この作業は、NSF助成金DMR-0605716とDMR-1101189によって資金提供されました。また、コーネルナノスケール科学技術センターは、酸化物の成長とパターン化に使用されました。私たちは彼らの援助に感謝します。私たちのFMGの一つは、モティラルルルスティ教授のサポートに感謝しています.

1. ボンディング前、ウェーハ準備
1.8を除くこのステップはコーネルナノスケール施設クリーンルームで行われます。
<ol><li>厚い酸化物の湿った酸化物プロセスを使用して標準的な熱酸化炉で酸化物を成長させ、より良い厚さ制御を達成するために、非常に薄い酸化物のための乾燥した酸化物プロセス。楕円法を使用して、フルウェーハの上に均一性の厚さを確認します。</li>
	<li>エッチングするジオメトリのマスクを作成します。</li>
	<li>エッチングされているウエハースのスピンフォトレジスト。</li>
	<li>試験ウエハを露出、開発、焼き、適切な顕微鏡で検査します。</li>
	<li>試験ウェーハが所望に応じて露出される場合は、試験ウエハをエッチングする。横側面寸法に対する酸化物厚さの比率は、ウェットまたはドライエッチングが適切かどうかを決定します。ウェットエッチは等方性であるため、酸化物の垂直壁は生成されません。多くの場合、これは問題ではありません。垂直壁が望ましい場合は、反応イオンエッチングを使用することができる。エッチングが成功した場合は、他のウエハーで続行します。多くの場合、SiおよびSiO2の疎水性/親水性特性は、エッチングプロセスが成功したかどうかを確認するために使用することができる。</li>
	<li>ウエハースからフォトレジストを取り外します。ほとんどのフォトレジストでは、これはイソプロピルアルコールおよびアセトンで最初に行うことができます。しかし、少しの抵抗はウェーハに残ります。このレジストは、良好な結合を達成するために完全に除去する必要があります。</li>
	<li>反応性イオンエッチャーで、20分の酸素脱カミングプロセスを使用してください。これにより、ウェハーに残っているフォトレジストが削除されます。しかし、これはまた、露出したシリコンにいくつかの酸化物層を追加します。これは通常 1~4 nm15です。</li>
	<li>上部のウェハーに充填穴を開けます。これは、ダイヤモンドチップドリルビットとスマートカット潤滑で行うことができます(メーカーの詳細については、材料を参照してください)。脱イオン水で掘削した直後にスマートカットをすすぐ。ドリルは、直径が0.124cmより大きい穴を埋めるために3-9 μmグリットのダイヤモンドペーストを使用して行うこともできます。スマートカットは、潤滑に再び使用することができます。我々は1,000-2,000のrpmで小さい精密ドリルプレスを使用する。</li>
</ol>2. ボンディング準備
<ol><li>ウェーハを結合するためには、清潔が最も重要です。ウェーハをきれいにするために取るべきいくつかのステップがあります。まず、RCAバスできれいにしてください。<ol>
<li>脱イオン(DI)水でウエハースをすすい。</li>
		<li>「RCA」の酸浴できれいにしてください。RCA酸浴は、5:1:1の比率でH2O:H2O2:HClです。80°C RCA酸にウエハースを15分間置き、パターン化された側面を上に向けます。このステップは金属汚染を除去する。</li>
		<li>5分間のDIウォーターバスで酸とリンスからウエハーを取り除きます。</li>
		<li>次の「RCA」ベースできれいにします。RCAベースはH2O:H2O2:NH4OHで、比率は10:2:1です。パターン化された側面を上に向けて、80°C RCAベースに15分間ウエハーを置きます。このステップは有機的な汚染を除去する。</li>
		<li>DIウォーターバスで15分~15分間、ウエハースをすすいします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ウエハーは、適切な接合が発生するために、DIウォーターバスから取り除かれ、清潔なままである必要があります。これは 2 つの手順で行われます。<ol>
<li>まず、 図3Bに示すように、きれいにしたマイクロチャンバーのテフロンチャックに、パターンのエッチングされた側面を向けたウエハースを置きます。それらは~1 mmのテフロンタブで区切られています。粒子汚染を除去するために、ウエハース間で脱イオン水を噴霧して2分間ゆっくりと(約10~60rpm)回転させます。この時点でウエハースの間に水のフィルムが残されます。これにより、次のステップの前にほこり汚染を防ぎます。</li>
		<li>クリアアクリル蓋でウエハースを覆い、3,000rpmで30分間乾燥させます。乾燥プロセスを支援するために250W赤外線ヒートランプを使用してください。急速な回転は 、図3Cのように、水膜の噴出で粒子汚染物質を包み込む。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ウェーハの上の蓋を取り外す前に、ふたを回転させることによってウエハを分離するタブを取り外してください。これはマイクロクリーンの部屋の間に光のローカル接触にウエハースをもたらす。今、ウエハースは安全に彼らのキャリア上のマイクロクリーンチャンバーから取り除かれるかもしれません。ウエハ間の約1μmの非常に小さいギャップは、このステップの間の塵の汚染を最小にする。また、この時点ではピンセットでウエハーを拾わないで、非対称結合を開始します。代わりに、取り外し可能なキャリアを使用してウェーハをアーバープレスに輸送します。</li>
</ol>3. ウェーハボンディング
<ol><li>アーバープレスとかなり硬く滑らかな(Nerf)ボールを使用して、2つのウエハーを一緒に押します。Nerfボールは、中央から外側にウエハースに圧力をかけるのに使用されます。このように圧力を加えれば、ボンディング波が中心から広がるにつれて閉じ込められた空気を押し出すことができます。中心でボンディングを開始すると、ウェハの輪郭として構築される応力が最小限に抑えられます。ウェーハは約1μmの自由状態の平坦性を有し、ボンディングで達成されるギャップは数nm以内で均一である。したがって、これを達成するためには、ウェーハは自由状態から歪む必要があります。<ol>
<li>赤外線光源と1μmのハイパスフィルタを使用した検出器を使用して干渉縞を探して、ボンディングを確認します。サンプル画像は図 4 および 図 5に示します。干渉縞(ニュートンリング)は、接着が悪い場合に表示されます。結合が良好であれば、ステップ3.3に進むことができる。接合が悪く、不均一性がある場合は、次のように進みます。</li>
		<li>セルを光学フラットに置き、上部ウエハを保護してクッションするフィルターペーパーで覆い、ウエハートングと一緒にウエハースを押します。ボンド解除された「気泡」を中央(充填穴がある場所)またはエッジのいずれかに押し込みます。ウエハは中心を中心にわずかにオフセットする場合があるため、エッジ付近に力を加える際には注意が必要です。したがって、エッジ付近の圧力は、下のウエハーを張り出すと上部のウエハが割れる原因となります。</li>
		<li>接合の凹凸が持続する場合、またはほこり粒子が明らかな場合は、それらの間にカミソリの刃をくさびでウェハを分割します。最初からこのプロセスを繰り返します(ステップ2.1.1)。この時点まで、結合は可逆的である。ウェハは許容可能な結合を得ようとしている間RTで何度も再接着することができる。</li>
	</ol>
</li>
	<li>許容可能なRT結合を得た後、ウェーハをアニーリングする一方が進む。900 °Cを超える温度は、適切なアニーリング5,6を確実にするために到達する必要があります。<ol>
<li>充填穴がチャックのポンプ穴の上に中央になるように、クォーツ真空チャックにセルをステージングします。チャックは、アニーリングプロセスの前および中に細胞を避難させるために使用される石英ポンプ管に接続される。この管は炉の外に広がる。細胞を避難させると、1つの雰囲気の圧力が細胞に加えられる。これはボンディングに役立ちます。加熱は、炉の温度が速すぎると圧力が高まらないようにする必要があります。セル内の圧力を大幅に下げるのにかかる時間は、セル内のジオメトリによって異なります。</li>
		<li>細胞の外側での酸化物の成長を避けるために、非反応ガスで炉室をパージし、典型的には 4He、酸化物が成長しないようにする。</li>
		<li>緊張がリラックスする時間を持つことを可能にするために、〜4時間の間に250-1,200°Cから温度を上昇することが重要です。1,200°Cに少なくとも4時間滞在した後、炉をオフにしてください。</li>
		<li>システムが RT に冷却できるようにします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>図6に示すように、赤外線光源と検出器を使用して、セルを再び解析します。アニーリングがうまくいけば、最初に炉に入れたときにセルが良く、またはしばしばより良く見えます。結合不良を示す許容できないフリンジがある場合は、プロセス全体を最初から繰り返す必要があります。ただし、これは新しいウェーハで行う必要があります。一度アニールすると、ウェーハ間の結合は永久的であり、分割は不可能です。</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>

開示するものは何もありません。

直接ウエハーボンディングと組み合わせた適切なシリコンリソグラフィの開発により、直径5cmのシリコンウエハーの全領域にわたって、非常に均一な小さな寸法の真空密閉エンクロージャを可能にしました。これらのエンクロージャは、通常の液体から超流動への相転移の近くにある液体 4彼の挙動を研究することを可能にしました。これらの研究は、有限サイズのスケーリングの予...

クリーンシリコンウエハースがRTで親密な接触に持ち込まれると、ファンデルワールスの力を介して互いに引き付けられ、弱い地債を形成します。この結合は、より高い温度でのアニーリングによってはるかに強くすることができます5,6.SiO 2 から SiO2から SiO 2 へのサーフェスで、結合を正常に行うことができます。Siウエハの結合は、絶縁体デバイス、シリコンベースのセンサおよびアクチュエータ、および光学デバイス7上のシリコンに最も一般的に使用される。ここで説明する作業は、ウエハー領域全体にわたって明確に定義された均一に間隔を空けたエンクロージャー8,9に対して達成するために使用することにより、異なる方向にウエハ直接結合を取る。流体を導入できる明確に定義されたジオメトリを持つことで、流体の特性に対する閉じ込めの効果を判断するために測定を行うことができます。流体力学の流れは、小さな次元が数十ナノメートルから数マイクロメートルに制御することができるところに研究することができる。
SiO2は、加熱炉内で湿式または乾式の熱酸化プロセスを使用してSiウエハー上で成長させることができる。SiO2は、その後、リソグラフィ技術を使用して、必要に応じてパターン化およびエッチングすることができます。私たちの仕事で使用されているパターンには、平面またはフィルムジオメトリで結合した結果となる広い間隔の支持投稿のパターンが含まれます(図1を参照)。また、1次元特性のチャンネルと、(1 μm)3または(2 μm)3次元1のボックスの配列のパターン化されたチャンネルを持っています(図2参照)。箱で閉じ込め(通常はウエハーで1000万~6000万個)を設計する場合、すべてのボックスを充填する方法が必要です。30nm以上の2つのウエハーを立たされる設計の上のウエハの別のパターン化はこれを可能にする。または、同等に、浅いチャネルは、すべてのボックスがリンクされるように、上部のウエハ上に設計することができます。上のウエハ上で成長した酸化物の厚さは、底面のウエハとは異なる。これにより、設計に対する柔軟性と複雑さが増します。両方のウェハをパターン化できることにより、より多様な閉じ込めジオメトリを実現できます。
これらの結合されたウェーハ、または細胞の幾何学的特徴のサイズは、異なる場合があります。30nmの小さい平面フィルムを有する細胞は正常に10,11を作られた。この下の厚さでは、ウェーハが支持ポストの周りを曲げ、細胞を「シーリング」するオーバーボンディングが行われます。最近、液体4の一連の測定は、それらの間の分離距離が10,12の異なる(2μm)3箱の配列で行われている。2 μmより非常に大きな特徴は、酸化物を成長させるために必要な時間の長さの増加のために非常に実用的ではありません。しかし、測定は3.9 μm9と同じ厚さの酸化物で行われました。横軸の小ささに対する制限は、リソグラフィ機能の限界から生じます。横寸法の大きさの限界は、ウエハの大きさによって決定される。側面寸法がウエハ径のほぼ全体に及ぶ平面細胞の作成に成功しましたが、幅数十ナノメートルのオーダーでいくつかの小さな構造を簡単にパターン化することを想像できます。しかし、このような構造は、電子ビームリソグラフィを必要とします。現時点では、この方法は実行していません。
私たちの仕事のすべてにおいて、結合されたウエハーは真空の堅いエンクロージャを形成した。これは、パターン化された酸化物において、ウエハの周囲の幅3〜4mmのSiO2 の固体リングを保持することによって達成される、 図1を参照してください。これは、接着時に、密封を形成する。入力と出力を必要とする流体力学のスタディに興味がある場合、この設計は簡単に変更できます。
結合細胞の破裂圧力も試験されています。375μmの厚いウエハースを使用すると、最大約9気圧を加えることができることがわかりました。しかし、より大きな酸化物領域の上に結合したり、おそらく厚いウエハースのためにこれを改善する方法を研究していません。
シリコンセルを充填ラインにインターフェースする手順と、閉じ込められたヘリウムの特性を低温で測定する技術はMehta らで与えられている。2 およびガスパリーニ ら。13シリコンの線形寸法の変化は、セル14を冷却すると0.02%に過ぎないことに注意してください。これは、RT で形成されるパターンでは無視できます。

<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

閉じ込められた 4の熱容量と超流動分率の測定彼は、リソグラフィーパターンと結合シリコンウエハースを用いてラムダ転移付近で行われている。これらのタイプの実験3によく使用される多孔質材料の閉じ込めとは異なり、結合されたウエハは閉じ込めのためのあらかじめ設計された均一なスペースを提供する。各セルのジオメトリはよく知られており、データの解釈における大きなあいまいさの原因を取り除きます。
例外的に平ら、直径5cm、ウエハ全体に約1μmの変動を有する375μm厚いSiウエハーは商業的に得ることができる(例えば半導体処理会社から)。熱酸化物は、Z方向に閉じ込め寸法を定義するためにウエハーで成長します。パターンは、接合時に所望の筐体を作成するように、リソグラフィ技術を使用して酸化物にエッチングされます。穴は、測定する液体の導入を可能にするために、ウエハー(上部)の1つに掘削されます。ウエハーはRCA溶液の2 をきれいにし、マイクロクリーンチャンバーに入れ、そこで脱イオン水4で洗い流される。ウエハースはRTで結合し、その後、〜1,100°Cで焼成される。 これは強く、永久的な絆を形成します。このプロセスは、ナノメートルからマイクロメートルスケールまでの閉じ込められた液体の熱および流体力学特性を測定するための均一なエンクロージャを作るために使用することができる。

適切に結合されたウェーハには、未結合の領域はありません。アニーリング後にウエハースを分割しようとすると、結合の強度により細胞が粉々に割れてしまう。適切に結合したウェハの赤外線画像を 図5 および 図6に示す。多くの場合、アニーリングは、特に局所的な未結合領域がウエハースの平坦性の欠如による場合、細胞の均一性を改善する。 図5 </strong...

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Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

均一な筐体を実現するために2つのシリコンウェーハを永久に接着する方法が記載されている。これには、ウエハー製剤、洗浄、RTボンディング、およびアニーリングプロセスが含まれます。得られた結合されたウェーハ(細胞)は、エンクロージャ〜1%1,2の均一性を有する。結果として得られる幾何学は限られた液体およびガスの測定を可能にする。

シリコン直接ウェハー接合による均一ナノスケールキャビティの作製

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

JoVE Journal

Engineering

6.7K ビュー.  The State University of New York at Buffalo. 均一な筐体を実現するために2つのシリコンウェーハを永久に接着する方法が記載されている。これには、ウエハー製剤、洗浄、RTボンディング、およびアニーリングプロセスが含まれます。得られた結合されたウェーハ(細胞)は、エンクロージャ〜1%1,2の均一性を有する。結果として得られる幾何学は限られた液体およびガスの測定を可能にする?...

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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).

フォトニック結晶スローライト導波路とキャビティの作製と評価

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 ...

工学

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.

同時定量伝導率およびAFMを用いた有機太陽電池材料の機械的特性の測定

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.

光可飽和遷移を経由してパターニング - 作製と特性評価

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.

分析マイクロ流体デバイスの熱測定技術

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.

ロボットディスペンシングシステムを介して、サスペンドミクロン/サブミクロンスケールの繊維構造体の所定の3-Dの直接書き込み

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.

PMMAおよびCOPマイクロ流体デバイスの作製のための溶剤接着

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.

のための新しい方法<em&gt;現場で</em&gt;ナノスケール試料の電気機械的特性

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.

磁気渦の研究伝達顕微鏡検査の技術を使用してシリコン窒化膜の磁性ナノ構造の作製

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.

三次元グラフェンを用いた多面体を介して折り紙のような自己折りたたみの作製

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.