用于声表面波器件制备的激光直写光刻工艺研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:dgp000
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声表面波(surface acoustic wave,简称SAW)是一种沿着压电材料表面产生和传播的弹性波,在电子信息传播、血细胞分离、化学试剂驱动等领域的应用都非常广泛。SAW在片上实验室(lab-on-a-chip)的应用,尤其是在生物医学方面应用SAW驱动液滴的研究已然成为未来主流趋势。铌酸锂晶体(LiNbO3,LN)良好的机电耦合系数和温度系数使它成为制作SAW器件的理想基底材料。叉指换能器(Interdigital Transducer,简称IDT)是SAW器件的核心部件,在LN晶体表面制作IDT能够有效地激励声表面波,声表面波沿着LN表面进行传播,遇到液体后会产生漏声表面波,对液体产生作用力。本论文中详细论述了以YZ-LiNbO3为基底材料,利用激光直写光刻工艺制作声表面波驱动器的研究。实验方案是:在Li NbO3表面制作单层正性光刻胶,通过激光直写光刻工艺在正光刻胶上光刻出IDT形状的凹槽,然后在具有IDT凹槽图形的光刻胶表面镀金属膜,通过剥离正光刻胶得到叉指换能器,最后实现IDT的电路匹配连接。首先,设计开发了全自动激光直写光刻实验平台,平台由激光光路和计算机控制电路两部分组成。405nm激光光束通过快门、直径1mm的光阑和显微镜照射到步进电机原点,实现了激光的精准传播;利用Visual Basic语言编程,设计步进电机的运动模式、路径和快门的运行状态,实现了计算机程序全自动控制IDT图形光刻。通过实验探索和优化,得到光刻线条宽度5μm—70μm的IDT图形的最佳参数:双面抛光YZ-LiNbO3、光刻胶旋涂速度1600—3000r/min、干燥温度75℃、干燥时间25min、光刻速度400—800p/s、光强5—40μW、离焦10°—120°、不同光强对应的显影时间等。其次是电极制作部分,通过真空蒸镀技术、磁控溅射技术和离子溅射技术在光刻胶-LiNb O3表面镀金、铝等金属薄膜制作IDT电极。实验首次提出倒置光刻胶-LiNb O3方法进行激光直写光刻,创新地探索出单层光刻胶截面上窄下宽的梯形凹槽结构,这种凹槽结构对剥离工艺起着至关重要的作用,经过超声辅助剥离后得到IDT。通过研究真空离子溅射和真空磁控溅射工艺的真空度、溅射时间和溅射温度等参数,制作出良好的IDT。实验最后进行了声表面波驱动器与外电路的阻抗匹配连接,利用激光直写光刻工艺实现了声表面波器件的制作。
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