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金属辅助多孔硅和固体硅晶圆的电化学纳米压印
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Summary February 8th, 2022
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提出了一种金属辅助化学印迹的方案，将形状精度低于20 nm的3D微尺度特征印制到固体和多孔硅晶圆中。
Transcript
我们的协议为硅提供了一种新的图案化方法，可以创建三维分层微观结构，从而能够设计基于超表面的微光学元件和波导技术。该协议允许在一个步骤中将3D结构从聚合物和硬质模具复制到单晶和多孔硅晶片中。同时，在所有三个方向上提供低于100纳米的分辨率。
多孔硅和硅本身是制造光学生物传感器和红外光学器件的优质材料。然而，我们预计这种技术将扩展到III-V类半导体甚至更远。冲压到基板的尖端和倾斜对齐对于均匀的Mac印记非常重要。
按照该协议，可以通过在与基板接触时将印章安装到支架上进行对准。要为Mac印记准备邮票，首先按照协议中描述的步骤使用RCA-1溶液清洁硅主模具，然后将干净的硅母模放入干燥器内的塑料培养皿中。使用塑料移液器将几滴PFOCS加入塑料称重艇中，并将称重艇放在带有主模具的盘子旁边。
打开真空泵，打开干燥器阀，真空30分钟。在施加真空时，使用玻璃刮刀以10比1的比例将硅弹性体试剂盒中的基材和固化剂混合10至15分钟。在干燥结束时，从干燥器中取出称重舟，从硅母模下方取出垫片，然后用两到三毫米的新鲜制备的PDMS层小心地覆盖主模。
要在打开干燥器阀后对PDMS进行脱气，请再真空20分钟或直到气泡消失。在第二个干燥期结束时，将盘子转移到80摄氏度的热板上。两小时后，使用手术刀修剪塑料培养皿内固化的PDMS的边缘，并使用镊子小心地从硅母模中取出PDMS模具。
对于光刻胶UV纳米压印，使用划线器将2.5 x 2.5厘米的硅芯片从硅晶片中切出，根据协议中描述的步骤使用RCA-1溶液进行清洁，然后将清洁芯片放在旋转镀膜机中的真空卡盘上。按照指示设置旋涂参数，在芯片上涂覆一层20微米厚的光刻胶，然后按VAC ON对系统施加真空。将1.5毫升SU-8 2015光刻胶倒在芯片中心，然后合上旋涂机盖。
然后按"开始"开始旋转。在旋转结束时，按VAC OFF关闭真空，并使用镊子取出光刻胶涂层芯片。小心地将PDMS模具面朝下放置在光刻胶涂层的硅芯片图案上，然后手动将模具压入芯片中。
将UV透明玻璃板放在PDMS的顶部，对模具和芯片施加每平方厘米15克的压力，并将设置暴露在六瓦特的紫外线下两个小时。在照射期结束时，使用镊子从芯片上沿平行于固化光刻胶图案方向的方向缓慢地将模具从芯片中取出。要在芯片上沉积250纳米厚的金/银合金层，首先沉积20纳米厚的铬层和50纳米厚的金层，如文本协议中所述。
接下来，单击"GUN 1 OPEN"以打开金枪和银枪的快门。将处理时间设置为 16.5 分钟，并将 DC 设定点设置为 58，将 RF 设定点设置为 150。单击"旋转"并将氩气流速设置为每分钟 50 标准立方厘米。
单击氩气、直流电源和射频电源。当信号稳定时，将氩气控制设置为五。单击"以零厚度开始"以启动晶体厚度监视器并分别撕开厚度。
单击"定时过程"以启动时间控制过程，然后单击"压板快门实体"以打开压板快门。再次单击"零厚度"。溅射结束时，单击"固体"以关闭压板固体快门，然后按"按到通风"以释放磁控溅射室。
要对银/金合金涂层Mac印记邮票进行脱合金，首先在玻璃烧杯中以一比一的比例将去离子水和硝酸混合，然后将烧杯放在搅拌的热板上。将穿孔的PTFE样品架浸入混合物中，并将溶液加热至65摄氏度，并以每分钟100转的持续搅拌。当溶液达到目标温度时，将图案金/银合金涂层Mac印记邮票放入支架中2至20分钟。
脱合金后，在室温去离子水中淬火Mac印记印章一分钟。要进行邮票到基板的对齐，请将邮票面朝下放在电化学电池中的硅芯片顶部，在邮票背面添加SU-8液滴。使PTFE棒与SU-8接触，并在紫外线下在干燥条件下固化两小时。
触点距离原位约86毫米。要执行Mac压印操作，请根据协议中描述的步骤使用RCA溶液清洁图案化的硅芯片，然后将其放入电化学电池的中心，并将电池放置在带有Mac印记的PTFE棒下。在PTFE烧杯内以17：1的比例混合氢氟酸和过氧化氢的蚀刻溶液。
五分钟后，使用塑料移液管将蚀刻液加入电化学池中。要将Mac-压印印章定位在与图案芯片接触的位置，请将印章向下放置约86毫米，然后将印章从接触位置向下移动约300至1， 000微米，以达到所需的接触力。在单击"主页"将杆返回原点位置之前，将 Mac 压印图章与芯片保持接触 1 到 30 分钟。
使用移液器小心地从细胞中吸出蚀刻液，并用异丙醇和去离子水冲洗压印硅芯片。然后用清洁干燥的空气干燥芯片。可以获得扫描电子显微镜图像，以研究镀金Mac印记邮票的形态特性以及由此产生的压印硅表面。
在该代表性分析中，将原子力扫描获得的压印固体硅的横截面轮廓与所用多孔金印章的横截面轮廓进行了比较。Mac-imprint期间的图案转移保真度和多孔硅生成是分析实验成功的两个主要标准。如果将印章图案准确地转移到硅上，并且在Mac印记期间没有产生多孔硅，则Mac印记被认为是成功的。
在这里，可以观察到在Mac印记期间缺乏图案转移保真度和多孔硅生成的次优实验的结果。重要的是要记住，硅的Mac印记涉及氢氟酸，这是一种危及生命的物质，遵循安全协议并佩戴适当的个人防护设备至关重要。一旦您使用涂有多孔金的邮票来促进质量运输。
按照这一过程，蚀刻溶液的组成或接触力可以改变，以研究工艺的动力学或冲压耐久性。
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