Este trabalho foi financiado pelas bolsas NSF DMR-0605716 e DMR-1101189. Além disso, o Centro de Ciência e Tecnologia Cornell NanoScale foi usado para cultivar e padronizar os óxidos. Agradecemos a ajuda deles. Um de nós da FMG agradece o apoio da Professora Moti Lal Rustgi.

1. Antes de ligar, preparação de wafer
Esta etapa, exceto 1.8, é feita na sala de limpeza da Cornell Nanoscale Facility.
<ol><li>Cresça os óxidos em um forno de oxidação térmica padrão usando um processo de óxido molhado para óxidos grossos e, para obter um melhor controle de espessura, um processo de óxido seco para óxidos muito finos. Verifique a espessura da uniformidade sobre o wafer completo com elítida.</li>
	<li>Crie uma máscara para a geometria que você deseja gravar.</li>
	<li>Gire fotoresist nos wafers sendo gravados.</li>
	<li>Exponha, desenvolva e faça um wafer de teste e examine com um microscópio apropriado.</li>
	<li>Se o wafer de teste for exposto conforme desejado, etch o wafer de teste. A razão da espessura do óxido para a dimensão característica lateral determinará se uma gravura molhada ou seca é apropriada. Uma vez que as etches molhadas são isotrópicos eles não produzirão paredes verticais no óxido. Em muitos casos, isso não importa. Se forem desejadas paredes verticais, pode-se usar gravura de íon de reação. Se a gravação for bem sucedida, prossiga com os outros wafers. Muitas vezes, as propriedades hidrofóbicas/hidrofílicas de Si e SiO2 podem ser usadas para ver se o processo de gravação foi bem sucedido.</li>
	<li>Remova o fotoresist dos wafers. Para a maioria dos fotoresistas, isso pode ser feito inicialmente com álcool isopropílico e acetona. No entanto, alguma pequena quantidade de resistência ainda permanecerá nos wafers. Essa resistência precisa ser completamente removida para conseguir uma boa ligação.</li>
	<li>Use um breve processo de descumção de oxigênio de 20 min em um íon reativo etcher. Isso removerá o que resta fotoresistista nas bolachas. No entanto, isso também adicionará algumas camadas de óxido ao silício exposto. Isso é tipicamente 1-4 nm15.</li>
	<li>Faça o orifício de enchimento no wafer superior. Isso pode ser feito com brocas com ponta de diamante e lubrificação de corte inteligente (veja Materiais para detalhes do fabricante). Enxágüe o corte inteligente imediatamente após a perfuração com água deionizada. A perfuração também pode ser feita usando uma pasta de diamante com grão de 3-9 μm para enchimento de orifícios maiores que ~0,124 cm de diâmetro. O corte inteligente pode ser novamente usado para lubrificação. Usamos uma pequena prensa de perfuração de precisão a 1.000-2.000 rpm.</li>
</ol>2. Preparação de ligação
<ol><li>Para ligar bolachas, a limpeza é primordial. Existem alguns passos que devem ser tomados para limpar os wafers. Primeiro, limpe com banhos de RCA.<ol>
<li>Enxágüe wafers em água desionizada (DI).</li>
		<li>Limpe no banho de ácido "RCA". O banho de ácido RCA é H2O:H2O2:HCl com as proporções de 5:1:1. Coloque wafers em ácido RCA de 80 °C por 15 minutos com os lados padronizados voltados para cima. Esta etapa eliminará qualquer contaminação metálica.</li>
		<li>Remova os wafers do ácido e enxágue no banho d'água por 5 minutos.</li>
		<li>Limpe na base "RCA" em seguida. Base RCA é H2O:H2O2:NH4OH com as proporções de 10:2:1. Coloque wafers na base de RCA de 80 °C por 15 minutos com os lados padronizados voltados para cima. Esta etapa eliminará qualquer contaminação orgânica.</li>
		<li>Enxágüe wafers em banho d'água DI por ~15 min.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Os wafers precisam ser removidos do banho d'água DI e permanecer limpos para que ocorram laços adequados. Isso é feito em duas etapas:<ol>
<li>Primeiro, coloque os wafers com seus lados gravados estampados de frente um para o outro em um mandril Teflon em uma microcâmara limpa, como mostrado na Figura 3B. Eles são separados por abas Teflon de ~1 mm. Pulverize a água deionizada entre os wafers enquanto eles giram lentamente (~10-60 rpm) por ~2 min, a fim de remover qualquer contaminação de partículas. Um filme de água será deixado entre os wafers neste momento. Isso evita a contaminação da poeira antes do próximo passo.</li>
		<li>Cubra os wafers com a tampa acrílica clara e gire os wafers secos por ~30 min a 3.000 rpm. Use uma lâmpada de calor infravermelha de 250 W para auxiliar no processo de secagem. A fiação rápida vai prender qualquer contaminante de partículas com a ejeção do filme de água, como na Figura 3C.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Antes de remover a tampa sobre os wafers, remova as abas que separam os wafers girando a tampa. Isso trará os wafers em contato local leve enquanto ainda está na câmara microlimpa. Agora os wafers podem ser removidos com segurança da câmara microlimpísa em seu porta-aviões. A pequena distância de aproximadamente 1 μm entre os wafers minimizará a contaminação da poeira durante esta etapa. Além disso, não pegue os wafers com pinças neste momento, pois isso iniciaria a ligação assimétrica. Em vez disso, transporte os wafers com o uso do porta-aviões removível para a prensa da árvore.</li>
</ol>3. Ligação de wafer
<ol><li>Pressione os dois wafers juntos usando uma prensa arbor e uma bola bastante rígida e suave (Nerf). A bola Nerf é usada para aplicar pressão nos wafers do meio para fora. A pressão aplicada desta forma permite que o ar preso seja empurrado para fora à medida que a onda de ligação se espalha do centro para fora. Iniciar a ligação no centro minimiza as tensões que são construídas à medida que os wafers contornam uns aos outros. Os wafers têm um achatamento de estado livre de cerca de 1 μm, enquanto as lacunas alcançadas na ligação são uniformes dentro de alguns nm. Assim, os wafers devem distorcer de seu estado livre para conseguir isso.<ol>
<li>Verifique a ligação procurando por franjas de interferência usando uma fonte de luz infravermelha e detector com um filtro de passagem de 1 μm de altura. As imagens da amostra são mostradas nas Figuras 4 e 5. As franjas de interferência (anéis de Newton) aparecerão se houver má ligação. Se a ligação for boa, pode-se passar para o passo 3.3. Se o vínculo é ruim e há não-universidades, proceda da seguinte forma.</li>
		<li>Coloque a célula em um plano óptico, cubra com papel filtro para proteger e amorteça o wafer superior e pressione os wafers junto com pinças de wafer. Empurre "bolhas" desossadas para o meio (onde há o orifício de enchimento) ou para as bordas. Tenha cuidado ao aplicar força perto das bordas, pois os wafers podem ser ligeiramente deslocados centro para centro. A pressão perto das bordas, portanto, pode fazer com que o wafer superior quebre se ele sobrepõe o wafer inferior.</li>
		<li>Se as irregularidades de ligação persistirem ou uma partícula de poeira for evidente, divida os wafers com uma lâmina de barbear entre eles. Repita o processo desde o início (etapa 2.1.1). Até agora, a ligação é reversível. Os wafers podem ser ressarcidos na RT muitas vezes enquanto tentam obter vínculos aceitáveis.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Após a obtenção de vínculo RT aceitável, passa-se a anneal os wafers. Temperaturas acima de 900 °C precisam ser atingidas para ter certeza deque a 5,6.<ol>
<li>Enloucar a célula em um mandril de vácuo de quartzo de tal forma que o orifício de enchimento esteja centrado sobre o orifício de bombeamento no mandril. O mandril está conectado a um tubo de bombeamento de quartzo que é usado para evacuar a célula antes e durante o processo de ressaramento. Este tubo se estende fora do forno. Evacuar a célula faz com que uma pressão de uma atmosfera seja aplicada à célula. Isso vai ajudar com a ligação. O bombeamento também é necessário para evitar o acúmulo de pressão se a temperatura do forno force for aumentada muito rapidamente. O tempo que leva para diminuir significativamente a pressão na célula dependerá da geometria dentro da célula.</li>
		<li>Para evitar o crescimento de óxido do lado de fora da célula, purigue a câmara do forno com um gás não reencenante, tipicamente 4 He, de modo que nenhum óxidoseja cultivado.</li>
		<li>Para permitir que as cepas tenham tempo para relaxar, é importante aumentar as temperaturas de 250-1.200 °C ao longo de ~4 horas. Depois de ficar a 1.200 °C por pelo menos 4 horas, desligue o forno.</li>
		<li>Deixe o sistema esfriar para RT.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Analise a célula mais uma vez usando a fonte e o detector de luz infravermelha, como mostrado na Figura 6. Se a renasceção correu bem, a célula vai parecer tão boa quanto, ou muitas vezes melhor do que, quando inicialmente colocada no forno. Se há franjas inaceitáveis indicando má ligação, todo o processo deve ser repetido desde o início; no entanto, isso deve ser feito com novos wafers. Uma vez ressutado, o vínculo entre wafers é permanente e não há divisão possível.</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>

Não temos nada para revelar.

O desenvolvimento de litografia de silício adequada em combinação com a ligação direta de wafer nos permitiu fazer gabinetes apertados a vácuo com pequenas dimensões altamente uniformes sobre toda a área de um wafer de silício de 5 cm de diâmetro. Esses gabinetes nos permitiram estudar o comportamento do líquido 4Ele no bairro de sua fase transita de um líquido normal para um superfluido. Esses estudos verificaram previsões de dimensionamento de tamanho finito, bem como apontaram falhas que ainda ...

Quando wafers de silício limpos são trazidos para contato íntimo na RT, eles são atraídos um pelo outro através das forças van der Waals e formam laços locais fracos. Essa ligação pode ser muito mais forte, a ressarando a temperaturas mais altasde 5,6. A ligação pode ser feita com sucesso com superfícies de SiO2 para Si ou SiO2 para SiO2. A ligação de wafers Si é mais comumente usada para silício em dispositivos isoladores, sensores e atuadores à base de silício e dispositivos ópticos7. O trabalho descrito aqui leva a ligação direta de wafer em uma direção diferente, usando-o para alcançar gabinetes bem definidos e uniformemente espaçados sobre toda a área de wafer8,9. Ter uma geometria bem definida onde o fluido pode ser introduzido permite que medidas sejam realizadas a fim de determinar o efeito do confinamento nas propriedades do fluido. Fluxos hidrodinâmicos podem ser estudados onde a pequena dimensão pode ser controlada de dezenas de nanômetros a vários micrômetros.
O SiO2 pode ser cultivado em wafers Si usando um processo de óxido térmico úmido ou seco em um forno. O SiO2 pode então ser padronizado e gravado conforme desejado usando técnicas litográficas. Padrões que têm sido usados em nosso trabalho incluem um padrão de postagens de suporte amplamente espaçadas que resulta em ligação em um planar ou geometria de filme (ver Figura 1). Também padronizamos canais para características unidimensionais, e matrizes de caixas, de (1 μm)3 ou (2 μm)3 dimensão3 (ver Figura 2). Ao projetar um confinamento com caixas, tipicamente 10-60 milhões em um wafer, precisa haver uma maneira de encher todas as caixas individuais. Uma padronização separada do wafer superior com um design que fica fora dos dois wafers por 30 nm ou mais permite isso. Ou, equivalentemente, canais rasos podem ser projetados no wafer superior para que todas as caixas estejam ligadas. A espessura do óxido cultivado no wafer superior é diferente da do wafer inferior. Isso adiciona outro grau de flexibilidade e complexidade ao projeto. Ser capaz de padronizar ambos os wafers permite que uma maior variedade de geometrias de confinamento seja realizada.
O tamanho das características geométricas nestes wafers ligados, ou células, pode variar. Células com filmes planares de até 30 nm foram feitas com sucesso10,11. Em espessuras abaixo disso, o sobresssocimento pode ocorrer pelo qual os wafers se curvam ao redor dos postes de suporte, assim "selando" a célula. Recentemente, uma série de medições no líquido 4Ele foi realizado com uma matriz de (2 μm)3 caixas com distância de separação variada entre elas10,12. Características muito maiores em profundidade do que 2 μm não são muito práticas devido ao tempo crescente necessário para cultivar o óxido. No entanto, as medidas foram feitas com um óxido tão grosso quanto 3,9 μm9. Os limites da pequenidade da dimensão lateral decorrem dos limites das capacidades de litografia. O limite para a grandeza da dimensão lateral é determinado pelo tamanho do wafer. Criamos com sucesso as células do planar onde a dimensão lateral abrangeu quase todo o diâmetro do wafer, mas poderíamos imaginar facilmente padronizar várias estruturas menores na ordem de dezenas de nanômetros de largura. No entanto, tais estruturas exigiriam litografia de feixe eletrônico. Não fizemos isso até agora.
Em todo o nosso trabalho, os wafers ligados formaram um gabinete apertado de vácuo. Isso é conseguido retendo no óxido padronizado um anel sólido de SiO2 de 3-4 mm de largura no perímetro do wafer, ver Figura 1. Isso, ao se unir, forma um selo apertado. Este projeto poderia ser facilmente modificado se alguém estivesse interessado em estudos hidrodinâmicos que requerem uma entrada e uma saída.
A pressão das células ligadas também foi testada. Descobrimos que com wafers de 375 μm de espessura, a pressão até aproximadamente nove atmosferas poderia ser aplicada. No entanto, não estudamos como isso poderia ser melhorado por ligação sobre áreas de óxido maiores ou, talvez, para wafers mais espessos.
O procedimento para interligar as células de silício a uma linha de enchimento e as técnicas para medir as propriedades do hélio confinado a baixa temperatura é dado em Mehta et al. 2 e Gasparini et al. 13 Observamos que as mudanças na dimensão linear para o silício são de apenas 0,02% ao resfriar as células14. Isso é insignificante para os padrões formados na 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

Medições da capacidade de calor e fração supérflua de 4confinados Ele foi realizado perto da transição lambda usando bolachas de silício litograficamente padronizadas e ligadas. Ao contrário dos confinamentos em materiais porosos frequentemente utilizados para esses tipos de experimentos3,os wafers ligados fornecem espaços uniformes pré-assinados para confinamento. A geometria de cada célula é bem conhecida, o que remove uma grande fonte de ambiguidade na interpretação dos dados.
Wafers Si excepcionalmente plano, de 5 cm de diâmetro, 375 μm de espessura com variação de cerca de 1 μm sobre o wafer inteiro pode ser obtido comercialmente (da Companhia de Processamento de Semicondutores, por exemplo). O óxido térmico é cultivado nos wafers para definir a dimensão do confinamento na direção z. Um padrão é então gravado no óxido usando técnicas litográficas de modo a criar um gabinete desejado ao ligar. Um orifício é perfurado em um dos wafers (o topo) para permitir que a introdução do líquido seja medida. Os wafers são limpos2 em soluções RCA e, em seguida, colocados em uma câmara microlimpíada onde são enxaguados com água deionizada4. Os wafers são ligados em RT e, em seguida, annealed a ~1.100 °C. Isso forma um vínculo forte e permanente. Este processo pode ser usado para fazer gabinetes uniformes para medir propriedades térmicas e hidrodinâmicas de líquidos confinados do nanômetro até a escala de micrômetros.

Wafers devidamente ligados não terão regiões desabondadas. Tentar dividir os wafers após a recaída fará com que a célula se quebre em pedaços devido à força do vínculo. Imagens infravermelhas de wafer devidamente ligados são mostradas nas Figuras 5 e 6. Muitas vezes o ressarcimento melhora a uniformidade da célula, especialmente se as regiões locais não aderidas são devido à falta de achatamento nos wafers. Na Figura 5, os pontos de luz e a fronteira sã...

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Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Um método para unir permanentemente dois wafers de silício para perceber que um gabinete uniforme é descrito. Isso inclui a preparação de wafer, limpeza, ligação RT e processos de ressarcimento. Os wafers ligados resultantes (células) têm uniformidade de gabinete ~1%1,2. A geometria resultante permite medições de líquidos confinados e gases.

Fabricação de cavidades de nanoescala uniformes via 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 ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

6.6K visualizações.  The State University of New York at Buffalo. Um método para unir permanentemente dois wafers de silício para perceber que um gabinete uniforme é descrito. Isso inclui a preparação de wafer, limpeza, ligação RT e processos de ressarcimento. Os wafers ligados resultantes (células) têm uniformidade de gabinete ~1%1,2. A geometria resultante permite medições de líquidos confinados e gases.

Vídeo: 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).

Fabricação e caracterização de guias de onda de luz de cristal fotônico lentas e 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 ...

Engenharia

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.

Condutividade quantitativa concorrente e Medidas mecânicas de materiais fotovoltaicos orgânicos 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.

Patterning via ópticos de saturação Transitions - Fabricação e caracterização

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 Medição térmicos em analíticos microfluídicos

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.

Prescrito 3-D Direto Escrita de Suspenso Micron / Sub-micron estruturas de fibras Escala através de um sistema distribuidor Robotic

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 para Fabricação de PMMA e COP microfluídicos

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.

Um novo método para<em&gt; In Situ</em&gt; Caracterização eletromecânica de amostras 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.

Fabricação de nanoestruturas magnéticas nas membranas de nitreto de silício para estudos de vórtice magnético utilizando técnicas de microscopia de transmissão

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.

Fabricação de Polyhedrons tridimensionais baseados em grafeno através do Origami, como self dobrável

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.

Fabricação do contato de nanoscale robusto entre um elétrodo de nanowire de prata e a camada do amortecedor dos CdS em células solares do fino-filme do se2 de UC (em, GA)