Questo lavoro è stato finanziato da sovvenzioni NSF DMR-0605716 e DMR-1101189. Inoltre, il Cornell NanoScale Science and Technology Center è stato utilizzato per coltivare e modellare gli ossidi. Li ringraziamo per l'assistenza. Uno di noi FMG è grato per il sostegno della Cattedra Moti Lal Rustgi.

1. Prima dell'incollaggio, preparazione del wafer
Questo passaggio tranne 1.8 è fatto nella camera bianca Cornell Nanoscale Facility.
<ol><li>Far crescere gli ossidi in un forno di ossidazione termica standard utilizzando un processo di ossido umido per ossidi spessi e, per ottenere un migliore controllo dello spessore, un processo di ossido secco per ossidi molto sottili. Controllare lo spessore per l'uniformità sul wafer completo con ellissetria.</li>
	<li>Create una maschera per la geometria che si desidera incidere.</li>
	<li>Gira fotoresist sui wafer incisa.</li>
	<li>Esporre, sviluppare e cuocere un wafer di prova ed esaminare con un microscopio appropriato.</li>
	<li>Se il wafer di prova è esposto come desiderato, incidere il wafer di prova. Il rapporto tra lo spessore dell'ossido e la dimensione laterale della feature determinerà se è appropriata un'incisione bagnata o asciutta. Poiché gli eche bagnati sono isotropi, non produrranno pareti verticali nell'ossido. In molti casi questo non ha importanza. Se si desidera pareti verticali, è possibile utilizzare l'incisione ionica di reazione. Se l'incisione ha esito positivo, procedere con gli altri wafer. Spesso, le proprietà idrofobiche/idrofile di Si e SiO2 possono essere utilizzate per vedere se il processo di incisione ha avuto successo.</li>
	<li>Rimuovere il fotoresist dai wafer. Per la maggior parte dei fotoresist, questo può essere fatto inizialmente con alcol isopropile e acetone. Tuttavia, una piccola quantità di resistenza rimarrà ancora sui wafer. Questa resistenza deve essere completamente rimossa per ottenere un buon legame.</li>
	<li>Utilizzare un breve processo di disfattura dell'ossigeno di 20 minuti in un etcher ionica reattivo. Questo rimuoverà tutto ciò che il fotoresist rimane sui wafer. Tuttavia, questo aggiungerà anche alcuni strati di ossido al silicio esposto. Si tratta in genere di 1-4 nm15.</li>
	<li>Praticare il foro di riempimento nel wafer superiore. Questo può essere fatto con punte con punta di diamante e lubrificazione intelligente (vedi Materiali per i dettagli del produttore). Risciacquare il taglio intelligente immediatamente dopo la perforazione con acqua deionizzata. La foratura può anche essere eseguita utilizzando una pasta di diamante con grana di 3-9 μm per riempire fori di diametro superiore a ~ 0,124 cm. Il taglio intelligente può essere nuovamente utilizzato per la lubrificazione. Utilizziamo una piccola pressa di perforazione di precisione a 1.000-2.000 giri/min.</li>
</ol>2. Preparazione dell'incollaggio
<ol><li>Per legare i wafer, la pulizia è fondamentale. Ci sono alcuni passaggi che dovrebbero essere presi per pulire i wafer. In primo luogo, pulire con bagni RCA.<ol>
<li>Risciacquare i wafer in acqua deionizzata (DI).</li>
		<li>Pulire in bagno acido "RCA". Il bagno acido RCA è H2O:H2O2:HCl con i rapporti di 5:1:1. Posizionare i wafer in acido RCA a 80 °C per 15 minuti con i lati modellati rivolti verso l'alto. Questo passaggio eliminerà qualsiasi contaminazione metallica.</li>
		<li>Rimuovere i wafer dall'acido e risciacquare nel bagno d'acqua DI per 5 minuti.</li>
		<li>Pulire nella base "RCA" successiva. La base RCA è H2O:H2O2:NH4OH con i rapporti di 10:2:1. Posizionare i wafer in base RCA a 80 °C per 15 minuti con i lati modellati rivolti verso l'alto. Questo passaggio eliminerà qualsiasi contaminazione organica.</li>
		<li>Risciacquare i wafer nel bagno d'acqua DI per ~ 15 minuti.</li>
	</ol>
</li>
	<li>I wafer devono essere rimossi dal bagno d'acqua DI e rimanere puliti affinché si verifichi un corretto legame. Questo viene fatto in due passaggi:<ol>
<li>In primo luogo, posizionare i wafer con i loro lati incisi modellati uno di fronte all'altro su un mandrino di teflon in una microcamera pulita, come mostrato nella figura 3B. Sono separati da schede in teflon da ~ 1 mm. Spruzzare acqua deionizzata tra i wafer mentre girano lentamente (~ 10-60 giri/min) per ~ 2 minuti al fine di rimuovere qualsiasi contaminazione da particelle. Un film d'acqua sarà lasciato tra i wafer a questo punto. In questo modo si evita la contaminazione da polvere prima del passaggio successivo.</li>
		<li>Coprire i wafer con il coperchio acrilico chiaro e far girare i wafer asciutti per ~ 30 minuti a 3.000 giri/min. Utilizzare una lampada termica a infrarossi da 250 W per aiutare il processo di asciugatura. La filatura rapida intrappola tutti i contaminanti di particelle con l'espulsione della pellicola d'acqua, come nella figura 3C.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Prima di rimuovere il coperchio sui wafer, rimuovere le linguette che separano i wafer ruotando il coperchio. Ciò porterà i wafer in contatto locale leggero mentre sono ancora nella camera micropulizia. Ora i wafer possono essere rimossi in modo sicuro dalla camera micropulizia sul loro supporto. Il piccolissimo spazio di circa 1 μm tra i wafer ridurrà al minimo la contaminazione da polvere durante questa fase. Inoltre, non raccogliere i wafer con una pinzetta a questo punto poiché ciò avvierebbe un legame asimmetrico. Invece, trasportare i wafer con l'uso del supporto rimovibile sulla pressa del pergolato.</li>
</ol>3. Incollaggio wafer
<ol><li>Premere i due wafer insieme usando una pressa per pergola e una palla abbastanza rigida e liscia (Nerf). La sfera Nerf viene utilizzata per applicare pressione ai wafer dal centro verso l'esterno. La pressione applicata in questo modo consente di spingere l'aria intrappolata fuori mentre l'onda di legame si diffonde dal centro verso l'alto. L'avvio dell'incollaggio al centro riduce al minimo le sollecitazioni che si costruendo man mano che i wafer si contorno l'uno all'altro. I wafer hanno una planarità a stato libero di circa 1 μm, mentre gli spazi raggiunti nell'incollaggio sono uniformi entro pochi nm. Pertanto, i wafer devono distorcere dal loro stato libero per raggiungere questo obiettivo.<ol>
<li>Controllare l'incollaggio cercando frange di interferenza utilizzando una sorgente luminosa a infrarossi e un rilevatore con un filtro passa alto 1 μm. Le immagini di esempio sono mostrate nelle figure 4 e 5. Le frange di interferenza (anelli di Newton) appariranno se c'è un legame scadente. Se l'incollaggio è buono, si può procedere al passaggio 3.3. Se il legame è scarso e ci sono non università, procedere come segue.</li>
		<li>Posizionare la cella su un piatto ottico, coprire con carta da filtro per proteggere e ammortizzare il wafer superiore e premere i wafer insieme alle pinng del wafer. Spingere le "bolle" disossate al centro (dove c'è il foro di riempimento) o ai bordi. Prestare attenzione quando si applica la forza vicino ai bordi poiché i wafer possono essere leggermente sfalsati da centro a centro. La pressione vicino ai bordi può quindi causare la rottura del wafer superiore se sporge dal wafer inferiore.</li>
		<li>Se le irregolarità di incollaggio persistono o una particella di polvere è evidente, dividere i wafer bordando una lama di rasoio tra di loro. Ripetere il processo dall'inizio (passaggio 2.1.1). Fino a questo punto, il legame è reversibile. I wafer possono essere ribondati a RT molte volte mentre cercano di ottenere un legame accettabile.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Dopo aver ottenuto un legame RT accettabile, si procede alla ricottura dei wafer. Le temperature superiori a 900 °C devono essere raggiunte per essere certi di una corretta ricottura5,6.<ol>
<li>Rare la cella su un mandrino sottovuoto al quarzo in modo che il foro di riempimento sia centrato sul foro di pompaggio nel mandrino. Il mandrino è collegato a un tubo di pompaggio al quarzo che viene utilizzato per evacuare la cella prima e durante il processo di ricottura. Questo tubo si estende all'esterno del forno. L'evacuazione della cellula provoca l'applicazione di una pressione di un'atmosfera sulla cellula. Questo aiuterà con l'incollaggio. Il pompaggio è anche necessario per evitare l'accumulo di pressione se la temperatura del forno aumenta troppo rapidamente. Il tempo necessario per abbassare significativamente la pressione nella cella dipenderà dalla geometria all'interno della cella.</li>
		<li>Per evitare la crescita di ossido all'esterno della cella, epurare la camera del forno con un gas non che non transazionale, tipicamente 4He, in modo che non si invadi ossido.</li>
		<li>Per consentire alle tensioni di avere il tempo di rilassarsi, è importante aumentare le temperature da 250-1.200 °C nel corso di ~ 4 ore. Dopo aver soggiornato a 1.200 °C per almeno 4 ore, spegnere il forno.</li>
		<li>Lasciare raffreddare il sistema a RT.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Analizzare nuovamente la cella utilizzando la sorgente luminosa infrarossa e il rilevatore, come illustrato nella figura 6. Se la ricottura è andata bene, la cella avrà un bell'aspetto come, o spesso meglio di, quando viene inizialmente messa nel forno. Se ci sono frange inaccettabili che indicano un cattivo legame, l'intero processo deve essere ripetuto fin dall'inizio; tuttavia, questo deve essere fatto con nuovi wafer. Una volta ricotto, il legame tra wafer è permanente e non è possibile dividere.</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>

Non abbiamo nulla da rivelare.

Lo sviluppo di un'adeguata litografia in silicio in combinazione con l'incollaggio diretto dei wafer ci ha permesso di realizzare custodie a tenuta sottovuoto con dimensioni ridotte altamente uniformi su tutta l'area di un wafer di silicio di 5 cm di diametro. Questi recinti ci hanno permesso di studiare il comportamento del liquido 4Egli nel vicinato delle sue transizioni di fase da un liquido normale a un superfluido. Questi studi hanno verificato le previsioni del ridimensionamento a dimensioni finite, cos?...

Quando i wafer di silicio puliti vengono portati in contatto intimo a RT, sono attratti l'uno dall'altro attraverso le forze di van der Waals e formano deboli legami locali. Questo legame può essere reso molto più forte ricottura a temperature più elevate5,6. L'incollaggio può essere eseguito con successo con superfici da SiO2 a Si o Da SiO2 a SiO2. L'incollaggio dei wafer Si è più comunemente usato per il silicio su dispositivi isolanti, sensori e attuatori a base di silicio e dispositivi ottici7. Il lavoro qui descritto prende il legame diretto del wafer in una direzione diversa utilizzandolo per ottenere custodie ben definite e uniformemente distanziate sull'intera area del wafer8,9. Avere una geometria ben definita in cui è possibile introdurre il fluido consente di eseguire misurazioni al fine di determinare l'effetto del confinamento sulle proprietà del fluido. I flussi idrodinamici possono essere studiati dove la piccola dimensione può essere controllata da decine di nanometri a diversi micrometri.
SiO2 può essere coltivato su wafer Si utilizzando un processo di ossido termico umido o secco in un forno. Il SiO2 può quindi essere modellato e inciso come desiderato utilizzando tecniche litografiche. I modelli utilizzati nel nostro lavoro comprendono un modello di pali di supporto ampiamente distanziati che si traduce in un legame in una geometria planare o film (vedi figura 1). Abbiamo anche canali modellati per caratteristiche unidimensionali e array di scatole, di (1 μm)3 o (2 μm)3 dimensione1 (vedi figura 2). Quando si progetta un confinamento con scatole, in genere 10-60 milioni su un wafer, ci deve essere un modo per riempire tutte le singole scatole. Una serie separata del wafer superiore con un design che si distingue dai due wafer di 30 nm o più lo consente. Oppure, in modo equivalente, i canali poco profondi possono essere progettati sul wafer superiore in modo che tutte le scatole siano collegate. Lo spessore dell'ossido coltivato sul wafer superiore è diverso da quello sul wafer inferiore. Ciò aggiunge un altro grado di flessibilità e complessità al design. Essere in grado di modellare entrambi i wafer consente di realizzare una maggiore varietà di geometrie di confinamento.
La dimensione delle caratteristiche geometriche in questi wafer legati, o celle, può variare. Le celle con pellicole planari di appena 30 nm sono state realizzate consuccesso 10,11. A spessori inferiori a questo, può avvenire un sovrabbbondamento in cui i wafer si piegano attorno ai pali di supporto "sigillando" così la cella. Recentemente, una serie di misurazioni sul liquido 4È stato eseguito con una serie di (2 μm)3 scatole con distanza di separazione variabiletra loro 10,12. Caratteristiche molto più grandi di profondità di 2 μm non sono molto pratiche a causa del crescente tempo necessario per far crescere l'ossido. Tuttavia, sono state effettuate misurazioni con un ossido spesso fino a 3,9 μm9. I limiti della piccolezza della dimensione laterale derivano dai limiti delle capacità litografiche. Il limite per la grandezza della dimensione laterale è determinato dalla dimensione del wafer. Abbiamo creato con successo cellule planari in cui la dimensione laterale si estendeva su quasi tutto il diametro del wafer, ma si potrebbe facilmente immaginare di modellare diverse strutture più piccole dell'ordine di decine di nanometri di larghezza. Tuttavia tali strutture richiederebbero litografia a fascio e-beam. Al momento non lo abbiamo fatto.
In tutto il nostro lavoro i wafer legati formavano un involucro a tenuta di vuoto. Ciò si ottiene mantenendo nell'ossido modellato un anello solido di SiO2 di 3-4 mm di larghezza sul perimetro del wafer, vedere figura 1. Questo, al momento dell'incollaggio, forma un sigillo stretto. Questo progetto potrebbe essere facilmente modificato se si fosse interessati a studi idrodinamici che richiedono un input e un output.
È stata anche testata la pressione di scoppio delle cellule incollate. Abbiamo scoperto che con wafer spessi 375 μm, è stato possibile applicare una pressione fino a circa nove atmosfere. Tuttavia, non abbiamo studiato come ciò potrebbe essere migliorato legandosi su aree di ossido più grandi o, forse, per wafer più spessi.
La procedura per interfacciare le celle di silicio ad una linea di riempimento e le tecniche per misurare le proprietà dell'elio confinato a bassa temperatura sono fornite in Mehta et al. 2 e Gasparini et al. 13 Notiamo che i cambiamenti nella dimensione lineare per il silicio sono solo dello 0,02% al raffreddamento dellecelle 14. Questo è trascurabile per i modelli formati a 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

Misurazioni della capacità termica e della frazione superfluida del confinato 4È stato eseguito vicino alla transizione lambda usando wafer di silicio modellati e incollati litograficamente. A differenza dei confinamenti in materiali porosi spesso utilizzati per questi tipidi esperimenti 3, i wafer incollati forniscono spazi uniformi predesignati per il confinamento. La geometria di ogni cella è ben nota, il che rimuove una grande fonte di ambiguità nell'interpretazione dei dati.
Wafer Si eccezionalmente piatti, di 5 cm di diametro, spessi 375 μm con circa 1 μm di variazione sull'intero wafer possono essere ottenuti commercialmente (ad esempio da Semiconductor Processing Company). L'ossido termico viene coltivato sui wafer per definire la dimensione di confinamento nella direzione z. Un modello viene quindi inciso nell'ossido usando tecniche litografiche in modo da creare un involucro desiderato al momento del legame. Un foro viene praticato in uno dei wafer (la parte superiore) per consentire l'introduzione del liquido da misurare. I wafer vengono puliti2 in soluzioni RCA e quindi messi in una camera micropulizia dove vengono risciacquati con acqua deionizzata4. I wafer sono incollati a RT e poi ricotti a ~1.100 °C. Questo forma un legame forte e permanente. Questo processo può essere utilizzato per creare involucri uniformi per misurare le proprietà termiche e idrodinamiche dei liquidi confinati dal nanometro alla scala del micrometro.

I wafer correttamente legati non avranno regioni non disossate. Il tentativo di dividere i wafer dopo la ricottura farà sì che la cellula si rompa in pezzi a causa della forza del legame. Le immagini a infrarossi di wafer correttamente incollati sono mostrate nelle figure 5 e 6. Spesso la ricottura migliora l'uniformità della cellula, specialmente se le regioni locali non disossate sono dovute alla mancanza di planarità nei wafer. Nella figura 5 i punti luce e il bo...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding at JoVE.com

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Viene descritto un metodo per legare permanentemente due wafer di silicio in modo da realizzare un involucro uniforme. Ciò include i processi di preparazione, pulizia, incollaggio RT e ricottura del wafer. I wafer legati risultanti (cellule) hanno uniformità di involucro ~1%1,2. La geometria risultante consente di misurazioni di liquidi e gas confinati.

Fabbricazione di cavità uniformi su nanoscala tramite silicon direct wafer bonding

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

fabrication-uniform-nanoscale-cavities-via-silicon-direct-wafer

Research

JoVE Journal

Engineering

7.0K Views.  The State University of New York at Buffalo. Viene descritto un metodo per legare permanentemente due wafer di silicio in modo da realizzare un involucro uniforme. Ciò include i processi di preparazione, pulizia, incollaggio RT e ricottura del wafer. I wafer legati risultanti (cellule) hanno uniformità di involucro ~1%1,2. La geometria risultante consente di misurazioni di liquidi e gas confinati.

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).

Fabbricazione e caratterizzazione di guide d&#39;onda fotoniche di cristallo di luce lenta e cavità

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 ...

Ricerca

Ingegneria

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.

Concurrent conducibilità quantitativa e meccaniche Misure Proprietà dei materiali organici fotovoltaici utilizzando 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.

Patterning via ottici saturabili Transitions - fabbricazione e la caratterizzazione

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.

Tecniche di misurazione termali in Analytical dispositivi microfluidici

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.

Prescritto 3-D diretto Redazione di sospensione Micron / sub-micron scala fibra strutture attraverso un sistema di erogazione robotico

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.

Bonding solvente per la fabbricazione di PMMA e COP dispositivi microfluidici

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 metodo novello per<em&gt; In Situ</em&gt; Caratterizzazione elettromeccanica dei campioni di nanoscala

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.

Fabbricazione di nanostrutture magnetiche sulle membrane di nitruro di silicio per studi di vortice magnetico utilizzando tecniche di microscopia di trasmissione

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.

Fabbricazione di poliedri tridimensionali basati sul grafene via come Origami auto-pieghevole

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.