Rendering di siO₂/Si Superfici omnifobiche da intaglio Gas-Entrapping Microtextures Comprising Reentrant e Doubly Reentrant Cavities or Pillars

Le nostre superfici microtextured che intrappolano il gas, o GEMS, possono quindi intrappolare l'aria su emulsioni e liquidi, indipendentemente dalla loro chimica superficiale. Ecco perché pensiamo che questo approccio abbia un enorme potenziale per applicazioni che altrimenti richiedono rivestimenti perfluorurati. A differenza della stampa 3D e di altre tecniche di produzione convenzionali, la fotolitografia e l'incisione a secco ci consentono di fabbricare topografie complesse, su micro-scala, a strapiombo e doppiamente re-entranti.

Gli utenti per la prima volta devono utilizzare wafer di esercitazione e controllare periodicamente le velocità di incisione per ogni tipo di progettazione prima di tentare un esperimento, poiché la frequenza potrebbe cambiare con le dimensioni del campione. La fabbricazione di pilastri e cavità riconserti e doppiamente riconserti è un processo multi-stop che coinvolge intricati modelli di design. La dimostrazione visiva delle cose di microfabbricazione aiuterà a comprendere il protocollo.

Avviare il processo di microfabbricazione creando un nuovo file in un programma software di layout appropriato. Disegnare una cella unitaria composta da un cerchio di diagrammi di 200 micrometri. Copiare incollare questo cerchio con una distanza da centro a centro di 212 micrometri per creare una serie di cerchi in una patch quadrata, con un'area quadrata di un centimetro.

Quindi, disegnare un cerchio di diametro di 100 millimetri e posizionare l'array quadrato quadrato di un centimetro all'interno del cerchio. Replicate questa disposizione per creare una griglia 4 x 4 di array quadrati. Le caratteristiche all'interno del cerchio verranno trasferite sui wafer da quattro pollici.

Quindi esportare il file di progettazione nel formato desiderato per il sistema di classificazione di massa. Per pulire i wafer per la microfabbricazione, posizionare un wafer di silicio di quattro pollici di diametro con uno strato di ossido termico spesso 2,4 micrometri in soluzione piranha per dieci minuti, prima di risciacquare con acqua deionizzata. Quindi far asciugare il wafer sotto un ambiente di azoto.

Dopo l'essiccazione, utilizzare la deposizione in fase di vapore per rivestire il wafer con esametildisilazane e montare il wafer su un controllo del vuoto di quattro pollici in un programmatore di spin. Coprire il wafer con fotoresist e utilizzare il programmatore di spin per diffondere il fotoresist uniformemente sulla superficie del wafer come uno strato spesso 1,6 micrometri. Cuocere il fotoresist rivestito su una piastra calda di 110 gradi Celsius per due minuti.

Trasferire il wafer cotto in un sistema di classificazione diretta. Esporre il wafer alla radiazione ultravioletta per 55 millisecondi e trasferire il wafer esposto ai raggi UV in una piastra di Petri in vetro contenente sviluppatore fotoresist, per consentire lo sviluppo delle funzionalità. Dopo 60 secondi, sciacquare delicatamente il wafer con acqua deionizzata per rimuovere qualsiasi sviluppatore in eccesso e asciugare il wafer in un ambiente di azoto.

Dopo la fotolitografia, trasferire il wafer in un sistema di incisione ionica reattiva al plasma accoppiato induttivamente, che impiega una miscela di ottafluorociclobutano e gas ossigeno. Eseguire il processo per circa 13 minuti per incidere lo strato di silice esposto. Per garantire che lo spessore dello strato di silice all'interno dei motivi desiderati sia ridotto a zero, utilizzare un riflettore per misurare lo spessore della silice rimanente e regolare la durata del successivo periodo di incisione in base allo spessore degli strati di silice.

Dopo aver inciso lo strato di silice, trasferire il wafer in un profondo sistema di incisione ionica reattiva al plasma accoppiato induttivamente ed eseguire questo processo per cinque cicli, con conseguente profondità di incisione per il silicio equivalente a circa due micrometri. Pulire il wafer con la soluzione di Piranha, quindi risciacquare e girare asciutto come dimostrato in precedenza. Eseguire l'incisione isotropica per creare un sottosquadro sotto lo strato di silice con esafluoruro di zolfo per 25 secondi, seguito dalla pulizia con risciacquo della soluzione piranha e spin dry come dimostrato.

Dopo aver creato il sottosquadro, utilizzare un sistema di forno ad alta temperatura per far crescere uno strato di ossido termico di 500 nanometri sul wafer. Quindi, intonazione verticale della silice verso il basso per tre minuti per rimuovere lo strato di ossido termico dal fondo della cavità, lasciando uno strato di silice lungo le pareti laterali che alla fine formerà il bordo doppiamente rientrante. Dopo aver inciso l'ossido in eccesso coltivato termicamente, ripetere cinque cicli del processo Bosch per approfondire le cavità di due micrometri, quindi pulire il wafer con soluzione di piranha, risciacquare e girare asciutto come dimostrato.

Per creare uno spazio vuoto dietro l'ossido coltivato termicamente alla bocca della cavità, incidere isotropicamente il silicio per 150 secondi per ottenere il bordo doppiamente rientrante. La quantità di tempo trascorso nell'ultima incisione di silicio isotropo deve essere sintonizzata per creare più spazio possibile dietro l'ossido coltivato termicamente senza fondere le cavità. Dopo aver creato le cavità doppiamente rientranti, eseguire il processo Bosch per 160 cicli per aumentare la profondità delle cavità a circa 50 micrometri.

Pulire il wafer in soluzione di Piranha fresca, risciacquare e girare asciutto come dimostrato. Trasferire il wafer in un forno a vuoto a 50 gradi Celsius per 48 ore. Il wafer può quindi essere conservato in un armadio a flusso di azoto pulito.

Qui, vengono mostrate cavità e pilastri rappresentativi rientranti e doppiamente rientranti microfabbricati come dimostrato. Le superfici in silicio biossido di silicio con array di pilastri doppiamente rientranti mostrano angoli di contatto apparenti superiori a 150 gradi sia per l'acqua che per l'esadecano con un'isteresi dell'angolo di contatto minimo. Curiosamente, quando le stesse superfici in silicio biossido di silicio con array di pilastri sono immerse negli stessi liquidi, vengono intruse istantaneamente.

Al contrario, le cavità doppiamente rientranti intrappolano l'aria all'immersione in entrambi i liquidi. Inoltre, la microscopia confocale rivela che le caratteristiche strapiombanti stabilizzano i liquidi intrusi e intrappolano l'aria al loro interno. La microfabbricazione di array di pilastri circondati da pareti di profilo doppiamente rientrante isola i gambi dai liquidi bagnanti, risultando in microtessure ibride che si comportano come micro texture intrappolanti di gas.

Utilizzando un approccio simile, le membrane possono essere progettate che sarebbero in grado di svolgere funzioni di membrane commerciali ma senza utilizzare perfluorocarburi dannosi, aprendo la strada a processi industriali più verdi. Potremmo studiare le prestazioni delle cavità e dei pilastri a forma di fungo in termini di capacità di intrappolare l'aria sotto liquidi, e anche in termini di pressioni rivoluzionarie e così via. Questo protocollo prevede l'utilizzo di una struttura per camere pulite, nonché piastre calde, sostanze chimiche infiammabili e corrosive.

Sono quindi necessari addestramento alla sicurezza e dispositivi di protezione individuale.