Engineering
This content is Open Access.
The JoVE video player is compatible with HTML5 and Adobe Flash. Older browsers that do not support HTML5 and the H.264 video codec will still use a Flash-based video player. We recommend downloading the newest version of Flash here, but we support all versions 10 and above.
If that doesn't help, please let us know.
Proof-of-Concept för gas-entrapping membran härrör från vattenälskande SiO2/Si/SiO2 Wafers för grön avsaltning
Chapters
Summary
Please note that all translations are automatically generated.
Click here for the English version.
Presenteras här är ett stegvis protokoll för att förverkliga gas-entrapping membran (GEM) från SiO2/ Si wafers med hjälp av integrerad krets microfabrication teknik. När kisel-GEMs är nedsänkt i vatten, intrång av vatten förhindras, trots vattenälskande sammansättning av kiseldioxid.
Transcript
Gasenstängande membran, eller GEMs, kan robust snärja luft på nedsänkning i vätskor. Som ett resultat uppnår de denna funktion på grund av sin struktur, som kan vara till nytta, till exempel vid avsaltning genom membrandestillation. Fotolitografi tillät oss att skapa komplexa överhängande arkitekturer på båda sidor av en kisel wafer vilket resulterar i GEMS.
Det gav en väg att fabricera GEMS med konventionella mikro-tillverkningstekniker. Korrekt justering märken bör placeras på fotomasken för att uppnå vertikalt inriktade stolpar. Vi föreslår att du använder flerskaliga inriktningsmärken med den minsta storleken på minst fyra gånger pole diametern.
Tillverkning av kiseldioxid GEMS innebär intrikata designmönster och en flerstegsprocess, och så detta kommer att visa tillräckligt mikro-fabricerande steg kommer att bidra till att förstå protokollet. Påbörja den här proceduren med design av matriser och maskutveckling enligt beskrivningen i textprotokollet. Sänk ner kiselrån i en nyberedd pirayalösning.
Bibehåll vid en temperatur på 388 Kelvin i 10 minuter. Skölj wafer med avjoniserat vatten i två cykler i en våt bänk, torka sedan rånet under en kvävemiljö i spinntorken. Exponera wafer till ångan av HMDS för att förbättra vidhäftningen av fotoresisten med silicaytan.
Överför wafer på en vakuumchuck av en spin coater för att snurra kappa fotoresisten. Använd AZ 5214 fotoresist som en negativ ton för att uppnå en 1,6 mikron tjock film av fotoläkare. Grädda fotoresistbelagda rån på 105 grader Celsius på en kokplatta i två minuter.
Detta torkar och härdar fotoresistfilmen, som annars fastnar på glasmasken och orsakar kontaminationsproblem under UV-exponering. Det förbättrar också vidhäftning av fotoresisten till kiseldioxidytan. Exponera wafer under UV-exponering i 15 sekunder genom krom mask med hjälp av en mask-inriktning system för att uppnå önskad design på fotoresist.
Sedan, baka den realiserade wafer på 120 grader Celsius på en värmeplatta i två minuter. Under detta steg, den exponerade negativa fotoresist film ytterligare tvärs länkar. Som ett resultat är de UV-exponerade delarna av fotoresisten inte längre lösliga i utvecklarlösningen, medan de oexponerade områdena är lösliga.
Ytterligare exponera wafer under UV-ljus i 15 sekunder i ett UV-botemedel system. Under detta steg exponeras fotoresistområden som inte tidigare exponerats, och kan senare upplösas i utvecklaren. Därefter sänk vi wafer i en 50 mL bad av AZ 726 photoresist utvecklare i 60 sekunder för att uppnå den önskade photoresist mönster på kisel wafer.
Därefter rengöra wafer med hjälp av avjoniserat vatten, och ytterligare föna den med kvävegas. Sputter krom på rånet i 200 sekunder för att få ett 50 nanometer tjockt kromskikt. Nedfallet utförs med hjälp av en magnetron-typ DC reaktiv sputter med en standard två-tums runda målkälla i en argon miljö.
Sonikera den sputtered rånen i ett aceton bad i fem minuter för att lyfta bort den återstående fotomotståndare från rån, lämnar bakom de önskade funktionerna med en krom hård mask. Efter sköljning baksidan av wafer med en riklig mängd aceton och etanol, föna med en kvävepistol. Upprepa sedan spinbeläggningen, bakning och UV-exponeringssteg på baksidan av rånet.
För UV-exponering, använd den manuella bakåtjusteringen med hårkorsmodul i kontaktinriktningen för att rikta in önskade funktioner på baksidan med framsidan av rånet med hjälp av justeringsmarkeringarna i masken. För baksidan av rånet, fortsätt med sputter och fotoresist lyft av steg för att generera den nödvändiga designen med krom hård mask på båda sidor av rån. Den kromtäckta ytan genomgår inte etsning.
Således fläckar där krom är frånvarande på wafer definierar inlopp och utlopp för häll. Genomgå etsning av det exponerade kiseldioxidskiktet på båda sidor av rånet av en induktivt ihopsatt plasmareaktiva jon etcher som sysselsätter fluor- och syrekemister. Varaktigheten är 16 minuter för varje sida.
Bearbeta wafer med fem cykler av anisotrop etsning med hjälp av Bosch processen för att skapa ett snäpp i kiselskiktet. Denna process kännetecknas av en platt sida vägg profil med hjälp av alternerande nedfall av oktafluorcyklobutan och svavel hexafluorid gaser. Genom att växla anisotropisk etsning och polymerdeposition etsar kiseln rakt ner.
Detta steg utförs på varje sida av rån. Sänk därefter ned rånet i ett bad av pirayalösning som bibehålls vid en temperatur på 388 Kelvin i 10 minuter. Detta tar bort polymererna deponeras i anisotropa steget.
För att skapa underskridandet, som ger reentrantprofilen, genomgå isotropisk etch med hjälp av ett svavelhexafluoridbaserat recept under en löptid på 165 sekunder. Detta steg utförs på varje sida av rån. För att utföra anisotropisk kiselets etsning, överför rånet till en djupt induktivt ihopsyltad plasmareaktiv jon etcher till etch 150 mikrometer kisel.
Utför 200 cykler av djupetsning med hjälp av Bosch-processen. Upprepa detta steg med baksidan av rån. Nu, genomgå piraya rengöring av wafer i våtbänken i 10 minuter för att ta bort polymera föroreningar deponeras från etsningsprocessen, vilket garanterar enhetlig etsning priser.
Upprepa dessa etsning och rengöring steg för att förverkliga genom porerna i rånet har reentrant vikar och uttag. Ta bort kromet från rånet genom att puttra i ett 100 mL-bad med kromsetashant i 60 sekunder. Efter mikrofabrikationsprocessen rengör du wafer med 100 mL nyberedd pirayalösning i en glasbehållare i 10 minuter.
Sedan, ytterligare föna med en 99% ren kvävegas tryckpistol. Placera proverna i en petriskål i glas inuti en ren vakuumugn på 323 Kelvin tills den inneboende kontaktvinkeln av vatten på slät kiseldioxid stabiliseras med en inneboende kontaktvinkel theta lika med 40 grader efter 48 timmar. Förvara de erhållna torra proverna, som är kiseldioxid GEMs, i ett kväveskåp.
Scanning elektron mikrografer av kiseldioxid GEMs visar en lutande tvärsnittsvy, en förstorad tvärsnittsvy av en enda por, och förstorade vyer av reentrant kanter vid inlopp och utlopp för poren. Porerna i dessa GEMs var vertikalt inriktade. In- och utloppsdiameter var 100 mikrometer.
Center-till-center avstånd mellan porerna var 400 mikrometer. Separation mellan reentrant kanterna och pore väggen var 18 mikrometer, och längden på porerna var 300 mikrometer. Här visas datorförstärkad 3D-rekonstruktioner av luft-vatten gränssnittet vid inloppen av kiseldioxid GEMs under vattnet.
Också visas är tvärsnittsvyer längs de vita streckade linjerna. När det gäller reentrant håligheter, kondensation av vattenånga inuti håligheterna förskjutas den instängda luften, som orsakade utbuktning av luft-vatten gränssnittet uppåt och destabiliserade systemet. Däremot förblev kiseldioxid gemarna fria från utbuktning under en mycket längre period, trots att uppvärmningstakten var liknande.
Dessa resultat rationaliserades på grundval av förmånlig kondensation av vattenånga från den laseruppvärmda reservoaren på det kylda luft-vattengränssnittet på den andra sidan. Det var dock inte möjligt att mäta massöverföringshastigheten i denna experimentella konfiguration. Förhindra avlägsnande av kisel reentrant strukturer under Bosch process, det används för att lägga till kisel.
Det är mycket avgörande att ha krom hård mask. Dessa resultat kan frigöra potentialen hos vanliga material för tillämpningar som för närvarande kräver perfluorerade beläggningar, till exempel för dra minskning eller för dämpning och rening.
Tags
Teknik Utgåva 157 vattenavsaltning direkt kontakt membran destillation perfluorkarboner-fria membran fotolitografi reaktiv-jon etsning vätning reentrant funktioner krom mask ryggjustering anisotropet etsning ångtransportRelated Videos
You might already have access to this content!
Please enter your Institution or Company email below to check.
has access to
Please create a free JoVE account to get access
Login to access JoVE
Please login to your JoVE account to get access
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Please enter your email address so we may send you a link to reset your password.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Your JoVE Unlimited Free Trial
Fill the form to request your free trial.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Thank You!
A JoVE representative will be in touch with you shortly.
Thank You!
You have already requested a trial and a JoVE representative will be in touch with you shortly. If you need immediate assistance, please email us at subscriptions@jove.com.
Thank You!
Please enjoy a free 2-hour trial. In order to begin, please login.
Thank You!
You have unlocked a 2-hour free trial now. All JoVE videos and articles can be accessed for free.
To get started, a verification email has been sent to email@institution.com. Please follow the link in the email to activate your free trial account. If you do not see the message in your inbox, please check your "Spam" folder.
