Les membranes qui pénètrent dans le gaz, ou GEMs, peuvent solidement piéger l’air lors de l’immersion dans des liquides mouillants. En conséquence, ils atteignent cette fonction en raison de leur structure, qui peut être d’usage, par exemple, dans le dessalement par distillation membranaire. La photolithographie nous a permis de créer des architectures complexes en surplomb des deux côtés d’une plaquette de silicium résultant en GEMS.
Il a fourni une voie pour fabriquer GEMS en utilisant des techniques conventionnelles de micro-fabrication. Des marques d’alignement appropriées doivent être placées sur le masque photo pour obtenir des poteaux alignés verticalement. Nous suggérons d’utiliser des marques d’alignement à plusieurs échelles de la plus petite taille d’au moins quatre fois le diamètre du pôle.
La fabrication de la silice GEMS implique des modèles de conception complexes et un processus en plusieurs étapes, ce qui démontrera suffisamment d’étapes de micro-fabrication aidera à comprendre le protocole. Commencez cette procédure par la conception de tableaux et le développement du masque tel que décrit dans le protocole texte. Immerger la gaufrette de silicium dans une solution piranha fraîchement préparée.
Maintenir à une température de 388 Kelvin pendant 10 minutes. Rincer la gaufrette à l’eau déionisée pendant deux cycles dans un banc humide, puis sécher la gaufrette sous un environnement azoté dans la sécheuse. Exposer la gaufrette à la vapeur de HMDS pour améliorer l’adhérence du photorésist à la surface de la silice.
Transférez la gaufrette sur un mandrin sous vide d’un revêtement de spin pour faire tourner le photorésistant. Utilisez AZ 5214 photorésist comme un ton négatif pour atteindre un film de 1,6 micron d’épaisseur de la photorésistance. Cuire la gaufrette enduire photorésistante à 105 degrés Celsius sur une plaque chaude pendant deux minutes.
Cela sèche et durcit le film photorésiste, qui colle autrement au masque en verre et provoque des problèmes de contamination lors de l’exposition aux UV. Il améliore également l’adhérence du photorésist à la surface de la silice. Exposez la gaufrette sous exposition aux UV pendant 15 secondes à travers le masque chromé à l’aide d’un système d’alignement des masques pour obtenir la conception désirée sur le photorésistant.
Ensuite, faites cuire la gaufrette réalisée à 120 degrés Celsius sur une plaque chaude pendant deux minutes. Au cours de cette étape, le film photorésiste négatif exposé croise d’autres liens. Par conséquent, les parties exposées aux UV du photorésistant ne sont plus solubles dans la solution de développement, tandis que les zones non exposées sont solubles.
Exposez davantage la gaufrette sous la lumière UV pendant 15 secondes dans un système de traitement UV. Au cours de cette étape, les zones photorésistants qui n’ont pas été exposées précédemment sont exposées, et peuvent plus tard être dissoutes dans le développeur. Ensuite, plongez la gaufrette dans un bain de 50 mL du développeur photorésiste AZ 726 pendant 60 secondes pour atteindre le motif photorésiste désiré sur la plaquette de silicium.
Nettoyez ensuite la gaufrette à l’aide d’eau déionisée et séchez-la avec du gaz azoté. Pulvériser le chrome sur la gaufrette pendant 200 secondes pour obtenir une couche de chrome de 50 nanomètres d’épaisseur. Le dépôt est effectué à l’aide d’un pulvérisant réactif DC de type magnétron avec une source cible ronde standard de deux pouces dans un environnement argon.
Sonicate la gaufrette pulvérisée dans un bain d’acétone pendant cinq minutes pour enlever le photorésiste restant de la gaufrette, laissant derrière lui les caractéristiques désirées avec un masque dur chrome. Après avoir rincé l’arrière de la gaufrette avec une grande quantité d’acétone et d’éthanol, séchez-le avec un pistolet à azote. Ensuite, répétez les étapes d’enrobage, de cuisson et d’exposition aux UV sur le côté arrière de la gaufrette.
Pour l’exposition aux UV, utilisez l’alignement manuel du dos avec le module de réticule dans le gouttière de contact pour aligner les caractéristiques désirées sur le côté arrière avec le côté avant de la plaquette à l’aide des marques d’alignement dans le masque. Pour l’arrière de la gaufrette, continuer avec le pulvérisateur et photorésist enlever les étapes pour générer la conception requise avec masque dur chrome des deux côtés de la gaufrette. La surface recouverte de chrome ne subit pas de gravure.
Ainsi, les taches dans lesquelles le chrome est absent sur la plaquette définissent les entrées et les sorties de la coulée. Subir l’eau-forte de la couche exposée de dioxyde de silicium des deux côtés de la gaufrette par un ion etcher réactif plasma inductivement couplé qui emploie des chimies de fluor et d’oxygène. La durée est de 16 minutes pour chaque côté.
Traiter la gaufrette avec cinq cycles de gravure anisotropique à l’aide du procédé Bosch pour créer une encoche dans la couche de silicium. Ce processus est caractérisé par un profil latéral plat de mur utilisant des dépôts alternatifs des gaz d’octafluorocyclobutane et d’hexafluoride de soufre. En alternant gravure anisotropique et dépôt de polymères, les gravures de silicium tout droit vers le bas.
Cette étape est effectuée de chaque côté de la gaufrette. Ensuite, immerger la gaufrette dans un bain de solution piranha maintenu à une température de 388 Kelvin pendant 10 minutes. Cela élimine les polymères déposés dans l’étape anisotropique.
Pour créer la sous-coupe, qui donne le profil de réentrant, subir l’etch isotropique en utilisant une recette à base d’hexafluoride de soufre pour une durée de 165 secondes. Cette étape est effectuée de chaque côté de la gaufrette. Pour effectuer la gravure anisotropique de silicium, transférez la gaufrette à un graveur d’ion plasma-réactif inductivement-couplé profond pour graver 150 microns de silicium.
Effectuez 200 cycles de gravure profonde à l’aide du procédé Bosch. Répétez cette étape avec le côté arrière de la gaufrette. Maintenant, subir le nettoyage piranha de la gaufrette dans le banc humide pendant 10 minutes pour éliminer les contaminants polymériques déposés dans le processus de gravure, ce qui assure des taux uniformes de gravure.
Répétez ces étapes de gravure et de nettoyage pour réaliser à travers les pores dans la gaufrette ayant des entrées et des prises de réentrant. Retirer le chrome de la gaufrette en l’immergeant dans un bain de 100 mL d’étchant chromé pendant 60 secondes. Après le processus de microfabrication, nettoyer la gaufrette avec 100 mL de solution piranha fraîchement préparée dans un récipient en verre pendant 10 minutes.
Puis, encore souffler sec avec un pistolet à pression de gaz d’azote pur à 99%. Placer les échantillons dans une boîte de Pétri en verre à l’intérieur d’un four à vide propre à 323 Kelvin jusqu’à ce que l’angle de contact intrinsèque de l’eau sur le dioxyde de silicium lisse soit stabilisé à un angle de contact intrinsèque theta égal à 40 degrés après 48 heures. Conservez les échantillons secs obtenus, qui sont les GEMs de silice, dans une armoire à azote.
Les micrographes électroniques de balayage des GEMs de silice montrent une vue transversale inclinée, une vue transversale agrandie d’un pore simple, et des vues amplifiées des bords réentrants aux entrées et aux sorties du pore. Les pores de ces GEM ont été alignés verticalement. Le diamètre de l’entrée et de la sortie était de 100 microns.
La distance centre-centre entre les pores était de 400 microns. La séparation entre les bords de réentrant et la paroi poreuse était de 18 microns, et la longueur des pores était de 300 microns. On y voit des reconstructions 3D améliorées par ordinateur de l’interface air-eau aux entrées des GEMs de silice sous l’eau.
On y voit également des vues transversales le long des lignes pointillées blanches. Dans le cas des cavités réentrantes, la condensation de vapeur d’eau à l’intérieur des cavités a déplacé l’air piégé, ce qui a provoqué un gonflement de l’interface air-eau vers le haut et a déstabilisé le système. En revanche, les GEM de silice sont restés exempts de gonflement pendant une période beaucoup plus longue, même si le taux de chauffage était similaire.
Ces résultats ont été rationalisés sur la base de la condensation préférentielle de la vapeur d’eau du réservoir chauffé au laser sur l’interface air-eau refroidie de l’autre côté. Cependant, il n’a pas été possible de mesurer le taux de transfert de masse dans cette configuration expérimentale. Empêcher l’enlèvement des structures de réentrant de silice pendant le processus de Bosch, il est employé pour ajouter le silicium.
Il est très crucial d’avoir le masque dur de chrome. Ces résultats pourraient libérer le potentiel des matériaux communs pour des applications qui exigent actuellement des revêtements perfluorés, tels que pour la réduction de traînée ou pour la suppression et la purification.
