Este trabajo fue financiado por las subvenciones de la NSF DMR-0605716 y DMR-1101189. Además, se utilizó el Cornell NanoScale Science and Technology Center para cultivar y modelar los óxidos. Les damos las gracias por su ayuda. Uno de nosotros FMG está agradecido por el apoyo de la Cátedra Moti Lal Rustgi.

1. Antes de la unión, preparación de la oblea
Este paso, a excepción de 1.8, se realiza en la sala limpia de la Instalación a Nanoescala de Cornell.
<ol><li>Cultive los óxidos en un horno de oxidación térmica estándar utilizando un proceso de óxido húmedo para óxidos gruesos y, para lograr un mejor control del espesor, un proceso de óxido seco para óxidos muy delgados. Compruebe el grosor para la uniformidad sobre la oblea completa con elipsometría.</li>
	<li>Cree una máscara para la geometría que desea grabar.</li>
	<li>Gire fotorresistentes en las obleas que se están grabados.</li>
	<li>Exponga, desarrolle y hornee una oblea de prueba y examine con un microscopio apropiado.</li>
	<li>Si la oblea de prueba se expone como se desea, grabe la oblea de prueba. La relación entre el espesor del óxido y la dimensión de la característica lateral determinará si un grabado húmedo o seco es apropiado. Dado que los grabados húmedos son isótropos, no producirán paredes verticales en el óxido. En muchos casos esto no importa. Si se desean paredes verticales, se puede usar grabado de iones de reacción. Si el grabado es exitoso, proceda con las otras obleas. A menudo, las propiedades hidrofóbicas / hidrofílicas de Si y SiO2 se pueden utilizar para ver si el proceso de grabado ha sido exitoso.</li>
	<li>Retire el fotorresistentes de las obleas. Para la mayoría de los fotorresistas, esto se puede hacer inicialmente con alcohol isopropílico y acetona. Sin embargo, una pequeña cantidad de resistencia aún permanecerá en las obleas. Esta resistencia debe eliminarse por completo para lograr una buena unión.</li>
	<li>Utilice un breve proceso de descumming de oxígeno de 20 minutos en un grabador de iones reactivo. Esto eliminará cualquier fotorresistentes que quede en las obleas. Sin embargo, esto también agregará algunas capas de óxido al silicio expuesto. Esto es típicamente 1-4 nm15.</li>
	<li>Perfore el agujero de llenado en la oblea superior. Esto se puede hacer con brocas con punta de diamante y lubricación de corte inteligente (consulte Materiales para obtener más detalles del fabricante). Enjuague el corte inteligente inmediatamente después de perforar con agua desionizada. La perforación también se puede hacer usando una pasta de diamante con arena de 3-9 μm para llenar agujeros de más de ~ 0.124 cm de diámetro. Smart-cut se puede utilizar de nuevo para la lubricación. Utilizamos una pequeña prensa de perforación de precisión a 1.000-2.000 rpm.</li>
</ol>2. Preparación de la unión
<ol><li>Con el fin de unir obleas, la limpieza es primordial. Hay algunos pasos que se deben tomar para limpiar las obleas. Primero, limpie con baños RCA.<ol>
<li>Enjuague las obleas en agua desionizada (DI).</li>
		<li>Limpiar en baño ácido "RCA". El baño ácido RCA es H2O:H2O2:HClcon las proporciones de 5:1:1. Coloque las obleas en ácido RCA a 80 °C durante 15 min con los lados estampados hacia arriba. Este paso eliminará cualquier contaminación metálica.</li>
		<li>Retire las obleas del ácido y enjuague en baño de agua DI durante 5 min.</li>
		<li>Limpie en la base "RCA" a continuación. La base RCA es H2O:H2O2:NH4OH con las proporciones de 10:2:1. Coloque las obleas en base RCA de 80 °C durante 15 min con los lados estampados hacia arriba. Este paso eliminará cualquier contaminación orgánica.</li>
		<li>Enjuague las obleas en el baño de agua DI durante ~ 15 min.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Las obleas deben retirarse del baño de agua DI y permanecer limpias para que se produzca una unión adecuada. Esto se hace en dos pasos:<ol>
<li>En primer lugar, coloque las obleas con sus lados grabados estampados uno frente al otro en un mandril de teflón en una microcámara limpia, como se muestra en la Figura 3B. Están separados por pestañas de teflón de ~ 1 mm. Rocíe agua desionizada entre las obleas mientras giran lentamente (~ 10-60 rpm) durante ~ 2 min para eliminar cualquier contaminación por partículas. Una película de agua se dejará entre las obleas en este punto. Esto evita la contaminación por polvo antes del siguiente paso.</li>
		<li>Cubra las obleas con la tapa de acrílico transparente y haga girar las obleas en seco durante ~ 30 min a 3.000 rpm. Utilice una lámpara de calor infrarrojo de 250 W para ayudar al proceso de secado. El giro rápido atraerá cualquier contaminante de partículas con la eyección de la película de agua, como en la Figura 3C.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Antes de retirar la tapa sobre las obleas, retire las pestañas que separan las obleas girando la tapa. Esto hará que las obleas entren en contacto local con luz mientras aún están en la cámara de microlimpieza. Ahora las obleas se pueden quitar con seguridad de la cámara microlimpie en su portador. El espacio muy pequeño de aproximadamente 1 μm entre las obleas minimizará la contaminación por polvo durante este paso. Además, no recoja las obleas con pinzas en este punto, ya que esto iniciaría la unión asimétrica. En su lugar, transporte las obleas con el uso del soporte extraíble en la prensa del cenador.</li>
</ol>3. Unión de oblea
<ol><li>Presione las dos obleas juntas usando una prensa de cenador y una bola bastante rígida y lisa (Nerf). La bola Nerf se utiliza para aplicar presión a las obleas desde el centro hacia afuera. La presión aplicada de esta manera permite que el aire atrapado sea empujado hacia fuera a medida que la onda de unión se extiende desde el centro hacia afuera. El inicio de la unión en el centro minimiza las tensiones que se acumulan a medida que las obleas se perfilan entre sí. Las obleas tienen una planitud de estado libre de aproximadamente 1 μm, mientras que las brechas logradas en la unión son uniformes dentro de unos pocos nm. Por lo tanto, las obleas deben distorsionarse de su estado libre para lograr esto.<ol>
<li>Compruebe la unión buscando franjas de interferencia utilizando una fuente de luz infrarroja y un detector con un filtro de paso de 1 μm de altura. Las imágenes de muestra se muestran en las figuras 4 y 5. Los flecos de interferencia (anillos de Newton) aparecerán si hay una unión deficiente. Si la vinculación es buena, se puede proceder al paso 3.3. Si la vinculación es pobre y hay nouniformidades, proceda de la siguiente manera.</li>
		<li>Coloque la celda en un plano óptico, cubra con papel de filtro para proteger y amortiguar la oblea superior, y presione las obleas junto con pinzas de oblea. Empuje las "burbujas" descongestionadas hacia el medio (donde está el agujero de llenado) o hacia los bordes. Tenga cuidado al aplicar la fuerza cerca de los bordes ya que las obleas pueden estar ligeramente desplazadas de centro a centro. Por lo tanto, la presión cerca de los bordes puede hacer que la oblea superior se agriete si sobresale de la oblea inferior.</li>
		<li>Si las irregularidades de unión persisten o una partícula de polvo es evidente, divida las obleas cuñando una cuchilla de afeitar entre ellas. Repita el proceso desde el principio (paso 2.1.1). Hasta este punto, la unión es reversible. Las obleas se pueden rebonded en RT muchas veces mientras que intenta conseguir la unión aceptable.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Después de obtener la unión rt aceptable, se procede a recocer las obleas. Es necesario alcanzar temperaturas superiores a 900 °C para estar seguros de un recocido adecuado5,6.<ol>
<li>Estacione la celda en un mandril de vacío de cuarzo de tal manera que el orificio de llenado se centre sobre el orificio de bombeo en el mandril. El mandril está conectado a un tubo de bombeo de cuarzo que se utiliza para evacuar la celda antes y durante el proceso de recocido. Este tubo se extiende fuera del horno. La evacuación de la célula hace que se aplique una presión de una atmósfera a la célula. Esto ayudará con la unión. El bombeo también es necesario para evitar la acumulación de presión si la temperatura del horno aumenta demasiado rápido. El tiempo que se tarda en reducir significativamente la presión en la celda dependerá de la geometría dentro de la celda.</li>
		<li>Para evitar el crecimiento de óxido en el exterior de la célula, purgar la cámara del horno con un gas no reaccionante, típicamente 4He, para que no se cultive óxido.</li>
		<li>Para permitir que las cepas tengan tiempo para relajarse, es importante aumentar las temperaturas de 250-1,200 ° C en el transcurso de ~ 4 horas. Después de permanecer a 1.200 °C durante al menos 4 horas, apague el horno.</li>
		<li>Deje que el sistema se enfríe a RT.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Analice la célula una vez más utilizando la fuente de luz infrarroja y el detector como se muestra en la Figura 6. Si el recocido fue bien, la célula se verá tan bien, o a menudo mejor que, cuando se puso inicialmente en el horno. Si hay franjas inaceptables que indican una mala vinculación, todo el proceso debe repetirse desde el principio; sin embargo, esto debe hacerse con obleas nuevas. Una vez recocido, el enlace entre las obleas es permanente y no hay división posible.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Gasparini, F. M., Kimball, M. O., Mooney, K. P., Diaz-Avila, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Finite-size+scaling+of+He-4+at+the+superfluid+transition.">Finite-size scaling of He-4 at the superfluid transition.</a> Rev. Mod. Phys. 80, 1009-1059 (2008).</li><li>Mehta, S., Kimball, M. O., Gasparini, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superfluid+transition+of+He-4+for+two-dimensional+crossover,+heat+capacity,+and+finite-size+scaling.">Superfluid transition of He-4 for two-dimensional crossover, heat capacity, and finite-size scaling.</a> J. Low Temp. Phys. 114, 467-521 (1999).</li><li>Reppy, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superfluid-Helium+in+Porous-Media.">Superfluid-Helium in Porous-Media.</a> J. Low Temp. Phys. 87, 205-245 (1992).</li><li>Mehta, S., 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=Silicon+wafers+at+sub-mu+m+separation+for+confined+He-4+experiments.">Silicon wafers at sub-mu m separation for confined He-4 experiments.</a> Czech. J. Phys. 46, 133-134 (1996).</li><li>Tong, Q. Y., Cha, G. H., Gafiteanu, R., Gosele, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Low-Temperature Wafer Direct Bonding. J. Microelectromech. S. 3, 29-35 (1994).</li><li>Tong, Q. Y., Gosele, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semiconductor+Wafer+Bonding+-+Recent+Developments.">Semiconductor Wafer Bonding - Recent Developments.</a> Mater. Chem. Phys. 37, 101-127 (1994).</li><li>Gosele, U., Tong, Q. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semiconductor+wafer+bonding.">Semiconductor wafer bonding.</a> Annu. Rev. Mater. Sci. 28, 215-241 (1998).</li><li>Rhee, I., Petrou, A., Bishop, D. J., Gasparini, F. 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+Si-Wafers+at+Uniform+Separation.">Bonding Si-Wafers at Uniform Separation.</a> Physica B. 165, 123-124 (1990).</li><li>Rhee, I., Gasparini, F. M., Petrou, A., Bishop, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Si+Wafers+Uniformly+Spaced+-+Bonding+and+Diagnostics.">Si Wafers Uniformly Spaced - Bonding and Diagnostics.</a> Rev. Sci. Instrum. 61, 1528-1536 (1990).</li><li>Perron, J. K., Kimball, M. O., Mooney, K. P., Gasparini, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+behavior+of+coupled+4He+regions+near+the+superfluid+transition.">Critical behavior of coupled 4He regions near the superfluid transition.</a> Phys. Rev. B. 87, (2013).</li><li>Perron, J., Gasparini, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Specific+Heat+and+Superfluid+Density+of+4He+near+T+&#955;+of+a+33.6+nm+Film+Formed+Between+Si.">Specific Heat and Superfluid Density of 4He near T &#955; of a 33.6 nm Film Formed Between Si.</a> , 1-10 (2012).</li><li>Perron, J. K., Gasparini, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+Point+Coupling+and+Proximity+Effects+in+He-4+at+the+Superfluid+Transition.+.">Critical Point Coupling and Proximity Effects in He-4 at the Superfluid Transition. .</a> Phys. Rev. Lett.. 109, (2012).</li><li>Gasparini, F. M., Kimball, M. O., Mehta, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adiabatic+fountain+resonance+for+He-4+and+He-3-He-4+mixtures.">Adiabatic fountain resonance for He-4 and He-3-He-4 mixtures.</a> J. Low Temp. Phys. 125, 215-238 (2001).</li><li>Corruccini, R. J., Gniewek, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+expansion+of+technical+solids+at+low+temperatures;+a+compilation+from+the+literature.">Thermal expansion of technical solids at low temperatures; a compilation from the literature.</a> U.S. Dept. of Commerce, National Bureau of Standards. , (1961).</li><li>Kahn, H., Deeb, C., Chasiotis, I., Heuer, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anodic+oxidation+during+MEMS+processing+of+silicon+and+polysilicon:+Native+oxides+can+be+thicker+than+you+think.">Anodic oxidation during MEMS processing of silicon and polysilicon: Native oxides can be thicker than you think.</a> J. Microelectromech. S. 14, 914-923 (2005).</li><li>Tong, Q. Y., Gosele, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thickness+Considerations+in+Direct+Silicon-Wafer+Bonding.">Thickness Considerations in Direct Silicon-Wafer Bonding.</a> J. Electrochem. Soc. 142, 3975-3979 (1995).</li><li>Corbino, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Azioni+Elettromagnetiche+Doyute+Agli+Ioni+dei+Metalli+Deviati+Dalla+Traiettoria+Normale+per+Effetto+di+un+Campo.">Azioni Elettromagnetiche Doyute Agli Ioni dei Metalli Deviati Dalla Traiettoria Normale per Effetto di un Campo.</a> Nuovo Cim. 1, 397-420 (1911).</li><li>Diaz-Avila, M., Kimball, M. O., Gasparini, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Behavior+of+He-4+near+T-lambda+in+films+of+infinite+and+finite+lateral+extent.">Behavior of He-4 near T-lambda in films of infinite and finite lateral extent.</a> J. Low Temp. Phys. 134, 613-618 (2004).</li><li>Dimov, S., 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=Anodically+bonded+submicron+microfluidic+chambers.">Anodically bonded submicron microfluidic chambers.</a> Rev. Sci. Instrum. 81, (2010).</li><li>Duh, A., 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=Microfluidic+and+Nanofluidic+Cavities+for+Quantum+Fluids+Experiments.">Microfluidic and Nanofluidic Cavities for Quantum Fluids Experiments.</a> J. Low Temp. Phys. 168, 31-39 (2012).</li></ol>

No tenemos nada que revelar.

El desarrollo de una litografía de silicio adecuada en combinación con la unión directa de obleas nos ha permitido hacer recintos herméticos al vacío con pequeñas dimensiones altamente uniformes en toda el área completa de una oblea de silicio de 5 cm de diámetro. Estos cerramientos nos han permitido estudiar el comportamiento del líquido 4he en la vecindad de sus transiciones de fase de un líquido normal a un superfluido. Estos estudios han verificado predicciones de escalado de tamaño finito, así...

Cuando las obleas de silicio limpias entran en contacto íntimo en RT, se sienten atraídas entre sí a través de las fuerzas de van der Waals y forman enlaces locales débiles. Esta unión se puede hacer mucho más fuerte mediante el recocido a temperaturas más altas5,6. La unión se puede hacer con éxito con superficies de SiO2 a Si o SiO2 a SiO2. La unión de obleas de Si se utiliza más comúnmente para el silicio en dispositivos aislantes, sensores y actuadores basados en silicio y dispositivos ópticos7. El trabajo descrito aquí toma la unión directa de obleas en una dirección diferente al usarla para lograr recintos bien definidos y espaciados uniformemente en toda el área de la oblea8,9. Tener una geometría bien definida donde se puede introducir el fluido permite realizar mediciones para determinar el efecto del confinamiento en las propiedades del fluido. Los flujos hidrodinámicos se pueden estudiar donde la pequeña dimensión se puede controlar desde decenas de nanómetros hasta varios micrómetros.
El SiO2 se puede cultivar en obleas de Si utilizando un proceso de óxido térmico húmedo o seco en un horno. El SiO2 puede ser modelado y grabado como se desee utilizando técnicas litográficas. Los patrones que se han utilizado en nuestro trabajo incluyen un patrón de postes de soporte ampliamente espaciados que resulta en la unión en una geometría plana o de película (ver Figura 1). También hemos modelado canales para características unidimensionales, y matrices de cajas, ya sea de (1 μm)3 o (2 μm)3 dimensión1 (ver Figura 2). Al diseñar un confinamiento con cajas, típicamente 10-60 millones en una oblea, debe haber una manera de llenar todas las cajas individuales. Un patrón separado de la oblea superior con un diseño que se destaca de las dos obleas por 30 nm o más permite esto. O, equivalentemente, se pueden diseñar canales poco profundos en la oblea superior para que todas las cajas estén vinculadas. El espesor del óxido cultivado en la oblea superior es diferente del de la oblea inferior. Esto añade otro grado de flexibilidad y complejidad al diseño. Ser capaz de modelar ambas obleas permite realizar una mayor variedad de geometrías de confinamiento.
El tamaño de las características geométricas en estas obleas unidas, o celdas, puede variar. Las células con películas planas tan pequeñas como 30 nm se han hecho con éxito10,11. En los espesores por debajo de esto, el sobrebonos puede tener lugar por el cual las obleas se doblan alrededor de los postes de soporte, lo que "sella" la célula. Recientemente, se han realizado una serie de mediciones sobre líquido 4con una matriz de (2 μm)3 cajas con distancia de separación variable entre ellas10,12. Las características mucho más grandes en profundidad que 2 μm no son muy prácticas debido a la creciente cantidad de tiempo requerido para cultivar el óxido. Sin embargo, las mediciones se han realizado con un óxido tan grueso como 3,9 μm9. Los límites de la menoridad de la dimensión lateral surgen de los límites de las capacidades litografía. El límite para la grandeza de la dimensión lateral está determinado por el tamaño de la oblea. Hemos creado con éxito células planas donde la dimensión lateral abarcaba casi todo el diámetro de la oblea, pero uno podría imaginar fácilmente modelar varias estructuras más pequeñas del orden de decenas de nanómetros de ancho. Sin embargo, tales estructuras requerirían litografía de haz electrónico. No lo hemos hecho en este momento.
En todo nuestro trabajo, las obleas unidas formaron un recinto hermético al vacío. Esto se logra reteniendo en el óxido modelado un anillo sólido de SiO2 de 3-4 mm de ancho en el perímetro de la oblea, ver Figura 1. Esto, al unirse, forma un sello hermético. Este diseño podría modificarse fácilmente si uno estuviera interesado en estudios hidrodinámicos que requieren una entrada y una salida.
También se ha probado la presión de explosión de las células unidas. Encontramos que con obleas de 375 μm de espesor, se podía aplicar una presión de hasta aproximadamente nueve atmósferas. Sin embargo, no hemos estudiado cómo esto podría mejorarse mediante la unión sobre áreas de óxido más grandes o, tal vez, para obleas más gruesas.
El procedimiento para interconectar las células de silicio a una línea de llenado y las técnicas para medir las propiedades del helio confinado a baja temperatura se da en Mehta et al. 2 y Gasparini et al. 13 Observamos que los cambios en la dimensión lineal para el silicio son sólo 0.02% al enfriar las células14. Esto es insignificante para los patrones formados en RT.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1111">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:215px;">SmartCut</td>
			<td style="width:192px;">North American Tool</td>
			<td style="width:104px;">FL 130</td>
			<td style="width:600px;">Not much is needed per cell. Smaller sizes are available.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Silicon Wafers</td>
			<td>Semiconductor Processing Co</td>
			<td></td>
			<td>There are many suppliers. Pay attention to thickness and thickness variation when ordering.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Deionized Water</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>General Availability</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Peroxide</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>General Availability</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Hydrochloric Acid</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>General Availability</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Ammonium Hydroxide</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>General Availability</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Nitrogen Gas</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>General Availability</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Helium Gas</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>General Availability</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Diamond Paste</td>
			<td>Beuler Metadi II</td>
			<td>e.g. 406533032</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Diamond Drills</td>
			<td>Starlite</td>
			<td>e.g. 115010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Pyrex Dishes</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>General Availability</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Filter Paper</td>
			<td>Whatman</td>
			<td>1001-110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Acetone</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>General Availability</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Methanol</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>General Availability</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Quartz tubes for flushing furnace</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>General Availability</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Rubber vacuum hose</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>General Availability</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of uniform nanoscale cavities via silicon direct wafer bonding

Las mediciones de la capacidad calorífica y la fracción superfluida de confinados 4se han realizado cerca de la transición lambda utilizando obleas de silicio litographically modeladas y unidas. A diferencia de los confinamientos en materiales porosos a menudo utilizados para este tipo de experimentos3,las obleas unidas proporcionan espacios uniformes prediseñados para el confinamiento. La geometría de cada celda es bien conocida, lo que elimina una gran fuente de ambigüedad en la interpretación de los datos.
Excepcionalmente planas, de 5 cm de diámetro, 375 μm de espesor, las obleas de Si con aproximadamente 1 μm de variación sobre toda la oblea se pueden obtener comercialmente (de Semiconductor Processing Company, por ejemplo). El óxido térmico se cultiva en las obleas para definir la dimensión de confinamiento en la dirección z. A continuación, se graba un patrón en el óxido utilizando técnicas litográficas para crear un recinto deseado tras la unión. Se perfora un agujero en una de las obleas (la parte superior) para permitir la introducción del líquido a medir. Las obleas se limpian2 en soluciones RCA y luego se ponen en una cámara microlimpie donde se enjuaguen con agua desionizada4. Las obleas se unen en RT y luego se recocido a ~ 1,100 ° C. Esto forma un vínculo fuerte y permanente. Este proceso se puede utilizar para hacer recintos uniformes para medir las propiedades térmicas e hidrodinámicas de líquidos confinados desde el nanómetro hasta la escala de micrómetros.

Las obleas debidamente unidas no tendrán regiones sin deshuesadas. Intentar dividir las obleas después del recocido hará que la célula se rompa en pedazos debido a la fuerza de la unión. Las imágenes infrarrojas de obleas correctamente unidas se muestran en las figuras 5 y 6. A menudo, el recocido mejora la uniformidad de la célula, especialmente si las regiones locales sin deshuesar se deben a la falta de planitud en las obleas. En la Figura 5 los puntos de luz y...

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Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Se describe un método para unir permanentemente dos obleas de silicio con el fin de realizar un recinto uniforme. Esto incluye la preparación de obleas, la limpieza, la unión RT y los procesos de recocido. Las obleas (células) enlazadas resultantes tienen uniformidad de recinto ~1%1,2. La geometría resultante permite mediciones de líquidos y gases confinados.

Fabricación De Cavidades Uniformes A Nanoescala A Través De La Unión Directa De Obleas De Silicio

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

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Research

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Engineering

6.7K vistas.  The State University of New York at Buffalo. Se describe un método para unir permanentemente dos obleas de silicio con el fin de realizar un recinto uniforme. Esto incluye la preparación de obleas, la limpieza, la unión RT y los procesos de recocido. Las obleas (células) enlazadas resultantes tienen uniformidad de recinto ~1%1,2. La geometría resultante permite mediciones de líquidos y gases confinados.

Video: Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view and for its considerable potential for practical applications. Slow light photonic crystal waveguides, in particular, have played a major part and have been successfully employed for delaying optical signals1-4 and the enhancement of both linear5-7 and nonlinear devices.8-11
Photonic crystal cavities achieve similar effects to that of slow light waveguides, but over a reduced band-width. These cavities offer high Q-factor/volume ratio, for the realization of optically12 and electrically13 pumped ultra-low threshold lasers and the enhancement of nonlinear effects.14-16 Furthermore, passive filters17 and modulators18-19 have been demonstrated, exhibiting ultra-narrow line-width, high free-spectral range and record values of low energy consumption.
To attain these exciting results, a robust repeatable fabrication protocol must be developed. In this paper we take an in-depth look at our fabrication protocol which employs electron-beam lithography for the definition of photonic crystal patterns and uses wet and dry etching techniques. Our optimised fabrication recipe results in photonic crystals that do not suffer from vertical asymmetry and exhibit very good edge-wall roughness. We discuss the results of varying the etching parameters and the detrimental effects that they can have on a device, leading to a diagnostic route that can be taken to identify and eliminate similar issues.
The key to evaluating slow light waveguides is the passive characterization of transmission and group index spectra. Various methods have been reported, most notably resolving the Fabry-Perot fringes of the transmission spectrum20-21 and interferometric techniques.22-25 Here, we describe a direct, broadband measurement technique combining spectral interferometry with Fourier transform analysis.26 Our method stands out for its simplicity and power, as we can characterise a bare photonic crystal with access waveguides, without need for on-chip interference components, and the setup only consists of a Mach-Zehnder interferometer, with no need for moving parts and delay scans.
When characterising photonic crystal cavities, techniques involving internal sources21 or external waveguides directly coupled to the cavity27 impact on the performance of the cavity itself, thereby distorting the measurement. Here, we describe a novel and non-intrusive technique that makes use of a cross-polarised probe beam and is known as resonant scattering (RS), where the probe is coupled out-of plane into the cavity through an objective. The technique was first demonstrated by McCutcheon et al.28 and further developed by Galli et al.29

Use of photonic crystal slow light waveguides and cavities has been widely adopted by the photonics community in many differing applications. Therefore fabrication and characterization of these devices are of great interest. This paper outlines our fabrication technique and two optical characterization methods, namely: interferometric (waveguides) and resonant scattering (cavities).

Fabricación y caracterización de guías de onda de cristal fotónico luz lenta y cavidades

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Investigación

Ingeniería

Concurrent Quantitative Conductivity and Mechanical Properties Measurements of Organic Photovoltaic Materials using AFM

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. Thus, understanding of spatial variations in composition as well as electrical properties of OPV materials is of paramount importance for moving PV technology forward.1,2 In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution. Currently, materials properties measurements performed using commercially available AFM-based techniques (PeakForce, conductive AFM) generally provide only qualitative information. The values for resistance as well as Young's modulus measured using our method on the prototypical ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM system correspond well with literature data. The P3HT:PC61BM blend separates onto PC61BM-rich and P3HT-rich domains. Mechanical properties of PC61BM-rich and P3HT-rich domains are different, which allows for domain attribution on the surface of the film. Importantly, combining mechanical and electrical data allows for correlation of the domain structure on the surface of the film with electrical properties variation measured through the thickness of the film.

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution.

Conductividad concurrente cuantitativa y Medidas propiedades mecánicas de los materiales fotovoltaicos orgánicos utilizando AFM

Organic photovoltaic  (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale  inhomogeneity of OPV materials affects performance ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical Saturable Transitions (POST). In this technique the chemical properties of organic photochromic molecules that undergo single-photon reactions are exploited, enabling rapid top-down nanopatterning over large areas at low light intensities, thereby, allowing for the circumvention of the far-field diffraction barrier.4 Simple, cost-effective, high throughput and resolution alternatives to nanopatterning are being explored, such as, two-photon polymerization5,6, beam pen lithography (BPL)7, scanning electron beam lithography (SEBL), and focused ion beam (FIB) patterning. However, multi-photon approaches require high light intensities, which limit their potential for high throughput and offer low image contrast. Although, electron and ion beam lithographic processes offer increased resolution, the serial nature of the process is limited to slow writing speeds, which also prevents patterning of features over large areas. Beam-pen lithography is an approach towards parallel near-field optical lithography. However, the gap between the source of the beam and the surface of the photoresist needs to be controlled extremely precisely for good pattern uniformity and this is very challenging to accomplish for large arrays of beams. Patterning via Optical Saturable Transitions (POST) is an alternative optical nanopatterning technique for patterning sub-wavelength features1-3. Since this technique uses single photons instead of electrons, it is extremely fast and does not require high light intensities1-3, opening the door to massive parallelization.

We report that the diffraction limit of conventional optical lithography can be overcome by exploiting the transitions of organic photochromic derivatives induced by their photoisomerization at low light intensities.1-3 This paper outlines our fabrication technique and two locking mechanisms, namely: dissolution of one photoisomer and electrochemical oxidation.

Patrones través ópticos saturable Transiciones - Fabricación y Caracterización

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. Micromachining techniques allow reduction of the thermal mass of fabricated structures and introduce the possibility to perform high sensitivity thermal measurements in the micro-scale and nano-scale devices. Combining thermal measurement techniques with microfluidic devices allows performing different analytical measurements with low sample consumption and reduced measurement time by integrating the miniaturized system on a single chip. The procedures of thermal measurement techniques for particle detection, material characterization, and chemical detection are introduced in this paper.

Here, we present three protocols for thermal measurements in microfluidic devices.

Técnicas de medición Térmicas en analíticas de microfluidos Dispositivos

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. ...

Prescribed 3-D Direct Writing of Suspended Micron/Sub-micron Scale Fiber Structures via a Robotic Dispensing System

A 3-axis dispensing system is utilized to control the initiating and terminating fiber positions and trajectory via the dispensing software. The polymer fiber length and orientation is defined by the spatial positioning of the dispensing system 3-axis stages. The fiber diameter is defined by the prescribed dispense time of the dispensing system valve, the feed rate (the speed at which the stage traverses from an initiating to a terminating position), the gauge diameter of the dispensing tip, the viscosity and surface tension of the polymer solution, and the programmed drawing length. The stage feed rate affects the polymer solution&#8217;s evaporation rate and capillary breakup of the filaments. The dispensing system consists of a pneumatic valve controller, a droplet-dispensing valve and a dispensing tip. Characterization of the direct write process to determine the optimum combination of factors leads to repeatedly acquiring the desired range of fiber diameters. The advantage of this robotic dispensing system is the ease of obtaining a precise range of micron/sub-micron fibers onto a desired, programmed location via automated process control. Here, the discussed self-assembled micron/sub-micron scale 3D structures have been employed to fabricate suspended structures to create micron/sub-micron fluidic devices and bioengineered scaffolds.

Here, we present a protocol to fabricate freely-suspended, micron/sub-micron scale polymer fibers and &#8220;web-like&#8221; structures generated via automated direct writing procedure by means of a 3-axis dispensing system.

Prescribe en 3-D de Escritura directa de suspendidos Micron / Sub-micrones Estructuras Escala de fibra a través de un sistema de dispensación Robótica

A 3-axis dispensing system is utilized to control the initiating and terminating fiber positions and trajectory via the dispensing software. The polymer ...

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each thermoplastic of interest. Solvent bonding is a simple and versatile method that can be used to fabricate devices from a variety of plastics. An appropriate solvent is added between two device layers to be bonded, and heat and pressure are applied to the device to facilitate the bonding. By using an appropriate combination of solvent, plastic, heat, and pressure, the device can be sealed with a high quality bond, characterized as having high bond coverage, bond strength, optical clarity, durability over time, and low deformation or damage to microfeature geometry. We describe the procedure for bonding devices made from two popular thermoplastics, poly(methyl-methacrylate) (PMMA), and cyclo-olefin polymer (COP), as well as a variety of methods to characterize the quality of the resulting bonds, and strategies to troubleshoot low quality bonds. These methods can be used to develop new solvent bonding protocols for other plastic-solvent systems.

Solvent bonding is a simple and versatile method for fabricating thermoplastic microfluidic devices with high quality bonds. We describe a protocol to achieve strong, optically clear bonds in PMMA and COP microfluidic devices that preserve microfeature details, by a judicious combination of pressure, temperature, an appropriate solvent, and device geometry.

Unión con disolvente para la fabricación de PMMA y CP dispositivos de microfluidos

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and forging. Adoption of this technique is proceeding despite disagreement concerning the underlying mechanism responsible for EAD. The experimental procedure described herein enables a more explicit study compared to previous EAD research by removing thermal effects, which are responsible for disagreement in interpreting previous EAD results. Furthermore, as the procedure described here enables EAD observation in situ and in real time in a transmission electron microscope (TEM), it is superior to existing post-mortem methods that observe EAD effects post-test. Test samples consist of a single crystal copper (SCC) foil having a free-standing tensile test section of nanoscale thickness, fabricated using a combination of laser and ion beam milling. The SCC is mounted to an etched silicon base that provides mechanical support and electrical isolation while serving as a heat sink. Using this geometry, even at high current density (~3,500 A/mm2), the test section experiences a negligible temperature increase (&#60;0.02 &#176;C), thus eliminating Joule heating effects. Monitoring material deformation and identifying the corresponding changes to microstructures, e.g. dislocations, are accomplished by acquiring and analyzing a series of TEM images. Our sample preparation and in situ experiment procedures are robust and versatile as they can be readily utilized to test materials with different microstructures, e.g., single and polycrystalline copper.

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Isolating electrical and thermal effects on electrically assisted deformation (EAD) is very difficult using macroscopic samples. Metallic sample micro- and nanostructures together with a custom test procedure have been developed to evaluate the impact of applied current on the formation without joule heating and evolution of dislocations on these samples.

Un nuevo método para<em&gt; In Situ</em&gt; Caracterización electromecánica de especímenes de nanoescala

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and ...

Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared on transparent membranes which are very fragile and difficult to manipulate. We present processes for the fabrication of samples with magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for Lorentz transmission electron microscopy and magnetic transmission x-ray microscopy studies. The samples are prepared on silicon nitride membranes and the fabrication consists of a spin coating, UV and electron-beam lithography, the chemical development of the resist, and the evaporation of the magnetic material followed by a lift-off process forming the final magnetic structures. The samples for the Lorentz transmission electron microscopy consist of magnetic nanodiscs prepared in a single lithography step. The samples for the magnetic x-ray transmission microscopy are used for time-resolved magnetization dynamic experiments, and magnetic nanodiscs are placed on a waveguide which is used for the generation of repeatable magnetic field pulses by passing an electric current through the waveguide. The waveguide is created in an extra lithography step.

A protocol for the fabrication of magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for transmission electron microscopy (TEM) and magnetic transmission x-ray microscopy (MTXM) studies is presented.

Fabricación de nanoestructuras magnéticas en membranas de nitruro de silicio para estudios de vórtice magnético usando técnicas de microscopía de transmisión

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared ...

Fabrication of Three-Dimensional Graphene-Based Polyhedrons via Origami-Like Self-Folding

The assembly of two-dimensional (2D) graphene into three-dimensional (3D) polyhedral structures while preserving the graphene's excellent inherent properties has been of great interest for the development of novel device applications. Here, fabrication of 3D, microscale, hollow polyhedrons (cubes) consisting of a few layers of 2D graphene or graphene oxide sheets via an origami-like self-folding process is described. This method involves the use of polymer frames and hinges, and aluminum oxide/chromium protection layers that reduce tensile, spatial, and surface tension stresses on the graphene-based membranes when the 2D nets are transformed into 3D cubes. The process offers control of the size and shape of the structures as well as parallel production. In addition, this approach allows the creation of surface modifications by metal patterning on each face of the 3D cubes. Raman spectroscopy studies show the method allows the preservation of the intrinsic properties of the graphene-based membranes, demonstrating the robustness of our method.

Fabrication of Three-Dimensional Graphene-Based Polyhedrons via Origami-Like Self-Folding

Here, we present a protocol for fabrication of 3D graphene-based polyhedrons via origami-like self-folding.

Fabricación de Poliedros tridimensionales basados en grafeno mediante Origami-como uno mismo-plegable

The assembly of two-dimensional (2D) graphene into three-dimensional (3D) polyhedral structures while preserving the graphene's excellent inherent ...

Fabrication of Robust Nanoscale Contact between a Silver Nanowire Electrode and CdS Buffer Layer in Cu(In,Ga)Se2 Thin-film Solar Cells

Silver nanowire transparent electrodes have been employed as window layers for Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells. Bare silver nanowire electrodes normally result in very poor cell performance. Embedding or sandwiching silver nanowires using moderately conductive transparent materials, such as indium tin oxide or zinc oxide, can improve cell performance. However, the solution-processed matrix layers can cause a significant number of interfacial defects between transparent electrodes and the CdS buffer, which can eventually result in low cell performance. This manuscript describes how to fabricate robust electrical contact between a silver nanowire electrode and the underlying CdS buffer layer in a Cu(In,Ga)Se2 solar cell, enabling high cell performance using matrix-free silver nanowire transparent electrodes. The matrix-free silver nanowire electrode fabricated by our method proves that the charge-carrier collection capability of silver nanowire electrode-based cells is as good as that of standard cells with sputtered ZnO:Al/i-ZnO as long as the silver nanowires and CdS have high-quality electrical contact. The high-quality electrical contact was achieved by depositing an additional CdS layer as thin as 10 nm onto the silver nanowire surface.

Fabrication of Robust Nanoscale Contact between a Silver Nanowire Electrode and CdS Buffer Layer in CuIn,GaSe2 Thin-film Solar Cells

In this protocol, we describe the detailed experimental procedure for the fabrication of a robust nanoscale contact between a silver nanowire network and CdS buffer layer in a CIGS thin-film solar cell.

Fabricación de contacto robusto a nanoescala entre un electrodo de nanohilo de plata y una capa de búfer CdS en Cu(In,Ga)Se2 Thin-film Solar Cells