildverdoppelung im Lithiumniobat entsprechend zu blockieren. Fügen Sie dann ultrareines deionisiertes Wasser in den Einlass ein und stellen Sie den Flüssigkeitsverlauf ab. Für die Oberflächen-Akustikwellenbetätigung befestigen Sie Absorber an den Enden der Oberflächen-Akustikwellenvorrichtung, um reflektierte akustische Wellen zu verhindern, und stellen Sie die Resonanzfrequenz an einem Signalgenerator auf rund 40 Megahertz ein.
Verwenden Sie einen Verstärker, um das Signal zu verstärken und verwenden Sie ein Oszilloskop, um die tatsächliche Spannung, strom und Leistung des Geräts zu messen. Dann wenden Sie ein sinusförmiges elektrisches Feld auf den interdigitalen Wandler an und zeichnen Sie die Flüssigkeitsbewegung während der Betätigung innerhalb des Nanoschlitzes auf. In diesen Bildern ist die Kapillarfüllung von ultrareinem entionisiertem Wasser in einen 100 Nanometer hohen 400 Mikrometer breiten Kanal und einen 100 Nanometer hohen 40 Mikrometer breiten Kanal dargestellt.
Kapillarkräfte ziehen Flüssigkeitsfüllung des gesamten Nanoschlitzes mit einem Tropfen Reinstwasser, das durch den Einlass geleitet wird, und die Füllung erfolgte aufgrund ihrer größeren Kapillarkraft schneller innerhalb des schmaleren Kanals. In diesem Experiment wurde Wasser in einem 100-Nanometer-Höhenschlitz abgelassen, um eine Wasser-Luft-Schnittstelle mit der maximalen Länge in der Mitte zu zeigen, die eine maximale akustische Energie in der Mitte des Oberflächen-Akustikwellengeräts anzeigt. Eine schwelle angewendete Leistung von etwa einem Watt ist erforderlich, um den schallenden Druck zu zwingen, größer als der Kapillardruck zu sein, um ein sichtbares Entleerungsphänomen anzutreiben.
Die meisten Herstellungsverfahren sollten in einem Reinraum durchgeführt werden, um mikroskalige Partikelkontamination zu verhindern, und Flüssigkeit, die für die Füllung verwendet wird, sollte ultrarein sein, um eine Verstopfung des Nanoschlitzes zu verhindern. Unser Ansatz bietet ein nanoakustisches Fluidiksystem zur Untersuchung einer Vielzahl von physikalischen Problemen und biologischen Anwendungen im Nanomaßstab.
