气体夹膜的概念验证，源自爱水的SiO 2/Si/SiO₂晶圆，用于绿色海水淡化

此处介绍了一种使用集成电路微加工技术从 SiO₂/Si 晶圆中实现气体环膜 （GEM） 的逐步方案。当二氧化硅-GEM浸入水中时，尽管二氧化硅的成分是爱水的，但水的侵入是可以避免的。

气体夹膜（GEM）可以有力地将空气浸入湿液中。因此，由于其结构，例如，在膜蒸馏的海水淡化中，它们实现了这一功能。光刻学使我们能够在硅晶圆的两侧创建复杂的悬垂结构，从而形成 GEMS。

它为利用传统的微制造技术制造GEMS提供了途径。应在照片蒙版上放置正确的对齐标记，以实现垂直对齐的柱子。我们建议使用最小尺寸至少为极直径四倍的多比例对齐标记。

二氧化硅 GEMS 的制造涉及复杂的设计模式和多步骤过程，因此这将演示足够的微制造步骤将有助于理解协议。从数组和掩码开发开始此过程，如文本协议中所述。将硅晶片浸入新鲜准备的食人鱼溶液中。

在 388 开尔文温度下保持 10 分钟。在湿式工作台上用去电化水冲洗晶圆两圈，然后在旋转干燥器中的氮环境中干燥晶圆。将晶圆暴露在 HMDS 的蒸汽中，以提高光耐附物与二氧化硅表面的粘附性。

将晶圆转移到旋转涂布器的真空夹头上，以旋转光圈。使用 AZ 5214 光印剂作为负音，以实现 1.6 微米厚的光光膜膜。在热板上将光面涂层晶圆在 105 摄氏度下烘烤两分钟。

这会干燥和硬化光抗膜，否则，光耐膜会粘在玻璃面罩上，并在紫外线照射期间造成污染问题。它还改善了光耐附剂与二氧化硅表面的粘附。使用面罩对齐系统，在紫外线照射下曝光晶圆 15 秒，实现光膜上所需的设计。

然后，在120摄氏度的高温盘上烘烤实现的晶圆两分钟。在此步骤中，外露的负光面膜进一步交叉链接。因此，光抗光剂的紫外线暴露部分不再可溶于开发者溶液，而未暴露区域是可溶性的。

在紫外线固化系统中，在紫外线照射下进一步暴露晶圆 15 秒。在此步骤中，以前未公开的光印地剂区域将公开，以后可以溶解在开发人员中。接下来，将晶圆浸入 AZ 726 光处理材料开发人员的 50 mL 浴池中 60 秒，实现硅晶片上所需的光处理模式。

随后用去压水清洁晶圆，用氮气进一步吹干。在晶圆上溅出铬200秒，获得50纳米厚的铬层。沉积使用磁控管型直流反应溅射器，在 argon 环境中使用标准的两英寸圆形目标源。

在丙酮浴中将溅出的晶圆声波化五分钟，从晶圆上提起剩余的光光，留下所需的铬硬质掩码。用大量的丙酮和乙醇冲洗晶圆背面后，用氮枪吹干。然后，在晶圆背面重复旋转涂层、烘烤和紫外线照射步骤。

对于紫外线照射，请使用触点对准器中的十字线模块手动背面对齐，使用蒙版中的对齐标记将背面所需的特征与晶圆正面对齐。对于晶圆的背面，继续使用溅射和光面提升步骤，以生成所需的设计，在晶圆的两侧使用铬硬质掩膜。镀铬表面不进行蚀刻。

因此，晶圆上不存在铬的斑点定义了浇注的入口和出口。使用采用氟和氧化学的电感耦合等离子离子蚀刻器，在晶圆两侧对暴露的二氧化硅层进行蚀刻。每侧的持续时间为 16 分钟。

使用博世工艺对晶圆进行五个周期的各向异性蚀刻处理，在硅层中创造一个缺口。这个过程的特点是，使用八氟环丁烷和六氟化硫气体的交替沉积，形成平坦的壁壁轮廓。通过交替的各向异性蚀刻和聚合物沉积，硅蚀刻直向下。

此步骤在晶圆的每一侧执行。接下来，将晶圆浸入鱼丹鱼溶液的浴缸中，在388开尔文的温度下保持10分钟。这将去除沉积在各向异性步骤中的聚合物。

要创建底切，产生重入型材，使用基于六氟化硫的配方进行同向蚀刻，持续时间为 165 秒。此步骤在晶圆的每一侧执行。要执行各向异性硅蚀刻，请将晶圆转移到深电感耦合的等离子反应离子蚀刻器中，以蚀刻 150 微米硅。

使用博世工艺执行 200 次深度蚀刻循环。使用晶圆的背面重复此步骤。现在，在湿式长凳中对晶圆进行 10 分钟的食人鱼清洁，以去除蚀刻过程中沉积的聚合物污染物，从而确保均匀的蚀刻率。

重复这些蚀刻和清洁步骤，通过晶圆中具有重入入口和插座的孔隙实现。浸入 100 mL 的铬蚀刻浴中 60 秒，从晶圆中去除铬。在微加工过程后，用100 mL新鲜准备好的食人鱼溶液在玻璃容器中清洁晶圆10分钟。

然后，用99%的纯氮气压力枪进一步吹干。将样品放在323开尔文的清洁真空烤箱内的玻璃培养皿中，直到48小时后，水在光滑二氧化硅上的内在接触角稳定在内在接触角，即与40度相等的接触角。将所得的干样品（即二氧化硅 GAM）存放在氮气柜中。

硅 GEM 的扫描电子显微图显示倾斜的横截面视图、单个孔隙的放大横截面视图以及孔孔入口和出口上重入边缘的放大视图。这些 GEM 的毛孔垂直对齐。入口和出口直径为100微米。

毛孔之间的中心到中心距离为400微米。重入边和孔壁的分离为18微米，孔隙的长度为300微米。这里展示的是计算机增强的3D重建空气水界面在水下的二氧化硅GEM入口。

还显示沿白色虚线横截面视图。在再入气腔的情况下，空腔内水蒸气的凝结使夹住的空气流离失所，导致空气-水界面向上膨胀，并破坏系统的稳定。相比之下，尽管加热速度相似，但二氧化硅 GEM 在较长时间内仍然不受膨胀。

这些结果是在对方冷却空气-水界面上激光加热储层对水蒸气进行优先冷凝的基础上合理化的。然而，在此实验配置中无法测量质量转移速率。防止在博世过程中去除二氧化硅再入结构，它用于添加硅。

拥有铬硬面膜是非常关键的。这些发现可能为目前需要全氟涂层的应用（如减少阻力或抑制和纯化）释放常见材料的潜力。