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

我们的协议提供了一种详细的纳米高度通道制造方法，通过纳米流体锂抗氧化氢结合表面声波驱动。该技术可用于执行单晶硝酸锂的室温等离子表面活化多层粘结，该工艺同样适用于硝酸锂或二氧化硅和其他氧化物的粘合。在清洁和等离子体表面激活过程中，应清除任何碎屑和颗粒物，以防止纳米高度通道形成中的粘合失败。

此方法的可视化演示可以详细捕获整个制造过程，从而为其他研究人员清楚地演示协议。要准备纳米高度通道掩膜，请将刻有在升空过程中设计为正常光刻的图案的晶圆放入溅射沉积系统中，将腔室真空度降低为负六毫器的 5 倍至 10 倍至负极六毫托器。允许砷以 2.5 毫托雷流，以 200 瓦的速度溅出铬，在 18 分钟内产生 400 纳米厚的牺牲面膜。

在沉积结束时，将晶圆完全淹没在丙酮烧杯中，并在中等强度下对晶圆进行声波化10分钟。在声波化结束时，用去维化水冲洗晶圆，然后用干氮流干燥晶圆。然后使用切屑锯将晶圆分成单个芯片，每个芯片有一个纳米分纹。

要制造纳米高度通道，请将晶圆放入反应离子蚀刻室。将室参数设置为在锂硝酸中产生 120 纳米深的纳米狭缝。要钻孔通道入口和插座，请使用双面胶带将小钢板连接到培养皿的底部，将蚀刻的芯片连接到板上。

将盘子装满以完全浸入芯片，并在钻机上连接直径为 0.5 毫米的金刚石钻头。然后以每分钟至少 10，000 次旋转的速度进行钻孔，以加工所需的入口和出口。对于铬湿蚀刻，使用金刚石尖端雕刻笔清楚地标记钻孔锂硝酸的扁平化表面，以跟踪纳米高度通道位于哪一侧，并在铬蚀刻中对芯片进行声波化。

对于芯片的溶剂清洗，放置由一个表面声波装置和一个蚀刻纳米级凹陷芯片组成的芯片对，将芯片对浸入放在声波浴的丙酮烧杯中。在丙酮中声波化两分钟后，在甲醇中对芯片进行声波化一分钟。在甲醇声波化结束时，用去维化水冲洗芯片。

接下来，在通风良好的发动机罩中，以一比三的比例将过氧化氢加入硫酸中，并将所有芯片放入特氟隆支架中。小心地将支架放入食人鱼酸的烧杯中 10 分钟，然后将碎屑和支架冲洗到两个连续的脱压水浴中。第二次冲洗后，用干氮流干燥碎屑，并立即将样品放入氧气等离子体活化设备中，在处理过程中盖住它们，以避免污染。

使用 120 瓦的功率，同时将芯片暴露在 120 标准立方厘米的氧气流中 150 秒，使用等离子体激活芯片表面。激活结束时，立即将样品淹没在新鲜的脱水水浴中至少两分钟。用干氮流干燥芯片后，小心地将纳米切片片放在表面声波器件芯片上，使芯片以适当的方向对齐。

然后使用钳子或类似方法从中心压下样品以启动粘结，对初始凹陷后无法粘合的区域施加温和压力。接下来，将粘合样品放在弹簧夹中，以在热膨胀时安全地施加负载，并将夹紧样品放入室温烤箱中。然后将烤箱温度设置为 300 摄氏度，最高为每分钟 2 摄氏度，在自动关闭前停留时间为两小时。

要观察完成的纳米狭缝中的流体运动，请将纳米切片片置于倒置显微镜下，并通过光学路径中的线性偏振滤波器旋转芯片，以适当阻断锂酸酸中双反比图像。然后向入口添加超纯除气水，并成像流体进展。对于表面声波驱动，将吸收器连接到表面声波装置的末端，以防止反射声波，并设置信号发生器上的谐振频率在 40 兆赫左右。

使用放大器放大信号，并使用示波器测量施加到器件的实际电压、电流和功率。然后将正弦电场应用于数字间传感器，并在纳米狭缝内驱动期间记录流体运动。在这些图像中，显示超纯脱越水填充成一个100纳米高400微米宽的通道和一个100纳米高40微米宽的通道。

毛细管力通过入口排出一滴超纯水，使整个纳米狭缝的流体填充，由于毛细管力较大，填充在较窄的通道内发生得更快。在本次实验中，100纳米高度狭缝中的水被排干，以显示水-空气界面，中间的最大长度表示表面声波装置中间的最大声能。需要一瓦左右的阈值施加功率才能迫使声压大于毛细管压力，以驱动可见的排空现象。

大多数制造过程应在洁净室进行，以防止微尺度颗粒物污染，用于灌装的液体应超纯，以防止纳米缝的堵塞。我们的方法提供了一个纳米声学流体系统，用于研究纳米尺度上的各种物理问题和生物应用。