تقديم SiO₂/ Si Surfaces Omniphobic بواسطة نحت مواد دقيقة متشابكة بالغاز تتألف من Reentrant وDoubli Reentrant Cavities أو الأعمدة

يقدم هذا العمل بروتوكولات التصنيع الدقيق لتحقيق التجاويف والأعمدة مع ملامح reentrant وreentrant مضاعفة على رقاقات SiO₂/ Si باستخدام التصوير الضوئي والنقش الجاف. تظهر الأسطح الدقيقة الناتجة عن ذلك طاردًا سائلًا ملحوظًا ، يتميز بشرك قوي طويل الأجل للهواء تحت السوائل الرطبة ، على الرغم من قابلية السيليكا الجوهرية للبلل.

لدينا السطوح المجهرية التي تحاصر الغاز، أو GEMS، فإنها يمكن ثم فخ الهواء على مستحلب والسوائل، بغض النظر عن الكيمياء سطحها. لهذا السبب نعتقد أن هذا النهج لديه إمكانات هائلة للتطبيقات التي تتطلب بخلاف ذلك الطلاء المشبع. على عكس الطباعة ثلاثية الأبعاد وغيرها من تقنيات التصنيع التقليدية، يسمح لنا التصوير الضوئي والنقش الجاف باختلاق طبوغرافيات معقدة، صغيرة النطاق، معلقة إعادة الداخل والطوبوغرافيا إعادة الداخل مضاعفة.

يجب على المستخدمين لأول مرة استخدام رقائق الممارسة والتحقق بشكل دوري من معدلات الحفر لكل نوع من أنواع التصميم قبل محاولة تجربة، كما قد يتغير معدل مع حجم العينة. تلفيق الركائز وإعادة الوافدين بشكل مضاعف وتجاويف هي عملية متعددة التوقف التي تنطوي على أنماط تصميم معقدة. سوف مظاهرة مرئية من الاشياء microfabrication مساعدة مع فهم البروتوكول.

بدء عملية microfabrication عن طريق إنشاء ملف جديد في برنامج تخطيط مناسب. رسم خلية وحدة تتكون من دائرة رسم تخطيطي 200 ميكرومتر. نسخ لصق هذه الدائرة مع مركز إلى مركز المسافة من 212 ميكرومتر لإنشاء مجموعة من الدوائر في التصحيح مربع، مع مساحة مربعة سنتيمتر واحد.

بعد ذلك، رسم دائرة قطرها 100 ملليمتر ووضع صفيف مربع سنتيمتر واحد داخل الدائرة. نسخ هذا الترتيب لإنشاء شبكة 4 × 4 من صفائف مربعة. سيتم نقل الميزات داخل الدائرة إلى رقائق أربعة بوصة.

ثم تصدير ملف التصميم إلى التنسيق المطلوب لنظام الدرجات الشامل. لتنظيف رقائق لmicrofabrication، وضع رقاقة السيليكون قطرها أربعة بوصة مع طبقة أكسيد حراري سميكة 2.4 ميكرومتر في محلول بيرانا لمدة عشر دقائق، قبل الشطف مع المياه الأيونية. ثم تدور رقاقة الجافة تحت بيئة النيتروجين.

بعد التجفيف، واستخدام البخار مرحلة ترسب لمعطف رقاقة مع سداسيةthyldisilazane وجبل رقاقة على لفحص فراغ أربعة بوصة في المبرمج تدور. تغطية رقاقة مع photoresist واستخدام المبرمج تدور لنشر photoresist بشكل موحد عبر سطح رقاقة كطبقة سميكة 1.6 ميكرومتر. خبز photoresist المغلفة على 110 درجة مئوية الساخنة لوحة لمدة دقيقتين.

نقل رقاقة خبز إلى نظام تصنيف مباشر. تعريض الرقاقة للأشعة فوق البنفسجية لمدة 55 مللي ثانية ونقل رقاقة الأشعة فوق البنفسجية المكشوفة إلى طبق بيتري زجاجي يحتوي على مطور ضوئي ، للسماح للميزات بتطويرها. بعد 60 ثانية، شطف بلطف رقاقة مع المياه غير المؤين لإزالة أي مطور الزائدة، وتدور تجف رقاقة في بيئة النيتروجين.

بعد التصوير الضوئي، نقل رقاقة إلى البلازما تفاعلية موحّد نظام النقش الأيون، الذي يستخدم خليط من غازات أوكتان فلورو سيكلوبوتين والأكسجين. تشغيل العملية لمدة 13 دقيقة تقريبا لحفر طبقة السيليكا المكشوفة. لضمان أن سمك طبقة السيليكا داخل الأنماط المطلوبة يتم تخفيضها إلى الصفر، استخدم عداد انعكاس لقياس سمك السيليكا المتبقية وضبط مدة فترة النقش اللاحقة على أساس سمك طبقات السيليكا.

بعد حفر طبقة السيليكا، نقل رقاقة إلى عميق يقترن الايون البلازما تفاعلية نظام وتشغيل هذه العملية لمدة خمس دورات، مما أدى إلى عمق النقش للسيليكون ما يعادل ما يقرب من اثنين ميكرومتر. تنظيف رقاقة مع محلول بيرانا، ثم شطف وتدور الجافة كما هو موضح من قبل. إجراء النقش متساوي التروبيك لخلق تقويض تحت طبقة السيليكا مع سداسي فلوريد الكبريت لمدة 25 ثانية، تليها التنظيف مع شطف محلول بيرانا وتدور الجافة كما هو موضح.

بعد إنشاء تقويض، واستخدام نظام فرن درجة حرارة عالية لزراعة طبقة 500 نانومتر من أكسيد الحرارية على رقاقة. المقبل، الملعب السيليكا عموديا إلى أسفل لمدة ثلاث دقائق لإزالة طبقة أكسيد الحرارية من أسفل تجويف، في حين ترك طبقة السيليكا على طول الجدران الجانبية التي ستشكل في نهاية المطاف حافة مزدوجة reentrant. بعد حفر أكسيد الزائدة التي تزرع حراريا، كرر خمس دورات من عملية بوش لتعميق تجاويف بواسطة اثنين من ميكرومتر، ثم تنظيف رقاقة مع محلول البيرانا، شطف وتدور الجافة كما هو موضح.

لخلق مساحة فارغة وراء أكسيد نمت حراريا في فم تجويف، وحفر متساوي التجويف السيليكون لمدة 150 ثانية للحصول على حافة مضاعفة reentrant. يجب ضبط مقدار الوقت الذي يقضيه في آخر حفر السيليكون المتوازية لإنشاء أكبر قدر ممكن من المساحة خلف أكسيد المزروعة حراريًا دون دمج التجاويف. بعد إنشاء تجاويف إعادة مضاعفة، تنفيذ عملية بوش لمدة 160 دورات لزيادة عمق تجاويف إلى ما يقرب من 50 ميكرومتر.

تنظيف رقاقة في محلول بيرانا الطازجة، وشطف وتدور الجافة كما هو موضح. نقل رقاقة في فرن فراغ في 50 درجة مئوية لمدة 48 ساعة. يمكن بعد ذلك تخزين الرقاقة في خزانة تدفق النيتروجين النظيف.

هنا، ممثل reentrant ومضاعفة reentrant تجاويف وأعمدة microfabricated كما هو مبين. أسطح السيليكون ثاني أكسيد السيليكون مع صفائف من أعمدة مضاعفة reentrant عرض زوايا الاتصال واضحة أكبر من 150 درجة لكل من الماء والهيكساديك مع الحد الأدنى من التمدد زاوية الاتصال. الغريب، عندما تكون نفس أسطح السيليكون ثاني أكسيد السيليكون مع صفائف من الأعمدة مغمورة في نفس السوائل، يتم تطفلها على الفور.

في المقابل، تسوس التجاويف اغراء الهواء عند الغمر في كلا السائلين. علاوة على ذلك ، يكشف المجهر confocal أن الميزات المتدلية تعمل على استقرار السوائل المتطفلة والهواء في الفخ داخلها. microfabrication من صفائف من الأعمدة محاطة جدران من ملف تعريف reentrant مضاعفة يعزل ينبع من السوائل التبول، مما أدى إلى microtextures الهجين التي تتصرف كما نسيج الغاز التوريص.

وباستخدام نهج مماثل، يمكن تصميم الأغشية التي يمكن أن تؤدي وظائف الأغشية التجارية ولكن دون استخدام مركبات الهيدروكربون المشبع بالفلور الضارة، مما يمهد الطريق أمام العمليات الصناعية الأكثر مراعاة للبيئة. يمكننا التحقيق في أداء تجاويف الفطر على شكل وأعمدة من حيث قدرتها على إيقاع الهواء تحت السوائل ، وأيضا من حيث الضغوط اختراق وهلم جرا. يتضمن هذا البروتوكول استخدام مرفق غرفة نظيفة، بالإضافة إلى الألواح الساخنة والمواد الكيميائية القابلة للاشتعال والتآكل.

ولذلك يلزم التدريب على السلامة ومعدات الحماية الشخصية.