Name: laser-induced forward transfer for flip-chip packaging of single dies
Uploaded: 2015-03-20T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 21 s
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This work was carried out in the framework of the project &#8220;MIRAGE,&#8221; funded by the European Commission within the FP7 program.

1. LIFT-unterstützte Flip-Chip-Bonding HINWEIS: Es gibt drei Stufen der Realisierung der LIFT-unterstützte Flip-Chip-Baugruppen, nämlich-Mikro-Bumping der Substrate mit dem LIFT-Technik, die Befestigung der optoelektronischen Chips auf die gestoßen Substrate mit Thermokompressions-Flip-Chip-Bonding-Verfahren beteiligt sind, und schließlich Verkapselung der verklebten Anordnungen. Jede dieser Stufen wird in den folgenden Abschnitten beschrieben: <ol><li> Micro-Bumping mit LIFT: <ol><li> Für Donor Zubereitung Abscheidung einer Dünnschicht aus dem Spendermaterial auf ein lasertransparentes Trägersubstrat. Für dieses Experiment wurde verdampft ein 200 nm dicker Film aus Indium-Metall auf der Oberseite der Glasträgersubstrat mit den Abmessungen: Durchmesser von 2 inch x 0,05 cm Dicke. HINWEIS: Donor Herstellungsverfahren ist abhängig von der Phase des Spendermaterial, zum Beispiel verwenden die Verdampfung und Sputtern für die Festphasen Donormaterialien und Spin-Beschichtung und Rakeln für Flüssigphasen-Spenders. </li><li> Für Empfänger Vorbereitung, verwenden Glassubstraten mit einer Größe von 5 x 5 x 0,07 cm 3 als Empfänger. Pattern diese Substrate mit den metallischen Kontaktflächen zum Verbinden der OE-Chip und Fan-out-Sondierung Strukturen mittels Photolithographie. Für dieses Experiment Muster 4 um dicke Ni-Au-Bond-Pads und Fan-out-Probing-Tracks auf Glassubstraten Empfänger. </li><li> Als nächstes legen Sie den Spender in Kontakt mit dem Empfänger und montieren Sie den Spender-Empfänger-Baugruppe auf einem computergesteuerten XY-Verschiebetisch. HINWEIS: In Abhängigkeit von der Phase des Gebermaterials (zB Feststoff (Indium) oder Flüssigkeit (Tinte / Paste)), und ihre Dicke, der Spender und der Empfängersubstrate werden bei einer optimalen Trennung, die leicht gesteuert werden kann (beispielsweise durch platziert mit metallischen Abstandhaltern). </li><li> Konzentrieren des einfallenden Laserstrahls auf dem Träger-Donor-Schnittstelle unter Verwendung einer Objektivlinse mit 160 mm Brennweite und Scannen des Strahls (20 um Punktgrße) über der Spender substrate für die Übertragung von Spender-Mikro Stöße auf die Empfänger Anleihe-Pads. Verwenden Sie einen Pikosekunden-Laserquelle von 355 nm Wellenlänge und 12 ps Pulsdauer zu Indiumhöcker auf die Empfänger Anleihe-Pads bei einer Fluenz von 270 mJ / cm 2 zu heben. Hinweis: Die Lasereigenschaften, wie Energie, keine. der Impulse, die Objektivlinse Höhenkoordinaten der genauen Stelle auf dem Empfängersubstrat zum Drucken Spender-Mikro Beulen und das gewünschte Muster übertragen werden präzise durch ein Computerprogramm gesteuert werden. Key experimentellen Parameter (zB Übertragung Einfluss) müssen im Falle der Verwendung eines anderen Laserquelle optimiert werden. </li><li> Für dickere Bodenwellen bewegen Sie den Geber auf eine frische Bereich und wiederholen Sie Schritt 1.1.4 mehrmals. Zum Beispiel, wiederholen Sie Schritt 1.1.4 sechs Mal, um einen Stapel von 6 Indium Unebenheiten auf der jeweils anderen für diesen Versuch gedruckt zu bekommen. Die endgültige angehoben Unebenheiten haben eine durchschnittliche Höhe von ~ 1,5 &amp; mgr; m und einem Durchmesser von 20 um (2). HINWEIS: Für diese experiments das Oberflächenprofil und die Dicke der Erhebungen wurden unter Verwendung eines optischen Profilometers gemessen. Es wurde geprüft, daß die Höcker hatten eine konvex / Kuppel-Morphologie mit einer mittleren Dicke von 1,5 um, gemittelt über den Höckerdurchmesser (wie gelb markiert in Figur 3). Der Grund dafür ist die Tatsache, dass der Spender geschmolzen in dem Laser bestrahlten Zone und der Pellets übertragen dann beim Erreichen der Aufnahmefläche (Indium hat einen niedrigen Schmelzpunkt) wiedererstarrten zurückzuführen. Der Vorteil davon ist, dass es zu einer guten Haftung der gedruckten Bump den VCSEL Kontaktpads führt. </li></ol></li><li> Chip zum Thermokompressionsbonden Substrat (Abbildungen 4-6): <ol><li> Verwenden Sie eine halbautomatische Flip-Chip-Bonder zum Verkleben der optoelektronischen Chips auf die gestoßen Substraten. </li><li> Laden Sie das stieß Empfänger und der Chip auf ihrer jeweiligen Vakuumplatten der Bonder gebunden werden. Setzen Sie den Chip in einem umgedreht Position, dh mit seiner aktiven Fläche facing nach unten. </li><li> Verwenden Sie ein geeignetes Aufnahmewerkzeug und richten Sie sie auf die Mitte des Chips. Verwenden Sie einen nadelförmigen Werkzeug wie in Abbildung 5 dargestellt. Als nächstes wählen Sie den Chip mit dieser Pick-up-Tool. </li><li> Ausrichten der Chipbondanschlußflächen mit den entsprechenden Kontaktflächen auf dem Empfangsmaterialsubstrat mit einer Kamera-Ausrichtungssystem. </li><li> Nach der Ausrichtung Ort des Chips auf dem Substrat. </li><li> Bewerben Wärme (~ 200 ° C) und Druck (12,5 gf / Stoß) gleichzeitig Chip zu realisieren, um elektrische und mechanische Verbindungen Substrat. </li></ol></li><li> Kapselung der Bonding-Anordnungen (Abbildungen 4-6): <ol><li> Verzichtet einen optisch transparenten Klebstoff an den Rändern der verbundenen Anordnung unter Verwendung einer Spritzennadel. Die Verkapselung erhöht die mechanische Zuverlässigkeit der verklebten Anordnungen. Verwenden Sie eine einzelne Komponente UV-härtenden Klebstoff, wie NOA 86 zum Einkapseln der gebundenen Chips. </li><li> Cure den Klebstoff mit einer UV-Lampe für ~ 30 Sekunden. </li></ol></li></ol> 2. Charakterisierung der gebundenen Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL) HINWEIS: Nach der Herstellung der nächste Schritt ist, die elektro-optischen Eigenschaften der verklebten Anordnungen zu beurteilen. Die Licht-Strom-Spannungs (LIV) Kurven der Geräte aufgezeichnet post-Bindung mit einer Sonde entfernt. Folgende Schritte sind für die Prüfung einbezogen: <ol><li> Legen Sie die Flip-Chip-gebundenen Gerät auf eine maßgeschneiderte transparente Bühne. Die Bühne weist ein Loch in der Mitte für einen einfachen Zugang zu dem Licht, das durch den VCSEL emittiert wird gebohrt. </li><li> Legen Sie ein Fotodetektor (PD) unter dem transparenten Bühne und seinem aktiven Bereich mit dem gebundenen Chip mit Hilfe eines Mikroskops auszurichten. </li><li> Genau zu positionieren, die Sondierung Nadeln auf dem Ni-Au Prüfkontaktflächen mit Hilfe eines Mikroskops. </li><li> Spritzen Sie bis zu 10 mA Strom und messen Sie den Spannungsabfall über der VCSEL und das Licht durch sie mit einem Strom- / Spannungsquelle-Meter-Einheit emittiert und ein Leistungsmesser resziehungs. </li></ol>

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	<li>Davis, E., Harding, W., Schwartz, R., Coring, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solid+logic+technology:+versatile,+high+performance+microelectronics.">Solid logic technology: versatile, high performance microelectronics.</a> IBM J. Res. Develop. 8, 102-114 (1964).</li><li>Bigas, M., Cabruja, E., Lozano, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bonding+techniques+for+hybrid+active+pixel+sensors+(HAPS).">Bonding techniques for hybrid active pixel sensors (HAPS).</a> Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 574 (2), 392-400 (2007).</li><li>Bohandy, J., Kim, B. F., Adrian, F. 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Lett. 96, 041104 (2010).</li><li>Xu, J., Liu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser-assisted+forward+transfer+of+multi-spectral+nanocrystal+quantum+dot+emitters.">Laser-assisted forward transfer of multi-spectral nanocrystal quantum dot emitters.</a> Nanotechnology. 18 (2), 025403 (2007).</li><li>Doraiswamy, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excimer+laser+forward+transfer+of+mammalian+cells+using+a+novel+triazene+absorbing+layer.">Excimer laser forward transfer of mammalian cells using a novel triazene absorbing layer.</a> Appl. Surf. Sci. 252 (13), 4743-4747 (2006).</li><li>Papazoglou, S., Raptis, Y. S., Chatzandroulis, S., Zergioti, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=I.A+study+on+the+pulsed+laser+printing+of+liquid+phase+exfoliated+graphene+for+organic+electronics.">I.A study on the pulsed laser printing of liquid phase exfoliated graphene for organic electronics.</a> Appl. Phys. A. , (2014).</li><li>Chatzipetrou, M., Tsekenis, G., Tsouti, V., Chatzandroulis, S., Zergioti, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biosensors+by+means+of+the+laser+induced+forward+transfer+technique.">Biosensors by means of the laser induced forward transfer technique.</a> Appl. Surf. Sci. 278, 250-254 (2013).</li><li>Stewart, J. S., Lippert, T., Nagel, M., Nuesch, F., Wokaun, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Red-green-blue+polymer+light-emitting+diode+pixels+printed+by+optimized+laser-induced+forward+transfer.">Red-green-blue polymer light-emitting diode pixels printed by optimized laser-induced forward transfer.</a> Appl. Phys. Lett. 100 (20), 203303 (2012).</li><li>Kaur, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Waveguide+mode+filters+fabricated+using+laser-induced+forward+transfer.">Waveguide mode filters fabricated using laser-induced forward transfer.</a> Opt. Express. 19 (10), 9814-9819 (2011).</li><li>Kuznetsov, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+fabrication+of+large-scale+nanoparticle+arrays+for+sensing+applications.">Laser fabrication of large-scale nanoparticle arrays for sensing applications.</a> ACS Nano. 5 (6), 4843-4849 (2011).</li><li>Rapp, L., Diallo, A. K., Alloncle, A. P., Videlot-Ackermann, C., Fages, F., Delaporte, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsed-laser+printing+of+organic+thin-film+transistors.">Pulsed-laser printing of organic thin-film transistors.</a> Appl. Phys. Lett. 95 (17), 171109 (2009).</li><li>Bosman, E., Kaur, K. S., Missinne, J., Van Hoe, B., Van Steenberge, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assembly+of+optoelectronics+for+efficient+chip-to-waveguide+coupling.">Assembly of optoelectronics for efficient chip-to-waveguide coupling.</a> , 630-634 (2013).</li><li>Kaur, K. S., Missinne, J., Van Steenberge, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flip-chip+bonding+of+vertical-cavity+surface-emitting+lasers+using+laser-induced+forward+transfer.">Flip-chip bonding of vertical-cavity surface-emitting lasers using laser-induced forward transfer.</a> Appl. Phys. Lett. 104 (6), 061102 (2014).</li><li>Kaur, K. S., al, e. t. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser-induced+forward+transfer+of+focussed+ion+beam+pre-machined+donors.">Laser-induced forward transfer of focussed ion beam pre-machined donors.</a> Appl. Surf. Sci. 257 (15), 6650-6653 (2011).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

In dieser Arbeit haben wir Thermokompressions-Flip-Chip-Bonden der einzelnen VCSEL-Chips unter Verwendung eines laserbasierten Direktschreibtechnik genannt LIFT demonstriert. Die Montageherstellungsschritten beteiligten Druck der Mikro Höcker aus Indium auf die Substratkontaktflächen unter Verwendung des LIFT-Technik. Dies wurde durch Thermokompressions Flip-Chip-Bonden von VCSEL-Chips auf die gestoßen Substrate und schließlich ihre Einkapselung gefolgt. Elektrische, optische und mechani...

Laser-induzierte Vorwärtstransfer (LIFT) ist ein vielseitiges Direkt schreiben additive Herstellungsverfahren für Einzelschritt-Definition-Muster und Materialtransfer mit Mikrometer- und Sub-Mikrometer-Auflösung. In dieser Veröffentlichung berichten wir die Verwendung von LIFT als Bumping-Technik für die Flip-Chip-Packaging von Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslaser (VCSEL) auf einem Chip-Maßstab. Die Flip-Chip ist eine Schlüsseltechnologie in der System Verpackung und Integration von elektronischen und optoelektronischen (OE) Komponenten. Um dichte Integration von Komponenten zu erreichen Fine-Pitch-Bindung ist von wesentlicher Bedeutung. Obwohl Feinausgleich wurde von einigen der Standardtechniken nachgewiesen, aber es gibt eine Lücke in Bezug auf Kombinieren der andere wichtige Merkmale wie Flexibilität, Wirtschaftlichkeit, Geschwindigkeit, Genauigkeit und niedrige Verarbeitungstemperatur. Um diesen Anforderungen gerecht zu zeigen wir, LIFT-unterstützten Thermokompressions-Bondverfahren für Fine-Pitch-Verklebung von OE-Komponenten. In LIFT, ein dünner Film des zu bedruckenden Materials (als Donor bezeichnet) wird auf einer Fläche eines lasertransparentes Trägersubstrat (nachfolgend als Träger bezeichnet) abgeschieden. 1 zeigt das Grundprinzip dieser Technik. Ein einfallender Laserimpuls mit ausreichender Intensität wird dann an dem Träger-Donor-Schnittstelle, die erforderlich ist, um Vorwärtsübertragungs den Spender Pixels von der bestrahlten Zone auf ein anderes Substrat Antriebskraft (im folgenden als Empfänger bezeichnet wird) in enger Nachbarschaft plaziert bietet konzentriert. LIFT wurde zum ersten Mal 1986 von Bohandy als eine Technik, um mikrometergroßen Kupferleitungen zur Reparatur beschädigter Foto-Masken 3 drucken wiesen. Seit der ersten Vorführung diese Technik hat erhebliches Interesse als Mikro-Nano-Fertigungstechnologie zur gesteuerten Musterbildung und das Drucken einer Vielzahl von Materialien wie Keramiken 4 CNTs 5, QD 6 lebende Zellen 7, Graphen gewonnenEn-8, für vielfältige Anwendungen wie zB Bio-Sensoren 9, OLEDs 10, optoelektronische Bauteile 11, Plasmonensensoren 12, Bio-Elektronik 13 und Flip-Chip-Bonding 14,15. LIFT bietet mehrere Vorteile gegenüber den bestehenden Flip-Chip-Bumping und Verbindungstechniken wie Einfachheit, Schnelligkeit, Flexibilität, Wirtschaftlichkeit, hohe Auflösung und Genauigkeit für die Flip-Chip-Verpackung von OE-Komponenten.

<table><tbody><tr><td>Laser source</td><td>3D MicroMac (3DMM)</td><td>2912-295</td><td></td></tr><tr><td>Photodetector</td><td>Newport&amp;nbsp;</td><td>818 series</td><td></td></tr><tr><td>Source measurement unit</td><td>Keithley&amp;nbsp;</td><td>2401</td><td></td></tr><tr><td>Power meter</td><td>Newport&amp;nbsp;</td><td>1930</td><td></td></tr><tr><td>Underfill</td><td>Norlands</td><td>NOA 86</td><td></td></tr><tr><td>UV lamp</td><td>Omnicure</td><td>Series 1000 UV</td><td></td></tr><tr><td>Probe station</td><td>Cascade Microtech</td><td>model 42</td><td></td></tr><tr><td>Flip-chip bonder</td><td>Dr. Tresky</td><td>T-320 X</td><td></td></tr></tbody></table>

laser-induced forward transfer for flip-chip packaging of single dies

Flip-Chip (FC) Verpackung ist eine der Schlüsseltechnologien für die Realisierung hoher Leistung, extrem miniaturisiert und mit hoher Dichte Schaltungen in der Mikroelektronik. Bei dieser Technik wird der Chip und / oder das Substrat angestoßen wird und die beiden werden über diese leitenden Erhebungen verbunden sind. Viele Bumping Techniken entwickelt worden, und seit der Einführung der Technik FC 1960 1 wie Schablonendruck, Stud-Bumping, Eindampfen und strom / Galvanisieren 2 intensiv untersucht. Trotz der Fortschritte, die diese Verfahren hergestellt sie alle von einem leiden oder mehrere Nachteile auf, die angegangen werden, wie beispielsweise Kosten, komplexe Verarbeitungsschritte, hohe Verarbeitungstemperaturen, die Herstellungszeit und vor allem die mangelnde Flexibilität benötigen. In dieser Arbeit zeigen wir eine einfache und kosteneffektive Laserbasis Höckerbildungstechnik, wie Laser-induzierte Vorwärtsübertragungs (LIFT) bekannten 3. Mit dem Lift-Technik eine Vielzahl von Bump-Materialien be in einem einzigen Schritt mit großer Flexibilität, hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit bei RT gedruckt. Darüber hinaus ermöglicht die LIFT-Bumping und Kleben auf Chip-Scale, die kritisch für die Herstellung von Ultra-Miniatur-Schaltkreis ist.

Figur 7 zeigt eine typische LIV Kurve, die von einem der vielen Flip-Chip-gebondet VCSEL Chips aufgezeichnet. Eine gute Übereinstimmung zwischen der gemessenen Lichtleistung an den Lieferanten angegebenen Werte angegeben erfolgreiche Funktionieren des gebundenen Geräte Post-Bindung. Die Kurven wurden ebenfalls aufgezeichnet Priorität und post-Verkapselung und die bei einem Vergleich wurde verifiziert, dass das Verkapselungsmittel hatte keine Auswirkung auf die Funktionalität des Chips (wie in <stron...

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Laser-induced Forward Transfer for Flip-chip Packaging of Single Dies

Wir zeigen die Verwendung des Laser-induzierten Weiterleiten Transfer (LIFT) -Technik für die Flip-Chip-Montage von optoelektronischen Bauelementen. Diese Vorgehensweise stellt eine einfache, kostengünstige, Tieftemperatur, schnelle und flexible Lösung zur Feinabstands Stoßen und Verbinden auf Chipmaßstab zur Erzielung hochdichten Schaltungen für optoelektronische Anwendungen.

Laser-induzierte Vorwärtstransfer für Flip-Chip-Packaging der Einzelstümpfe

Flip-chip (FC) packaging is a key technology for realizing high performance, ultra-miniaturized and high-density circuits in the micro-electronics ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

12.3K Aufrufe.  Ghent University-imec.  Wir zeigen die Verwendung des Laser-induzierten Weiterleiten Transfer (LIFT) -Technik für die Flip-Chip-Montage von optoelektronischen Bauelementen. Diese Vorgehensweise stellt eine einfache, kostengünstige, Tieftemperatur, schnelle und flexible Lösung zur Feinabstands Stoßen und Verbinden auf Chipmaßstab zur Erzielung hochdichten Schaltungen für optoelektronische Anwendungen. 

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Lensless Fluorescent Microscopy on a Chip

On-chip lensless imaging in general aims to replace bulky lens-based optical microscopes with simpler and more compact designs, especially for high-throughput screening applications. This emerging technology platform has the potential to eliminate the need for bulky and/or costly optical components through the help of novel theories and digital reconstruction algorithms. Along the same lines, here we demonstrate an on-chip fluorescent microscopy modality that can achieve e.g., &lt;4&mu;m spatial resolution over an ultra-wide field-of-view (FOV) of &gt;0.6-8 cm2 without the use of any lenses, mechanical-scanning or thin-film based interference filters. In this technique, fluorescent excitation is achieved through a prism or hemispherical-glass interface illuminated by an incoherent source. After interacting with the entire object volume, this excitation light is rejected by total-internal-reflection (TIR) process that is occurring at the bottom of the sample micro-fluidic chip. The fluorescent emission from the excited objects is then collected by a fiber-optic faceplate or a taper and is delivered to an optoelectronic sensor array such as a charge-coupled-device (CCD). By using a compressive-sampling based decoding algorithm, the acquired lensfree raw fluorescent images of the sample can be rapidly processed to yield e.g., &lt;4&mu;m resolution over an FOV of &gt;0.6-8 cm2. Moreover, vertically stacked micro-channels that are separated by e.g., 50-100 &mu;m can also be successfully imaged using the same lensfree on-chip microscopy platform, which further increases the overall throughput of this modality. This compact on-chip fluorescent imaging platform, with a rapid compressive decoder behind it, could be rather valuable for high-throughput cytometry, rare-cell research and microarray-analysis.

A lensless on-chip fluorescent microscopy platform is demonstrated that can image fluorescent objects over an ultra-wide field-of-view of e.g., &#62;0.6-8 cm2 with &#60;4&#956;m resolution using a compressive sampling based decoding algorithm. Such a compact and wide-field fluorescent on-chip imaging modality could be valuable for high-throughput cytometry, rare-cell research and microarray-analysis.

Ohne Linsen auskommt, Fluoreszenz-Mikroskopie auf einem Chip

On-chip lensless imaging in general aims to replace bulky lens-based optical microscopes with simpler and more compact designs, especially for ...

Forschung

Biotechnik

Silicon Metal-oxide-semiconductor Quantum Dots for Single-electron Pumping

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by quantum mechanical effects such as tunneling through single dopants, scattering via interface defects, and discrete trap charge states. However, progress in silicon technology has shown that these phenomena can be harnessed and exploited for a new class of quantum-based electronics. Among others, multi-layer-gated silicon metal-oxide-semiconductor (MOS) technology can be used to control single charge or spin confined in electrostatically-defined quantum dots (QD). These QD-based devices are an excellent platform for quantum computing applications and, recently, it has been demonstrated that they can also be used as single-electron pumps, which are accurate sources of quantized current for metrological purposes. Here, we discuss in detail the fabrication protocol for silicon MOS QDs which is relevant to both quantum computing and quantum metrology applications. Moreover, we describe characterization methods to test the integrity of the devices after fabrication. Finally, we give a brief description of the measurement set-up used for charge pumping experiments and show representative results of electric current quantization.

The fabrication process and experimental characterization techniques relevant to single-electron pumps based on silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots are discussed.

Silicium-Metall-Oxid-Halbleiter-Quantenpunkte für Einzelelektronen Pumping

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by ...

Ingenieurwesen

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data acquisition times with high spatial resolution. In the electronics industry there is serious interest in performing failure analysis on 3D microelectronic packages, many which contain multiple levels of high-density interconnections. Often in tomography there is a trade-off between image resolution and the volume of a sample that can be imaged. This inverse relationship limits the usefulness of conventional computed tomography (CT) systems since a microelectronic package is often large in cross sectional area 100-3,600 mm2, but has important features on the micron scale. The micro-tomography beamline at the Advanced Light Source (ALS), in Berkeley, CA USA, has a setup which is adaptable and can be tailored to a sample&#39;s properties, i.e., density, thickness, etc., with a maximum allowable cross-section of 36 x 36 mm. This setup also has the option of being either monochromatic in the energy range ~7-43 keV or operating with maximum flux in white light mode using a polychromatic beam. Presented here are details of the experimental steps taken to image an entire 16 x 16 mm system within a package, in order to obtain 3D images of the system with a spatial resolution of 8.7 &#181;m all within a scan time of less than 3 min. Also shown are results from packages scanned in different orientations and a sectioned package for higher resolution imaging. In contrast a conventional CT system would take hours to record data with potentially poorer resolution. Indeed, the ratio of field-of-view to throughput time is much higher when using the synchrotron radiation tomography setup. The description below of the experimental setup can be implemented and adapted for use with many other multi-materials.

For this study synchrotron radiation micro-tomography, a non-destructive three-dimensional imaging technique, is employed to investigate an entire microelectronic package with a cross-sectional area of 16 x 16 mm. Due to the synchrotron&#39;s high flux and brightness the sample was imaged in just 3 min&#160;with an 8.7 &#181;m spatial resolution.

Mit Synchrotronstrahlung Mikrotomographie Mehrskalige Dreidimensionale Mikroelektronische Bauteile zur Untersuchung

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

Laser-induced Forward Transfer of Ag Nanopaste

Over the past decade, there has been much development of non-lithographic methods1-3 for printing metallic inks or other functional materials. Many of these processes such as inkjet3 and laser-induced forward transfer (LIFT)4 have become increasingly popular as interest in printable electronics and maskless patterning has grown. These additive manufacturing processes are inexpensive, environmentally friendly, and well suited for rapid prototyping, when compared to more traditional semiconductor processing techniques. While most direct-write processes are confined to two-dimensional structures and cannot handle materials with high viscosity (particularly inkjet), LIFT can transcend both constraints if performed properly. Congruent transfer of three dimensional pixels (called voxels), also referred to as laser decal transfer (LDT)5-9, has recently been demonstrated with the LIFT technique using highly viscous Ag nanopastes to fabricate freestanding interconnects, complex voxel shapes, and high-aspect-ratio structures. In this paper, we demonstrate a simple yet versatile process for fabricating a variety of micro- and macroscale Ag structures. Structures include simple shapes for patterning electrical contacts, bridging and cantilever structures, high-aspect-ratio structures, and single-shot, large area transfers using a commercial digital micromirror device (DMD) chip.

We demonstrate the use of the Laser-induced forward transfer technique (LIFT) for the printing of high-viscosity Ag paste. This technique offers a simple, low temperature, robust process for non-lithographically printing microscale 2D and 3D structures.

Laser-induzierte Vorwärts Übertragung von Ag von Nano

Over the past decade, there has been much development of non-lithographic methods1-3 for printing metallic inks or other functional materials. Many of ...

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few can observe immobilized particles. Moreover, a limited number of studies have experimentally measured the exertable forces on the particles. The designs can be classified as the protruding nanodisk type or the suppressed nanohole type. For the latter, microscopic observation is extremely challenging. In this paper, a new plasmonic tweezer system is introduced to monitor particles, both in directions parallel and orthogonal to the symmetric axis of a plasmonic nanohole structure. This feature enables us to observe the movement of each particle near the rim of the nanohole. Furthermore, we can quantitatively estimate the maximal trapping forces using a new fluidic channel.

A microchip fabrication process that incorporates plasmonic tweezers is presented here. The microchip enables the imaging of a trapped particle to measure maximal trapping forces.

Plasmonische Trapping und Freisetzung von Nanopartikeln in einer Monitoring-Umgebung

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

Multicolor Fluorescence Detection for Droplet Microfluidics Using Optical Fibers

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as multiplex assays, enzyme evolution, and molecular biology enhanced cell sorting require the detection of two or more colors of fluorescence. Standard multicolor detection systems that couple free space lasers to epifluorescence microscopes are bulky, expensive, and difficult to maintain. In this paper, we describe a scheme to perform multicolor detection by exciting discrete regions of a microfluidic channel with lasers coupled to optical fibers. Emitted light is collected by an optical fiber coupled to a single photodetector. Because the excitation occurs at different spatial locations, the identity of emitted light can be encoded as a temporal shift, eliminating the need for more complicated light filtering schemes. The system has been used to detect droplet populations containing four unique combinations of dyes and to detect sub-nanomolar concentrations of fluorescein.

Multicolor fluorescence detection in droplet microfluidics typically involves bulky and complex epifluorescence microscope-based detection systems. Here we describe a compact and modular multicolor detection scheme that utilizes an array of optical fibers to temporally encode multicolor data collected by a single photodetector.

Mehrfarbenfluoreszenzdetektion für Droplet Mikrofluidik Verwendung von Optical Fibers

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as ...

Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments

Described is an experimental procedure that enables high-power laser irradiation of microfabricated targets. Targets are brought to the laser focus by a closed feedback loop that operates between the target manipulator and a ranging sensor. The target fabrication process is explained in detail. Representative results of MeV-level proton beams generated by irradiation of 600 nm thick gold foils at a rate of 0.2 Hz are given. The method is compared with other replenishable target systems and the prospects of increasing the shot rates to above 10 Hz are discussed.

A protocol is presented for automated irradiation of thin gold foils with high intensity laser pulses. The protocol includes a step-by-step description of the micromachining target fabrication process and a detailed guide for how targets are brought to the laser&#39;s focus at a rate of 0.2 Hz.

Automatisierte Lieferung von mikrofabrizierten Targets für intensive Laserbestrahlungsexperimente

Described is an experimental procedure that enables high-power laser irradiation of microfabricated targets. Targets are brought to the laser focus by a ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to entry for non-specialists who would benefit greatly from the ability to develop their own microfluidic devices to address research questions. Particularly lacking has been the open dissemination of protocols related to photolithography, a key step in the development of a replica mold for the manufacture of polydimethylsiloxane (PDMS) devices. While the fabrication of single height silicon masters has been explored extensively in literature, fabrication steps for more complicated photolithography features necessary for many interesting device functionalities (such as feature rounding to make valve structures, multi-height single-mold patterning, or high aspect ratio definition) are often not explicitly outlined. 
Here, we provide a complete protocol for making multilayer microfluidic devices with valves and complex multi-height geometries, tunable for any application. These fabrication procedures are presented in the context of a microfluidic hydrogel bead synthesizer and demonstrate the production of droplets containing polyethylene glycol (PEG diacrylate) and a photoinitiator that can be polymerized into solid beads. This protocol and accompanying discussion provide a foundation of design principles and fabrication methods that enables development of a wide variety of microfluidic devices. The details included here should allow non-specialists to design and fabricate novel devices, thereby bringing a host of recently developed technologies to their most exciting applications in biological laboratories.

Multilayer microfluidic devices often involve the fabrication of master molds with complex geometries for functionality. This article presents a complete protocol for multi-step photolithography with valves and variable height features tunable to any application. As a demonstration, we fabricate a microfluidic droplet generator capable of producing hydrogel beads.

Mehrstufige Höhenverstellbarem Lithografie für Valved Mehrschichtige Mikrofluidiksysteme

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

High-resolution Volume Imaging of Neurons by the Use of Fluorescence eXclusion Method and Dedicated Microfluidic Devices

Volume is an important parameter regarding physiological and pathological characteristics of neurons at different time scales. Neurons are quite unique cells regarding their extended ramified morphologies and consequently raise several methodological challenges for volume measurement. In the particular case of in vitro neuronal growth, the chosen methodology should include sub-micrometric axial resolution combined with full-field observation on time scales from minutes to hours or days. Unlike other methods like cell shape reconstruction using confocal imaging, electrically-based measurements or Atomic Force Microscopy, the recently developed Fluorescence eXclusion method (FXm) has the potential to fulfill these challenges. However, although being simple in its principle, implementation of a high-resolution FXm for neurons requires multiple adjustments and a dedicated methodology. We present here a method based on the combination of fluorescence exclusion, low-roughness multi-compartments microfluidic devices, and finally micropatterning to achieve in vitro measurements of local neuronal volume. The high resolution provided by the device allowed us to measure the local volume of neuronal processes (neurites) and the volume of some specific structures involved in neuronal growth, such as growth cones (GCs).

Volume is an important parameter regarding physiological and pathological characteristics of cells. We describe a fluorescent exclusion method allowing full-field measurement of in vitro neuronal volume with sub-micrometric axial resolution required for the analysis of neurites and dynamic structures implied in neuronal growth.

Hochauflösende Volume Imaging von Neuronen durch den Einsatz von Fluoreszenz-Ausschluss Methode und mikrofluidischen Geräten gewidmet

Volume is an important parameter regarding physiological and pathological characteristics of neurons at different time scales. Neurons are quite unique ...

Neurowissenschaften

Microfabrication of Implantable Optics Integrated in a Microstructured Imaging Window for Advanced In Vivo Imaging

In the context of biomaterials and drug testing in animal models, this study presents a streamlined protocol for fabricating a novel implantable integrated imaging window. The micro-device comprises a sophisticated system of microlenses coupled with micro-scaffolds specifically designed for in vivo quantification of the immune response using advanced non-linear excitation microscopy. The protocol is based on two-photon polymerization (2PP) of the biocompatible photoresist SZ2080, which enables the fabrication of micro-scaffolds and micro-lenses in a continuous sequence to enhance manufacturing efficiency and precision. To further improve speed, accuracy, and structural integrity, a hybrid optics fabrication approach was implemented, involving the 2PP of the microlens outer shell followed by UV bulk crosslinking of the inner core. This innovative technique optimizes the optical properties of the microlenses while streamlining the production process. The resulting micro-device demonstrates high reproducibility and mechanical stability, making it an effective method for prototyping microscale optical systems for a range of biomedical applications.

This protocol describes the fabrication of an implantable integrated imaging window using 3D laser printing. The window consists of a system of microlenses coupled with micro-scaffolds. The method involves two-photon polymerization (2PP) of the biocompatible photoresist SZ2080 in a continuous sequence, optimizing manufacturing efficiency and alignment between the different components.

Mikrofabrikation von implantierbaren Optiken, die in ein mikrostrukturiertes Bildgebungsfenster integriert sind, für fortschrittliche In-vivo-Bildgebung