Rendering SiO₂/Si Surfaces Omniphobic door Carving Gas-Entrapping Microtextures Bestaande uit Reentrant en Dubbel Reentrant Cavities of Pilaren

Onze gas-entrapping microtextured oppervlakken, of GEMS, kunnen ze dan vangen lucht op emulsie en vloeistoffen, ongeacht hun oppervlakte chemie. Daarom denken we dat deze aanpak een enorm potentieel heeft voor toepassingen die anders geperfluoreerde coatings vereisen. In tegenstelling tot 3D-printen en andere conventionele productietechnieken, fotolithografie en droge etsen stelt ons in staat om complexe, micro-schaal, overhangende re-nieuwkomer en dubbel re-nieuwkomer topografie te fabriceren.

First-time gebruikers moeten gebruik maken van de praktijk wafers en periodiek controleren van de etssnelheden voor elk type ontwerp voordat u een experiment, als de snelheid kan veranderen met steekproef grootte. Fabricage van re-nieuwkomer en dubbel re-nieuwkomer pijlers en holten is een multi-stop proces dat ingewikkelde ontwerppatronen gaat. Visuele demonstratie van de microfabricage spul zal helpen met het begrijpen van het protocol.

Start het microfabricageproces door een nieuw bestand te maken in een geschikt lay-outsoftwareprogramma. Teken een eenheidscel bestaande uit diagramcirkel van 200 micrometer. Kopieer deze cirkel met een afstand van 212 micrometer in het midden om een reeks cirkels in een vierkante patch te maken, met een vierkante ruimte van één centimeter.

Teken vervolgens een cirkel met een diameter van 100 millimeter en plaats de vierkante array van één centimeter in de cirkel. Repliceren van deze opstelling om een raster van 4 x 4 vierkante arrays te maken. De functies in de cirkel worden overgebracht naar de vier inch wafers.

Exporteer vervolgens het ontwerpbestand naar de gewenste indeling voor het massasorteersysteem. Om wafers voor de microfabricage schoon te maken, plaatst u een siliciumwafer met een diameter van 2,4 micrometer met een 2,4 micrometer dikke thermische oxidelaag in Piranha-oplossing gedurende tien minuten, voordat u met gedeïoniseerd water spoelt. Draai vervolgens de wafer droog onder een stikstofomgeving.

Gebruik na het drogen dampfasedepositie om de wafer te coaten met hexamethyldisilazane en monteer de wafer op een vacuümcontrole van vier inch in een spincoder. Bedek de wafer met fotoresist en gebruik de spincoder om de fotoresist gelijkmatig over het oppervlak van de wafer te verspreiden als een 1,6 micrometer dikke laag. Bak de fotoresist gecoat op een 110 graden Celsius hete plaat gedurende twee minuten.

Breng de gebakken wafer over naar een direct ratingsysteem. Stel de wafer gedurende 55 milliseconden bloot aan ultraviolette straling en breng de UV-blootgestelde wafer over in een glazen petrischaal met fotoresistenontwikkelaar, zodat de functies zich kunnen ontwikkelen. Na 60 seconden, spoel voorzichtig de wafer met gedeïioniseerd water om overtollige ontwikkelaar te verwijderen, en spin droog de wafer in een stikstof-omgeving.

Breng na fotolithografie de wafer over naar een inductief gekoppeld plasma reactief ionenetssysteem, dat een mengsel van octafluoracyclobutaan en zuurstofgassen gebruikt. Voer het proces gedurende ongeveer 13 minuten uit om de blootgestelde silicalaag te etneren. Om ervoor te zorgen dat de dikte van de silicalaag in de gewenste patronen tot nul wordt gereduceerd, gebruikt u een reflectometer om de dikte van het resterende silica te meten en de duur van de daaropvolgende etsperiode aan te passen op basis van de dikte van de silicalagen.

Breng na het etsen van de silicalaag de wafer over naar een diep inductief gekoppeld plasmareactief reactief ionenetssysteem en voer dit proces gedurende vijf cycli uit, wat resulteert in een etsdiepte voor silicium dat overeenkomt met ongeveer twee micrometer. Reinig de wafer met Piranha-oplossing en spoel af en draai droog zoals eerder is aangetoond. Voer isotropische ets uit om een undercut te creëren onder de silicalaag met zwavel hexafluoride gedurende 25 seconden, gevolgd door het reinigen met Piranha oplossing spoelen en droog draaien zoals aangetoond.

Na het maken van de undercut, gebruik maken van een hoge temperatuur oven systeem om een 500-nanometer laag thermisch oxide groeien op de wafer. Vervolgens pitch silica verticaal naar beneden gedurende drie minuten om de thermische oxide laag te verwijderen uit de holte bodem, terwijl het verlaten van een silica laag langs de zijwanden die uiteindelijk zal vormen de dubbel reentrant rand. Na het etsen van het overtollige thermisch geteelde oxide, herhaal vijf cycli van het Bosch-proces om de holtes met twee micrometers te verdiepen, en vervolgens de wafer schoon te maken met piranha-oplossing, spoel en spin droog zoals aangetoond.

Om een lege ruimte achter het thermisch gegroeide oxide aan de mond van de holte te creëren, etchisch etd het silicium gedurende 150 seconden om de dubbel reentrant rand te verkrijgen. De hoeveelheid tijd die in de laatste isotropische silicium etch moet worden afgestemd om zo veel mogelijk ruimte achter de thermisch geteelde oxide te creëren zonder het samenvoegen van de holtes. Na het maken van de dubbel reentrant holtes voert u het Bosch-proces gedurende 160 cycli uit om de diepte van de holtes te verhogen tot ongeveer 50 micrometer.

Reinig de wafer in verse Piranha oplossing, spoel en spin droog zoals aangetoond. Breng de wafer 48 uur lang in een vacuümoven op 50 graden Celsius. De wafer kan dan worden opgeslagen in een schone stikstofstroomkast.

Hier worden representatieve reentrant en dubbel reentrant holtes en pilaren microfabricated getoond zoals aangetoond. Siliciumdioxide silicium oppervlakken met arrays van dubbel reentrant pilaren vertonen schijnbare contacthoeken groter dan 150 graden voor zowel water als hexadecane met een minimale contacthoek hysterese. Vreemd genoeg, wanneer dezelfde siliciumdioxide silicium oppervlakken met arrays van pilaren worden ondergedompeld in dezelfde vloeistoffen, zijn ze onmiddellijk binnengedrongen.

In tegenstelling, dubbel reentrant holtes gevangen lucht bij onderdompeling in beide vloeistoffen. Verder, confocale microscopie blijkt dat de overhangende functies stabiliseren de binnendringende vloeistoffen en vangen lucht in hen. De microfabricage van arrays van pilaren omgeven door muren van dubbel reentrant profiel isoleert de stengels van bevochtiging vloeistoffen, wat resulteert in hybride microtextures die zich gedragen als gas inpakken micro texturen.

Met behulp van een soortgelijke aanpak kunnen membranen worden ontworpen die in staat zouden zijn om functies van commerciële membranen uit te voeren, maar zonder schadelijke perfluorkoolwaterstoffen te gebruiken, waardoor de weg vrijmaakt voor groenere industriële processen. We zouden de prestaties van paddestoelvormige holtes en pilaren kunnen onderzoeken in termen van hun vermogen om lucht te vangen onder vloeistoffen, en ook in termen van doorbraakdruk enzovoort. Dit protocol omvat het gebruik van een clean room faciliteit, evenals kookplaten, brandbare en bijtende chemicaliën.

Daarom zijn veiligheidstraining en persoonlijke beschermingsmiddelen vereist.