Fabrication de canaux nanométriques incorporant l'actuation des ondes acoustiques de surface via le niobate de lithium pour la nanofluidique acoustique

Notre protocole fournit une méthode de fabrication détaillée des canaux nano-hauteur incorporant l’actionnement acoustique de surface d’onde par l’intermédiaire du niobate de lithium pour les nanofluidiques acoustiques. Cette technique peut être utilisée pour effectuer la liaison multicouche active à la surface plasmatique à température ambiante du niobate de lithium cristallin unique, un processus tout aussi utile pour lier le niobate de lithium ou le dioxyde de silicium et d’autres oxydes. Tous les débris et particules doivent être enlevés pendant le nettoyage et les processus activés par la surface plasmatique afin d’éviter une défaillance de liaison dans la formation du canal de nano-hauteur.

La démonstration visuelle de cette méthode peut capturer l’ensemble du processus de fabrication en détail, ce qui donne une présentation claire du protocole pour d’autres chercheurs. Pour préparer un masque de canal nano-hauteur, placez une gaufrette inscrite avec un motif conçu pour être une photolithographie normale dans les procédures de décollage dans un système de dépôt de pulvérisateur et tirez le vide de chambre à cinq fois 10 au négatif six millitorr. Laissez l’argon couler à 2,5 millitorr et pulvériser le chrome à 200 watts pour produire un masque sacrificiel de 400 nanomètres d’épaisseur en 18 minutes.

À la fin du dépôt, submerger complètement la gaufrette dans un bécher d’acétone et sonifier la gaufrette à intensité moyenne pendant 10 minutes. À la fin de la sonication, rincer la gaufrette à l’eau déionisée et sécher la gaufrette avec un débit d’azote sec. Ensuite, utilisez une scie à dés pour diviser la gaufrette en copeaux individuels avec un motif nano-fente par puce.

Pour fabriquer le canal nano-hauteur, placez la gaufrette dans une chambre réactive de gravure irion. Définissez les paramètres de la chambre comme indiqué pour produire une nano-fente de 120 nanomètres de profondeur dans le niobate de lithium. Pour percer les entrées et les prises du canal, utilisez du ruban adhésif à double face pour fixer une petite plaque d’acier au fond d’une boîte de Pétri et la puce gravée à la plaque.

Remplissez le plat d’eau pour plonger complètement la puce et fixez un foret diamantaire de 0,5 millimètre de diamètre à une presse à perceuse. Percez ensuite à une vitesse d’au moins 10 000 rotations par minute pour machiner les entrées et les prises désirées. Pour la gravure humide au chrome, utilisez un stylo de gravure à pointe de diamant pour marquer clairement la surface plate non verrouillée du niobate de lithium foré pour garder une trace de quel côté le canal nano-hauteur est situé et sonifier les copeaux dans l’étchant de chrome.

Pour le nettoyage solvant des copeaux, placez des paires de copeaux composées d’un dispositif d’ondes acoustiques de surface et d’une puce de dépression nanométrique gravée et plongez les paires dans un bécher d’acétone placé avec un bain de sonication. Après deux minutes de sonication en acétone, sonifier les copeaux dans le méthanol pendant une minute. À la fin de la sonication au méthanol, rincer les copeaux à l’eau déionisée.

Ensuite, ajoutez du peroxyde d’hydrogène à l’acide sulfurique à un rapport un à trois dans une hotte bien ventilée et placez toutes les copeaux dans un support en téflon. Placer délicatement le support dans le bécher d’acide piranha pendant 10 minutes avant de rincer les copeaux et le support dans deux bains d’eau déionisés séquentiels. Après le deuxième rinçage, séchez les copeaux avec un débit d’azote sec et placez immédiatement les échantillons dans l’équipement d’activation du plasma d’oxygène en les gardant couverts pendant la manipulation afin d’éviter la contamination.

En utilisant 120 watts de puissance tout en exposant les copeaux à l’écoulement de l’oxygène à 120 centimètres cubes standard pendant 150 secondes, activez les surfaces des copeaux avec le plasma. À la fin de l’activation, submergez immédiatement les échantillons dans un bain d’eau fraîchement déionisée pendant au moins deux minutes. Après avoir assécher les copeaux avec un flux d’azote sec, mentez soigneusement la puce nano-fente sur la puce du dispositif d’onde acoustique de surface dans la position désirée avec les copeaux alignés dans l’orientation appropriée.

Ensuite, utilisez une pince à épiler ou similaire pour appuyer sur l’échantillon de son centre pour initier le lien, en appliquant une pression douce sur les zones qui n’ont pas réussi à se lier après la dépression initiale. Ensuite, placez les échantillons collés dans une pince suspendue pour exercer en toute sécurité des charges malgré l’expansion thermique et placez les échantillons serrés dans un four à température ambiante. Réglez ensuite la température du four à 300 degrés Celsius avec un taux de rampe de deux degrés Celsius par minute maximum avec un temps de séjour de deux heures avant l’arrêt automatique.

Pour observer le mouvement du fluide dans la nano-fente terminée, placez la puce nano-fente sous un microscope inversé et faites pivoter la puce à travers un filtre polarisant linéaire dans le chemin optique pour bloquer convenablement le doublement de l’image à base de birefringence dans le niobate de lithium. Ajoutez ensuite de l’eau déionisée ultrapure à l’entrée et imagez la progression du fluide. Pour l’actionnement acoustique des ondes de surface, fixez les absorbeurs aux extrémités du dispositif d’ondes acoustiques de surface pour éviter les ondes acoustiques réfléchies et réglez la fréquence de résonance sur un générateur de signal à environ 40 mégahertz.

Utilisez un amplificateur pour amplifier le signal et utilisez un oscilloscope pour mesurer la tension, le courant et la puissance réels appliqués à l’appareil. Appliquez ensuite un champ électrique sinusoïde sur le transducteur interdigital et enregistrez le mouvement du fluide pendant l’actionnement dans la fente nanométrique. Dans ces images, le remplissage capillaire de l’eau déionisée ultrapure dans un canal de 100 nanomètres de haut de 400 micromètres de large et un canal de 100 nanomètres de haut de 40 micromètres de large est montré.

Les forces capillaires tirent le remplissage fluide de toute la nano-fente avec une goutte d’eau ultrapure livrée par l’entrée et le remplissage s’est produit plus rapidement dans le canal plus étroit en raison de sa plus grande force capillaire. Dans cette expérience, l’eau d’une fente de 100 nanomètres de hauteur a été drainée pour montrer une interface eau-air avec la longueur maximale au milieu indiquant une énergie acoustique maximale au milieu du dispositif d’onde acoustique de surface. Une puissance appliquée de seuil d’environ un watt est nécessaire pour forcer la pression acoustique à être plus grande que la pression capillaire pour conduire un phénomène visible de drainage.

La plupart des procédés de fabrication devraient être effectués dans une pièce propre afin d’éviter la contamination par les particules à l’échelle micrométrique et le liquide utilisé pour le remplissage devrait être ultrapure pour empêcher l’obstruation de la nano-fente. Notre approche offre un système de fluidité nano-acoustique pour l’étude d’une variété de problèmes physiques et d’applications biologiques à l’échelle nanométrique.