Metalassisteret elektrokemisk nanoimprinting af porøse og faste silicium wafere

Vores protokol giver en ny mønstremetode til silicium, der gør det muligt at skabe tredimensionelle hierarkiske mikrostrukturer, der muliggør design af metaoverfladebaserede mikrooptiske elementer og bølgelederteknologier. Denne protokol giver mulighed for replikation af 3D-strukturer fra polymere og hårde forme til monokrystallinske og porøse silicium wafers i et enkelt trin. Og samtidig giver sub 100 nanometer opløsninger i alle tre retninger.

Porøs silicium og silicium i sig selv er gode materialer til fremstilling af optiske biosensorer og infrarøde optiske enheder. Vi forventer dog, at denne teknik udvides til gruppen III-V halvledere og endda videre. Stempel til substrat tip og hældning justering er yderst vigtigt for en ensartet Mac-aftryk.

Efter denne protokol kan justeringen udføres ved monteringsstempel til holderen, mens den er i kontakt med substratet. For at forberede et stempel til Mac-aftrykket skal du først rengøre siliciummasterformen ved hjælp af RCA-1-opløsning i henhold til de trin, der er beskrevet i protokollen, og derefter placere en ren siliciummasterform i en plastik petriskål inde i en udtørrer. Brug en plastikpipette til at tilføje et par dråber PFOCS til en plastvægtbåd og placere vejebåden ved siden af skålen med mesterformen.

Tænd vakuumpumpen, åbn udsikkatorventilen, og anfør vakuum i 30 minutter. Mens vakuumet påføres, skal du bruge en glasspatel til at blande basen og hærdemidlet fra et silicium elastomersæt i et 10-til-en-forhold i 10 til 15 minutter. I slutningen af udtørring, fjerne veje båd fra udtørrer og afstandsfly fra under silicium master skimmel, derefter omhyggeligt dække master skimmel med en to til tre millimeter lag af frisklavede PDMS.

Hvis du vil afgas PDMS efter åbning af udtørrerventilen, skal der påføres vakuum i yderligere 20 minutter, eller indtil boblerne forsvinder. I slutningen af den anden udtørringsperiode overføres skålen til en 80 grader Celsius kogeplade. Efter to timer skal du bruge en skalpel til at trimme kanterne af den hærdede PDMS inde i plast Petriskål og bruge pincet til forsigtigt at fjerne PDMS skimmelsvamp fra silicium master skimmel.

For fotoresist UV nanoimprinting, skal du bruge en skriver til at kløve en 2,5 gange 2,5 centimeter silicium chip ud af silicium wafer, rengøring det ved hjælp af RCA-1 løsning i henhold til de trin, der er beskrevet i protokollen og derefter placere den rene chip på vakuum i en spin coater. Indstil spin coating parametre som angivet til at anvende en 20 mikrometer tyk lag fotoresist på chippen og tryk VAC ON at anvende vakuum på systemet. Hæld 1,5 milliliter SU-8 2015 fotoresist på midten af chippen og luk spin coater låget.

Tryk derefter på Start for at starte spin. I slutningen af spin, tryk på VAC OFF for at slukke for vakuum og bruge pincet til at fjerne fotoresist-belagt chip. Placer forsigtigt PDMS-formen på det fotoresistbelagte siliciumchipmønster side ned og tryk manuelt formen ind i chippen.

Placer en UV gennemsigtig glasplade oven på PDMS til at anvende 15 gram pr kvadratcentimeter af tryk på formen og chip og udsætte opsætningen til seks watt UV-lys i to timer. I slutningen af bestrålingsperioden skal du bruge pincet til langsomt at fjerne formen fra chippen i retning parallelt med retningen af det hærdede fotoresistmønster. For at deponere et 250 nanometer tykt guld / sølvlegeringslag på chippen, skal du først deponere 20 nanometer tykt lag krom og 50 nanometer tykt lag guld, som det er beskrevet i tekstprotokollen.

Klik derefter på GUN 1 OPEN for at åbne lukkeren for guld- og sølvpistolen. Indstil tiden til at behandle til 16,5 minutter, og indstil DC-sættepunktet til 58 og RF-sættepunktet til 150. Klik på Rotation, og angiv argonflowhastigheden til 50 kubikcentimeter i minuttet.

Klik på Argon, DC Supply og RF Supply. Når signalet plateauer, indstille argon control til fem. Klik på Start i nultykkelse for at starte henholdsvis krystaltykkelsen og rive tykkelsen i stykker.

Klik på Tid tid tid til at starte den tidsstyrede proces og klikke på PLATEN SHUTTER Solid for at åbne pladeskodderen. Klik på nul tykkelse igen. Når sputtering slutter, skal du klikke på Fast for at lukke pladens faste lukker og tryk på Tryk for at udlufte magnetron sputterkammeret.

For at de-legering sølv / guldlegering belagt Mac-aftryk stempel, først blande deioniseret vand og salpetersyre på en en-til-en forhold i et glas bægerglas og placere bægerglasset på en omrøring kogeplade. Dyk ned en perforeret PTFE prøveholder i blandingen og opvarme opløsningen op til 65 grader Celsius med konstant omrøring ved 100 omdrejninger i minuttet. Når opløsningen har nået måltemperaturen, skal du placere det mønstrede sølv/sølvlegeringsbelagte Mac-aftryksstempel i holderen i to til 20 minutter.

Efter de-legering, slukke Mac-aftryk stempel i stuetemperatur deioniseret vand i et minut. For at udføre stempel til substratjustering skal du placere stemplet nedad på toppen af siliciumchip i elektrokemisk celle, tilføje en dråbe SU-8 på bagsiden af stemplet. Bring PTFE stang i kontakt med SU-8 og helbrede det på plads under tørre forhold under UV-lys i to timer.

Kontakten er omkring 86 millimeter fra hjemmet position. For at udføre en Mac-prægning operation, ren mønstret silicium chip ved hjælp af RCA løsning i henhold til de trin, der er beskrevet i protokollen og derefter placere den i midten af en elektrokemisk celle og placere cellen under en PTFE stang med Mac-aftryk stempel. Bland ætsningsopløsningen af flussyre og brintoverilte i et 17-til-en-forhold inde i et PTFE-bægerglas.

Efter fem minutter skal du bruge en plastpipette til at tilføje ætsningsopløsningen til den elektrokemiske celle. For at placere Mac-aftrykket stempel i kontakt med mønster chip, bringe stemplet ned med omkring 86 millimeter og derefter flytte stemplet ned fra kontaktpositionen med omkring 300 til 1.000 mikrometer for at opnå den ønskede kontakt kraft. Bevar Mac-aftrykket stempel i kontakt med chippen fra en til 30 minutter, før du klikker hjem for at returnere stangen til hjemmet position.

Brug en pipette til forsigtigt at aspirere ætsningsopløsningen fra cellen og skyl den påtrykte siliciumchip med isopropylalkohol og deioniseret vand. Tør derefter chippen med ren tør luft. Scanning elektron mikroskop billeder kan fås til at studere morfologiske egenskaber af guldbelagte Mac-aftryk frimærker og den deraf følgende påtrykte silicium overflader.

I denne repræsentative analyse blev tværsnitsprofilen af det påtrykte faste silicium, der blev opnået ved atomprøvesprængning, sammenlignet med det anvendte porøse guldstempel. Mønsteroverførsels troskab og porøs siliciumgenerering under Mac-aftryk var to store kriterier for at analysere den eksperimentelle succes. Mac-aftrykket blev betragtet som vellykket, hvis frimærkemønsteret blev nøjagtigt overført til silicium, og der ikke blev genereret porøst silicium under Mac-aftrykket.

Her kan resultaterne af et suboptimalt eksperiment, hvor der opstod mangel på mønsteroverførsels troskab og en porøs siliciumgeneration under Mac-aftrykket. Det er vigtigt at huske, at Mac-aftryk af silicium involverer flussyre, som er livstruende stof og efter en sikkerhedsprotokol og iført passende personlige værnemidler er altafgørende. Når du bruger frimærker belagt med porøst guld for at lette massetransport.

Efter denne procedure kan sammensætningen af ætsningsopløsningen eller kontaktkraften varieres for at studere processens kineti eller stempel holdbarheden.