ננו-הדפסה אלקטרוכימית בסיוע מתכת של ופלים נקבוביים ומוצקים מסיליקון

הפרוטוקול שלנו מספק שיטת דפוס חדשה לסיליקון המאפשרת יצירת מיקרו-מבנים היררכיים תלת-ממדיים המאפשרים תכנון של אלמנטים מיקרו-אופטיים מבוססי metasurface וטכנולוגיות מדריך גלים. פרוטוקול זה מאפשר שכפול של מבנים תלת-ממדיים מתבניות פולימריות וקשות לופלים סיליקון מונוקריסטליניים ונקבוביים בצעד אחד. ובאותו הזמן, מתן החלטות תת 100 ננומטר בכל שלושת הכיוונים.

סיליקון נקבובי וסיליקון עצמו הם חומרים נהדרים לייצור biosensors אופטי והתקנים אופטיים אינפרא אדום. עם זאת, אנו מצפים שטכניקה זו תתרחב לקבוצה III-V מוליכים למחצה ואף מעבר לה. חותמת לקצה מצע ויישור הטיה חשובה ביותר עבור חותם Mac-חותם אחיד.

בהתאם לפרוטוקול זה, ניתן לבצע את היישור על-ידי טעינת חותמת למחזיק בזמן שהוא נמצא בקשר עם המצע. כדי להכין חותמת עבור חותם Mac-imprint, תחילה לנקות את תבנית מאסטר סיליקון באמצעות פתרון RCA-1 על פי השלבים המתוארים בפרוטוקול ולאחר מכן למקם תבנית סיליקון אמן נקי לתוך צלחת פטרי פלסטיק בתוך מייבש. השתמש בצינור פלסטיק כדי להוסיף כמה טיפות של PFOCS לסירה במשקל פלסטיק ולהניח את סירת השקילה ליד המנה עם תבנית האב.

הפעל את משאבת ואקום, לפתוח את שסתום התייבשות, ולהחיל ואקום במשך 30 דקות. בזמן שהוואקום מיושם, השתמש במרית זכוכית כדי לערבב את הבסיס ואת סוכן הריפוי מערכת אלסטומר סיליקון ביחס של 10 לאחד במשך 10 עד 15 דקות. בסוף ההתייבשות, להסיר את סירת השקילה מן הייבוש ומרווחים מתחת לתבנית מאסטר סיליקון, ולאחר מכן לכסות בזהירות את תבנית האב עם שכבה שניים עד שלושה מילימטר של PDMS טרי מוכן.

כדי degas PDMS לאחר פתיחת שסתום התייבשות, להחיל ואקום במשך 20 דקות נוספות או עד הבועות להיעלם. בסוף תקופת ההתייבשות השנייה, מעבירים את המנה לצלחת חמה של 80 מעלות צלזיוס. לאחר שעתיים, השתמש באזמל כדי לקצץ את הקצוות של PDMS נרפא בתוך צלחת פטרי פלסטיק ולהשתמש פינצטה כדי להסיר בזהירות את עובש PDMS מתבנית מאסטר סיליקון.

עבור nanoimprinting UV photoresist, להשתמש בסופר כדי לבקע שבב סיליקון 2.5 על 2.5 ס”מ מתוך רקיק הסיליקון, לנקות אותו באמצעות פתרון RCA-1 על פי השלבים המתוארים בפרוטוקול ולאחר מכן למקם את השבב הנקי על צ’אק ואקום במעיל ספין. הגדר את הפרמטרים ציפוי ספין כפי שצוין כדי להחיל שכבה עבה 20 מיקרומטר של photoresist על השבב ולחץ VAC ON כדי להחיל ואקום על המערכת. יוצקים 1.5 מיליליטר של SU-8 2015 photoresist על מרכז השבב וסוגרים את מכסה מעיל הספין.

לאחר מכן לחץ על התחל כדי להתחיל את הסיבוב. בסוף הסיבוב, לחץ על VAC כבוי כדי לכבות את הוואקום ולהשתמש פינצטה כדי להסיר את השבב מצופה photoresist. הניחו בזהירות את תבנית ה-PDMS על תבנית שבב הסיליקון מצופה הפוטורליסטים כלפי מטה ולחצו ידנית על התבנית לתוך השבב.

מניחים צלחת זכוכית שקופה UV על גבי PDMS כדי להחיל 15 גרם לסנטימטר מרובע של לחץ על התבנית שבב ולחשוף את ההתקנה לשישה וואט של אור UV במשך שעתיים. בסוף תקופת ההקרנה, השתמש פינצטה כדי להסיר לאט את התבנית מן השבב בכיוון המקביל לכיוון של דפוס photoresist נרפא. כדי להפקיד שכבת סגסוגת זהב / כסף בעובי 250 ננומטר על השבב, ראשית להפקיד שכבה עבה של 20 ננומטר של כרום ושכבה עבה של 50 ננומטר של זהב כפי שהוא מתואר בפרוטוקול הטקסט.

לאחר מכן, לחץ על GUN 1 OPEN כדי לפתוח את התריס של אקדח הזהב והכסף. הגדר את זמן העיבוד ל- 16.5 דקות והגדר את נקודת ערכת DC ל- 58 ו- RF להגדיר נקודה ל- 150. לחץ על סיבוב והגדר את קצב זרימת הארגון ל- 50 סנטימטרים מעוקבים סטנדרטיים לדקה.

לחץ על ארגון, אספקת DC ואספקת RF. כאשר מישורי האות, הגדר את פקד הארגון לחמש. לחץ על התחל בעובי אפס כדי להפעיל את צג עובי הגביש ולקרוע את העובי בהתאמה.

לחץ על תהליך מתוזמן כדי להתחיל את התהליך הנשלט על-ידי הזמן ולחץ על PLATEN SHUTTER Solid כדי לפתוח את תריס הלוחית. לחץ שוב על אפס עובי. כאשר הקצוות המקרטעים מסתיימים, לחץ על Solid כדי לסגור את התריס המוצק של הלוח ולחץ על לחץ כדי לפרוק את תא ההבעה של המגנטרון.

כדי להסיר את הסגסוגת של חותמת ה-Mac-חותם מצופה סגסוגת הכסף/זהב, ערבבו תחילה מים שעברו דה-יוניזציה וחומצה חנקתית ביחס של אחד לאחד בכוס זכוכית והניחו את הכוס על צלחת חמה מרגשת. שקוע מחזיק מדגם PTFE מחורר בתערובת ולחמם את הפתרון עד 65 מעלות צלזיוס עם ערבוב מתמיד ב 100 סיבובים לדקה. כאשר הפתרון הגיע לטמפרטורת היעד, למקם את חותמת חותמת Mac-חותם מצופה זהב / כסף מצופה סגסוגת במחזיק במשך שתיים עד 20 דקות.

לאחר הסרת סגסוגת, להרוות את חותמת Mac-חותם במים deionized טמפרטורת החדר במשך דקה אחת. כדי לבצע חותמת ליישור מצע, הניחו חותמת הפונה כלפי מטה על גבי שבב הסיליקון בתא האלקטרוכימי, הוסיפו טיפה של SU-8 בגב החותמת. הבא מוט PTFE במגע עם SU-8 לרפא אותו במקום בתנאים יבשים תחת אור UV במשך שעתיים.

הקשר נמצא במרחק של כ-86 מילימטרים מעמדת הבית. כדי לבצע פעולת הטבעה Mac, לנקות שבב סיליקון בדוגמת דפוס באמצעות פתרון RCA על פי השלבים המתוארים בפרוטוקול ולאחר מכן למקם אותו במרכז של תא אלקטרוכימי ולמקם את התא תחת מוט PTFE עם חותמת Mac-חותם. ערבבו את תמיסת החריטה של חומצה הידרופלואורית ומי חמצן ביחס של 17 לאחד בתוך PTFE.

לאחר חמש דקות, השתמשו בפיפטה מפלסטיק כדי להוסיף את תמיסת החריטה לתא האלקטרוכימי. כדי למקם את חותמת ה- Mac-imprint במגע עם שבב התבנית, הורידו את החותמת בכ-86 מילימטרים ולאחר מכן הזיזו את החותמת מטה מעמדת המגע בכ-300 עד 1,000 מיקרומטר כדי להשיג את כוח המגע הרצוי. שמור על חותמת ה- Mac-imprint במגע עם השבב בין שעה ל -30 דקות לפני לחיצה על דף הבית כדי להחזיר את המוט למצב הביתי.

השתמש פיפטה כדי לשאוף בזהירות את פתרון החריטה מהתא ולשטוף את שבב הסיליקון מוטבע עם אלכוהול איזופרופיל ומים deionized. ואז לייבש את השבב עם אוויר יבש ונקי. סריקת תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים ניתן להשיג כדי ללמוד את המאפיינים המורפולוגיים של חותמות Mac-חותם מצופה זהב ואת משטחי הסיליקון המוטבעים וכתוצאה מכך.

בניתוח מייצג זה, הפרופיל החתך של הסיליקון המוצק המוטבע שהושג על ידי סריקת כוח אטומי הושווה לזה של חותמת הזהב הנקבובית המשמשת. נאמנות העברת דפוסים ויצירת סיליקון נקבובי במהלך חותם Mac היו שני קריטריונים עיקריים לניתוח ההצלחה הניסיונית. ה- Mac-imprint נחשב מוצלח אם תבנית הבול הועברה במדויק על הסיליקון ולא נוצר סיליקון נקבובי במהלך חותם המק.

כאן, התוצאות של ניסוי תת-אופטימלי שבו חוסר נאמנות העברת דפוס ודור סיליקון נקבובי התרחשו במהלך חותם Mac-imprint ניתן לראות. חשוב לזכור כי Mac-חותם של סיליקון כרוך חומצה הידרופלואורית, שהוא חומר מסכן חיים בעקבות פרוטוקול בטיחות לובש ציוד מגן אישי מתאים הם בעלי חשיבות עליונה. ברגע שאתה משתמש בולים מצופים בזהב נקבובי כדי להקל על הובלת המונים.

בעקבות הליך זה, הרכב פתרון החריטה או כוח המגע יכול להיות מגוון כדי ללמוד את הקינטיקה של התהליך או את עמידות הבול.