إثبات مفهوم الأغشية المنضوية للغاز المشتقة من SiO₂/ Si/SiO₂ رقاقات لتحلية المياه الخضراء

يقدم هنا بروتوكول خطوة بخطوة لتحقيق الأغشية المربوطة بالغاز (GEMs) من رقاقات SiO₂/ Si باستخدام تقنية التصنيع الدقيق للدوائر المتكاملة. عندما يتم غمر السيليكا-GEMs في الماء، يتم منع تسرب المياه، على الرغم من تكوين المياه المحبة للسيليكا.

يمكن للأغشية التي تحاصر الغاز، أو GEMs، أن تحاصر الهواء بقوة على الغمر في السوائل المتساقطة. ونتيجة لذلك، فإنها تحقق هذه الوظيفة بسبب هيكلها، والتي يمكن أن تكون للاستخدام، على سبيل المثال، في تحلية المياه عن طريق تقطير الأغشية. سمح لنا التصوير الضوئي بإنشاء أبنية معقدة معلقة على كلا الجانبين من رقاقة السيليكون مما أدى إلى GEMS.

وقد وفرت مساراً لتصنيع نظام الرصد العالمي (GEMS) باستخدام تقنيات التصنيع الدقيقة التقليدية. يجب وضع علامات المحاذاة المناسبة على قناع الصورة لتحقيق المشاركات المحاذية رأسيًا. نقترح استخدام علامات محاذاة متعددة النطاقات بأصغر حجم لا يقل عن أربعة أضعاف قطر القطب.

تلفيق من السيليكا GEMS ينطوي على أنماط تصميم معقدة وعملية متعددة الخطوات، وهكذا هذا سوف تظهر ما يكفي من الخطوات تصنيع الصغيرة سوف تساعد في فهم البروتوكول. ابدأ هذا الإجراء بتصميم صفائف و تطوير قناع كما هو موضح في بروتوكول النص. تزج رقاقة السيليكون في حل البيرانا الطازجة.

الحفاظ على درجة حرارة 388 كلفن لمدة 10 دقائق. شطف رقاقة مع المياه ديوند لدورتين في مقعد الرطب، ثم تجفيف رقاقة تحت بيئة النيتروجين في مجفف تدور. عرض رقاقة لبخار HMDS لتحسين التصاق من ضوئي مع سطح السيليكا.

نقل رقاقة على تشاك فراغ من معطف تدور لتدور معطف المصور. استخدام AZ 5214 photoresist كنبرة سلبية لتحقيق 1.6 ميكرون فيلم سميكة من photoresist. خبز رقاقة المغلفة photoresist في 105 درجة مئوية على لوحة ساخنة لمدة دقيقتين.

هذا يجف ويصلب الفيلم photoresist، الذي يتمسك خلاف ذلك إلى قناع الزجاج ويسبب قضايا التلوث أثناء التعرض للأشعة فوق البنفسجية. كما أنه يحسن التصاق من ضوئي إلى سطح السيليكا. فضح رقاقة تحت التعرض للأشعة فوق البنفسجية لمدة 15 ثانية من خلال قناع الكروم باستخدام نظام محاذاة قناع لتحقيق التصميم المطلوب على photoresist.

ثم، خبز رقاقة المحققة في 120 درجة مئوية على لوحة ساخنة لمدة دقيقتين. خلال هذه الخطوة، يتعرض الفيلم photoresist السلبية مزيد من الروابط عبر. ونتيجة لذلك، لم تعد الأجزاء المكشوفة للأشعة فوق البنفسجية من جهاز التصوير الضوئي قابلة للذوبان في محلول المطور، في حين أن المناطق غير المكشوفة قابلة للذوبان.

مزيد من فضح رقاقة تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية لمدة 15 ثانية في نظام علاج الأشعة فوق البنفسجية. أثناء هذه الخطوة، يتم كشف المناطق ناصعة ضوئيًا التي لم يتم كشفها مسبقًا، ويمكن حلها لاحقًا في المطور. بعد ذلك، غمر الرقاقة في حمام 50 مل من المطور AZ 726 photoresist لمدة 60 ثانية لتحقيق نمط التصوير المطلوب على رقاقة السيليكون.

في وقت لاحق تنظيف رقاقة باستخدام المياه الأيونية، وضربة أخرى الجافة مع غاز النيتروجين. بصق الكروم على رقاقة لمدة 200 ثانية للحصول على 50 نانومتر سميكة الكروم طبقة. يتم تنفيذ الترسب باستخدام بصقة DC تفاعلية من نوع المغنطرون مع مصدر هدف دائري قياسي بوصتين في بيئة أرجون.

سونيكيت رقاقة sputtered في حمام الأسيتون لمدة خمس دقائق لرفع قبالة photoresist المتبقية من رقاقة، وترك وراءها الميزات المطلوبة مع قناع من الصعب الكروم. بعد شطف الجانب الخلفي من رقاقة مع كمية وفيرة من الأسيتون والإيثانول، ضربة الجافة مع بندقية النيتروجين. ثم، كرر الطلاء تدور، والخبز، وخطوات التعرض للأشعة فوق البنفسجية على الجانب الخلفي من رقاقة.

بالنسبة إلى التعرض للأشعة فوق البنفسجية، استخدم المحاذاة الخلفية اليدوية مع وحدة التقاطع في مصفّق الاتصال لمحاذاة الميزات المطلوبة على الجانب الخلفي مع الجانب الأمامي من الرقاقة باستخدام علامات المحاذاة في القناع. بالنسبة للجانب الخلفي من الرقاقة، استمر في رفع الورم والفوترسرسي قبالة الخطوات لإنشاء التصميم المطلوب مع قناع الكروم الصلب على جانبي الرقاقة. لا يخضع السطح المغطى بالكروم للحفر.

وهكذا، فإن البقع التي يغيب فيها الكروم على الرقاقة تحدد مداخل ومنافذ الصب. الخضوع لحفر طبقة ثاني أكسيد السيليكون المكشوفة على جانبي الرقاقة بواسطة مخرّز أيون متفاعل بلازما مُنضم بشكل حثائي يستخدم كيمياء الفلور والأكسجين. مدة 16 دقيقة لكل جانب.

معالجة رقاقة مع خمس دورات من النقش anisotropic باستخدام عملية بوش لخلق درجة في طبقة السيليكون. وتتميز هذه العملية من جانب الحائط المسطح باستخدام ترسبات متناوبة من غازات ثماني فلوريكوروبيوتان وسادس فلوريد الكبريت. بالتناوب النقش النظائري وترسب البوليمر، والسيليكون يترسب مباشرة إلى أسفل.

يتم تنفيذ هذه الخطوة على كل جانب من رقاقة. بعد ذلك، غمر الرقاقة في حمام من محلول البيرانا الذي يتم الحفاظ عليه عند درجة حرارة 388 كلفن لمدة 10 دقائق. هذا يزيل البوليمرات المودعة في الخطوة anisotropic.

لإنشاء تقويض, الذي ينتج التشكيل الجانبي reentrant, الخضوع حفر متساوي الاستوائية باستخدام وصفة الكبريت القائم على سداسي فلوريد لمدة 165 ثانية. يتم تنفيذ هذه الخطوة على كل جانب من رقاقة. لأداء نقش السيليكون anisotropic، نقل رقاقة إلى عميق الاستقراء البلازما مقرونة الاستقراء التفاعلية حفر 150 ميكرون من السيليكون.

قم بأداء 200 دورة من الحفر العميق باستخدام عملية بوش. كرر هذه الخطوة مع الجانب الخلفي من رقاقة. الآن، الخضوع لتنظيف البيرانا من رقاقة في مقاعد البدلاء الرطب لمدة 10 دقائق لإزالة الملوثات البوليمرية المودعة من عملية الحفر، مما يضمن معدلات النقش موحدة.

كرر هذه الحفر وتنظيف الخطوات لتحقيق من خلال المسام في رقاقة بعد المداخل reentrant ومنافذ. إزالة الكروم من رقاقة عن طريق الانغماس في حمام 100 مل من خنانت الكروم لمدة 60 ثانية. بعد عملية microfabrication، تنظيف رقاقة مع 100 مل من محلول البيرانا الطازجة في وعاء زجاجي لمدة 10 دقائق.

ثم، مزيد من ضربة الجافة مع 99٪ نقية بندقية ضغط غاز النيتروجين. ضع العينات في طبق بيتري زجاجي داخل فرن فراغ نظيف في 323 كلفن حتى تستقر زاوية الاتصال الجوهرية للمياه على ثاني أكسيد السيليكون السلس عند زاوية اتصال جوهرية تساوي 40 درجة بعد 48 ساعة. تخزين العينات الجافة التي تم الحصول عليها، والتي هي GEMs السيليكا، في خزانة النيتروجين.

تُظهر الميكروفات الإلكترونية الملتقطة بالمسح الضوئي لـ SILMs السيليكا منظرًا مقطعيًا مائلًا مائلًا، وعرض مقطعي متضخم لمسام واحدة، وإطلالات مكبرة للحواف المُنْقِدة عند مداخل ومخارج المسام. كانت مسام هذه GEMs محاذية رأسيًا. وكان مدخل ومنافذ قطر 100 ميكرون.

كانت المسافة من الوسط إلى المركز بين المسام 400 ميكرون. وكان الفصل بين حواف reentrant والجدار المسام 18 ميكرون، وكان طول المسام 300 ميكرون. يظهر هنا هي إعادة بناء 3D معززة بالكمبيوتر من واجهة الهواء والماء في مداخل GEMs السيليكا تحت الماء.

كما تظهر أيضاً طرق عرض مقطعية مقطعية على طول الخطوط البيضاء المنقطة. في حالة التجاويف المُمَرّضة، فإن تكثيف بخار الماء داخل التجاويف قد أدى إلى إزاحة الهواء المحاصر، مما تسبب في انتفاخ واجهة الهواء والماء إلى الأعلى وزعزع النظام. وعلى النقيض من ذلك، ظلت السيليكا غير مُنْتَجِرة لفترة أطول بكثير، على الرغم من أن معدل التدفئة كان مماثلاً.

تم ترشيد هذه النتائج على أساس التكثيف التفضيلي لبخار الماء من الخزان بالليزر على واجهة الهواء والماء المبردة للجانب الآخر. ومع ذلك، لم يكن من الممكن قياس معدل النقل الجماعي في هذا التكوين التجريبي. منع إزالة الهياكل السيليكا reentrant خلال عملية بوش، يتم استخدامه لإضافة السيليكون.

من المهم جدا أن يكون لديك قناع الكروم الصلب. وقد تؤدي هذه النتائج إلى إطلاق العنان للمواد الشائعة للتطبيقات التي تتطلب حالياً طلاءات مفلورة، مثل الحد من السحب أو للقمع والتنقية.