עיבוד SiO₂/סי משטחים אומניפובי על ידי גילוף מיקרוטקסטורות גז-מיקרו הכוללת חללים מחדש ושני עמודים

המשטחים המיקרו-טקסטוריים שלנו, או GEMS, יכולים ללכוד אוויר על אמולסיה ונוזלים, ללא קשר לכימיית פני השטח שלהם. לכן אנו חושבים כי גישה זו יש פוטנציאל עצום עבור יישומים הדורשים אחרת ציפויים perfluorinated. שלא כמו הדפסה בתלת-ממד וטכניקות ייצור קונבנציונליות אחרות, פוטוליטוגרפיה ותחריט יבש מאפשרים לנו להמציא טופוגרפיות מורכבות, מיקרו-בקנה מידה, מתחרות מחדש וכפליים.

משתמשים בפעם הראשונה צריכים להשתמש וופלים בפועל ולבדוק מעת לעת את שיעורי תחריט עבור כל סוג של עיצוב לפני שתנסה ניסוי, כמו שיעור עשוי להשתנות עם גודל המדגם. המצאה של עמודים וחללים מתחרים מחדש וכפליים היא תהליך רב-תכליתי הכולל דפוסי עיצוב מורכבים. הדגמה חזותית של החומר microfabrication יעזור עם הבנת הפרוטוקול.

התחל את תהליך microfabrication על-ידי יצירת קובץ חדש בתוכנת פריסה מתאימה. צייר תא יחידה המורכב מעיגול דיאגרמה של 200 מיקרומטר. העתק הדבק עיגול זה עם מרחק מרכז למרכז של 212 מיקרומטרים כדי ליצור מערך של עיגולים במדבקה מרובעת, עם שטח בריבוע של סנטימטר אחד.

לאחר מכן, צייר עיגול בקוטר 100 מילימטר והצב את המערך הריבועי המרובע בסנטימטר אחד בתוך העיגול. שכפל סידור זה כדי ליצור רשת של 4 x 4 של מערכים מרובעים. התכונות בתוך המעגל יועברו אל הוופלים בגודל 4 אינץ'.

לאחר מכן יצא את קובץ העיצוב לתבנית הרצויה עבור מערכת דירוג המסה. לניקוי ופלים למיקרו-פבריקציה, מניחים רקיק סיליקון בקוטר 4 אינץ' עם שכבת תחמוצת תרמית בעובי 2.4 מיקרומטר בתתווית פיראנה במשך עשר דקות, לפני שטיפה במים מיונים. ואז לסובב את הוופל יבש תחת סביבת חנקן.

לאחר הייבוש, השתמש בתצהיר פאזה אדים כדי לצפות את הוופל עם hexamethyldisilazane ולהוות את הוופל על בדיקת ואקום ארבעה אינץ 'במתכנת ספין. מכסים את הוופל בפוטורסיסט ולהשתמש במתכנת הספין כדי להפיץ את הפוטוגרסיסט באופן אחיד על פני השטח של הוופל כשכבה בעובי 1.6 מיקרומטר. אופים את הפוטורסיסט מצופה בצלחת חמה של 110 מעלות במשך שתי דקות.

מעבירים את הוופל האפוי למערכת דירוג ישירה. חשוף את הוופל לקרינה אולטרה סגולה במשך 55 אלפיות שנייה והעבר את הוופל החשוף UV לתוך צלחת פטרי זכוכית המכילה מפתח פוטורסיסטי, כדי לאפשר את התכונות לפתח. לאחר 60 שניות, לשטוף בעדינות את הוופל עם מים deionized כדי להסיר כל מפתח עודף, ולסובב לייבש את הוופל בסביבת חנקן.

לאחר פוטוליטוגרפיה, להעביר את הוופל למערכת תחריט יון תגובתי פלזמה משופץ, המעסיק תערובת של octafluorocyclobutane וגזי חמצן. הפעל את התהליך במשך כ 13 דקות כדי חרוט את שכבת סיליקה חשופה. כדי להבטיח כי עובי שכבת הסיליקה בתוך הדפוסים הרצויים מצטמצם לאפס, השתמש מד השתקפות כדי למדוד את עובי של סיליקה הנותרת ולהתאים את משך תקופת התחריט הבאים מבוסס על עובי של שכבות סיליקה.

לאחר תחריט שכבת סיליקה, להעביר את הוופל למערכת תחריט יון תגובתי פלזמה עמוקה יחד ולהפעיל את התהליך הזה במשך חמישה מחזורים, וכתוצאה מכך עומק תחריט עבור סיליקון שווה ערך כשני מיקרומטרים. נקה את הוופל עם פתרון פיראנה, ולאחר מכן לשטוף ולסובב יבש כפי שהוכח בעבר. בצע תחריט איזוטרופי כדי ליצור חתך מתחת לשכבת סיליקה עם hexafluoride גופרית במשך 25 שניות, ואחריו ניקוי עם תסמין פיראנה ולסובב יבש כפי שהוכח.

לאחר יצירת undercut, להשתמש במערכת תנור בטמפרטורה גבוהה כדי לגדל שכבה 500 ננומטר של תחמוצת תרמית על הוופל. לאחר מכן, המגרש סיליקה אנכית כלפי מטה במשך שלוש דקות כדי להסיר את שכבת תחמוצת תרמית מתחתית החלל, תוך השארת שכבת סיליקה לאורך הקירות הצדדיים כי בסופו של דבר ליצור את הקצה חוזר כפליים. לאחר תחריט תחמוצת גדל תרמית עודף, לחזור על חמישה מחזורים של תהליך בוש כדי להעמיק את החללים על ידי שני מיקרומטרים, ולאחר מכן לנקות את הוופל עם תברואה piranha, לשטוף ולסובב יבש כפי שהוכח.

כדי ליצור חלל ריק מאחורי תחמוצת גדל תרמית בפה של החלל, איזוטרופית תחריט הסיליקון במשך 150 שניות כדי להשיג את הקצה חוזר כפליים. כמות הזמן בילה תחריט סיליקון איזוטרופי האחרון חייב להיות מכוון כדי ליצור שטח רב ככל האפשר מאחורי תחמוצת גדל תרמית מבלי למזג את החללים. לאחר יצירת חללים חוזרים כפליים, בצע את תהליך Bosch במשך 160 מחזורים כדי להגדיל את עומק החללים לכ -50 מיקרומטר.

נקה את הוופל בתסמת פיראנה טרייה, שטף וסובב יבש כפי שהוכח. מעבירים את הוופל לתנור ואקום ב-50 מעלות במשך 48 שעות. לאחר מכן ניתן לאחסן את הוופל בארון זרימת חנקן נקי.

כאן מוצגים חללים ועמודים חוזרים נציגים ובלתי צפויים כפי שהוכח. משטחי סיליקון דו תחמוצת הסיליקון עם מערכים של עמודים חוזרים כפליים מציגים זוויות מגע לכאורה העולות על 150 מעלות הן עבור מים והן עבור הקסדקני עם היסטרזה מינימלית של זווית מגע. באופן מוזר, כאשר אותם משטחי סיליקון דו-חמצני עם מערכים של עמודים שקועים באותם נוזלים, הם פולשים באופן מיידי.

לעומת זאת, חללים חוזרים כפליים לוכדים אוויר עם טבילה בשני הנוזלים. יתר על כן, מיקרוסקופיה קונפוקל מגלה כי תכונות overhanging לייצב את הנוזלים פולשים ללכוד אוויר בתוכם. המיקרו-פבריקציה של מערכי עמודים המוקפים בקירות של פרופיל חוזר כפליים מבודדת את הגבעולים מנוזלים מרטיבים, וכתוצאה מכך מיקרוטקסטורים היברידיים שמתנהגים כמרקמי מיקרו מושרים גז.

בגישה דומה, ניתן לתכנן ממברנות שיהיו מסוגלות לבצע פונקציות של ממברנות מסחריות אך ללא שימוש ב-perfluorocarbons מזיקים, וסוללות את המסלול לתהליכים תעשייתיים ירוקים יותר. אנחנו יכולים לחקור את הביצועים של חללים בצורת פטריות ועמודי תווך מבחינת היכולת שלהם ללכוד אוויר תחת נוזלים, וגם במונחים של לחצים פורצי דרך וכן הלאה. פרוטוקול זה כרוך בשימוש במתקן חדר נקי, כמו גם צלחות חמות, כימיקלים דליקים וקורוזיביים.

לכן נדרשים אימוני בטיחות וציוד מגן אישי.