Las membranas de encierración de gas, o GEMs, pueden atrapar el aire de forma robusta al sumergirse en líquidos humectantes. Como resultado, logran esta función debido a su estructura, que puede ser útil, por ejemplo, en la desalinización por destilación de membrana. La fotolitografía nos permitió crear complejas arquitecturas colgantes a ambos lados de una oblea de silicio que resulta en GEMS.
Proporcionó una vía para fabricar GEMS utilizando técnicas convencionales de micro-fabricación. Las marcas de alineación adecuadas deben colocarse en la máscara de fotos para lograr postes alineados verticalmente. Sugerimos utilizar marcas de alineación multiescala con el tamaño más pequeño de al menos cuatro veces el diámetro del polo.
La fabricación de GEMS de sílice implica patrones de diseño intrincados y un proceso de varios pasos, por lo que esto demostrará suficientes pasos de microfabricación que ayudarán a entender el protocolo. Comience este procedimiento con el diseño de matrices y el desarrollo de máscaras como se describe en el protocolo de texto. Sumerja la oblea de silicio en una solución de piraña recién preparada.
Mantener a una temperatura de 388 Kelvin durante 10 minutos. Enjuague la oblea con agua desionizada durante dos ciclos en un banco húmedo, luego seque la oblea bajo un ambiente de nitrógeno en el secador de centrifugado. Exponga la oblea al vapor de HMDS para mejorar la adhesión del fotorresistir con la superficie de sílice.
Transfiera la oblea a un mandril de vacío de una recubridora de espín para hilar la capa del fotorresistir. Utilice AZ 5214 fotoresisto como tono negativo para lograr una película de 1,6 micras de espesor del fotorresista. Hornee la oblea recubierta de fotorresistir a 105 grados Centígrados en un plato caliente durante dos minutos.
Esto seca y endurece la película fotorresisí, que de lo contrario se adhiere a la máscara de vidrio y causa problemas de contaminación durante la exposición a los rayos UV. También mejora la adhesión del fotorresistir a la superficie de sílice. Exponga la oblea bajo exposición UV durante 15 segundos a través de la máscara cromada utilizando un sistema de alineación de máscara para lograr el diseño deseado en el fotorresistir.
Luego, hornee la oblea realizada a 120 grados Celsius en un plato caliente durante dos minutos. Durante este paso, la película fotorresista negativa expuesta cruza aún más los enlaces. Como resultado, las partes expuestas por UV del fotorresistir ya no son solubles en la solución para desarrolladores, mientras que las áreas no expuestas son solubles.
Exponga más la oblea bajo la luz UV durante 15 segundos en un sistema de curado UV. Durante este paso, las áreas fotorresistidas que no estaban expuestas anteriormente se exponen y posteriormente se pueden disolver en el desarrollador. A continuación, sumerja la oblea en un baño de 50 ml del desarrollador fotorresista AZ 726 durante 60 segundos para lograr el patrón fotorresista deseado en la oblea de silicio.
Posteriormente limpie la oblea con agua desionizada y sople más la seque con gas nitrógeno. Sputter cromo en la oblea durante 200 segundos para obtener una capa de cromo de 50 nanómetros de espesor. La deposición se realiza utilizando un pulverizador reactivo de CC de tipo magnetrón con una fuente de destino redonda estándar de dos pulgadas en un entorno de argón.
Sonicar la oblea sputtered en un baño de acetona durante cinco minutos para levantar el fotorresista restante de la oblea, dejando atrás las características deseadas con una máscara dura de cromo. Después de enjuagar la parte posterior de la oblea con una gran cantidad de acetona y etanol, seque con una pistola de nitrógeno. A continuación, repita los pasos de recubrimiento de espín, horneado y exposición UV en la parte posterior de la oblea.
Para la exposición UV, utilice la alineación manual posterior con el módulo de cruz en el alineador de contacto para alinear las entidades deseadas en la parte posterior con la parte frontal de la oblea utilizando las marcas de alineación en la máscara. Para la parte posterior de la oblea, continúe con los escalones de elevación de sputter y fotorresister para generar el diseño requerido con máscara dura de cromo en ambos lados de la oblea. La superficie cubierta de cromo no se somete a grabado.
Por lo tanto, las manchas en las que el cromo está ausente en la oblea definen las entradas y salidas del vertido. Someterse a un grabado de la capa de dióxido de silicio expuesta en ambos lados de la oblea por un ion reactivo de plasma acoplado inductivamente que emplea químicos de flúor y oxígeno. La duración es de 16 minutos para cada lado.
Procesar la oblea con cinco ciclos de grabado anisotrópico utilizando el proceso Bosch para crear una muesca en la capa de silicio. Este proceso se caracteriza por un perfil de pared lateral plano utilizando deposiciones alternas de octafluorociclobutano y gases de hexafluoruro de azufre. Al alternar el grabado anisotrópico y la deposición de polímeros, el silicio se etes hacia abajo.
Este paso se realiza a cada lado de la oblea. A continuación, sumerja la oblea en un baño de solución de piraña mantenida a una temperatura de 388 Kelvin durante 10 minutos. Esto elimina los polímeros depositados en el paso anisotrópico.
Para crear el socavón, que produce el perfil reentrante, someterse a grabados isotrótrópicos utilizando una receta a base de hexafluoruro de azufre durante una duración de 165 segundos. Este paso se realiza a cada lado de la oblea. Para realizar el grabado de silicio anisotrópico, transfiera la oblea a un profundo iones reactivos de plasma acoplados inductivamente, etc., a 150 micras de silicio.
Realice 200 ciclos de grabado profundo utilizando el proceso Bosch. Repita este paso con la parte posterior de la oblea. Ahora, someterse a la limpieza de la piraña de la oblea en el banco húmedo durante 10 minutos para eliminar los contaminantes poliméricos depositados en el proceso de grabado, lo que garantiza tasas uniformes de grabado.
Repita estos pasos de grabado y limpieza para realizar a través de los poros en la oblea que tienen entradas y salidas reentrantes. Retire el cromo de la oblea sumergiendo en un baño de 100 ml de cromo grabado durante 60 segundos. Después del proceso de microfabricación, limpie la oblea con 100 ml de solución de piraña recién preparada en un recipiente de vidrio durante 10 minutos.
Luego, seque aún más con una pistola de presión de gas nitrógeno puro al 99%. Coloque las muestras en un plato Petri de vidrio dentro de un horno de vacío limpio a 323 Kelvin hasta que el ángulo de contacto intrínseco del agua sobre el dióxido de silicio liso se estabise en un ángulo de contacto intrínseco theta igual a 40 grados después de 48 horas. Almacene las muestras secas obtenidas, que son los GEM de sílice, en un gabinete de nitrógeno.
Los micrografías electrónicas de barrido de GEMs de sílice muestran una vista transversal inclinada, una vista transversal magnificada de un solo poro y vistas magnificadas de los bordes reentrantes en las entradas y salidas del poro. Los poros de estos GMM estaban alineados verticalmente. El diámetro de entrada y salida fue de 100 micras.
La distancia de centro a centro entre los poros era de 400 micras. La separación entre los bordes reentrantes y la pared de los poros era de 18 micras, y la longitud de los poros era de 300 micras. Aquí se muestran reconstrucciones 3D mejoradas por ordenador de la interfaz aire-agua en las entradas de GEMs de sílice bajo el agua.
También se muestran vistas transversales a lo largo de las líneas de puntos blancas. En el caso de las cavidades reentrantes, la condensación de vapor de agua dentro de las cavidades desplazó el aire atrapado, lo que causó protuberancia de la interfaz aire-agua hacia arriba y desestabilizó el sistema. Por el contrario, los GEM de sílice permanecieron libres de abultamiento durante un período mucho más largo, a pesar de que la tasa de calentamiento era similar.
Estos resultados se racionalizaron sobre la base de la condensación preferencial de vapor de agua del depósito calentado por láser en la interfaz aire-agua refrigerada del otro lado. Sin embargo, no fue posible medir la velocidad de transferencia de masa en esta configuración experimental. Evitar la eliminación de estructuras de reensayor de sílice durante el proceso de Bosch, se utiliza para añadir silicio.
Es muy crucial tener máscara dura de cromo. Estos hallazgos podrían liberar el potencial de materiales comunes para aplicaciones que actualmente requieren recubrimientos perfluorados, como para la reducción de arrastre o para la supresión y purificación.
