As membranas de aprisionamento de gás, ou GEMs, podem robustamente prender o ar na imersão em líquidos de molhar. Como resultado, eles alcançam essa função devido à sua estrutura, que pode ser de uso, por exemplo, na dessalinização por destilação de membrana. A fotolitografia nos permitiu criar arquiteturas complexas pendentes em ambos os lados de um wafer de silício resultando em GEMS.
Ele forneceu um caminho para fabricar GEMS usando técnicas convencionais de micro-fabricação. As marcas de alinhamento adequadas devem ser colocadas na máscara fotográfica para obter postagens verticalmente alinhadas. Sugerimos o uso de marcas de alinhamento em várias escalas com o menor tamanho de pelo menos quatro vezes o diâmetro do polo.
A fabricação de GEMS de sílica envolve padrões de design intrincados e um processo de várias etapas, e isso demonstrará etapas suficientes de micro-fabricação que ajudarão na compreensão do protocolo. Inicie este procedimento com o projeto de matrizes e o desenvolvimento da máscara, conforme descrito no protocolo de texto. Mergulhe o wafer de silício em uma solução de piranha recém-preparada.
Mantenha a uma temperatura de 388 Kelvin por 10 minutos. Enxágüe o wafer com água desionizada por dois ciclos em um banco molhado e seque o wafer sob um ambiente de nitrogênio na secadora de spin. Exponha o wafer ao vapor de HMDS para melhorar a adesão do fotoresist com a superfície da sílica.
Transfira o wafer para um mandril a vácuo de um reveste de giro para girar o fotoresist. Use o fotoresist AZ 5214 como um tom negativo para alcançar um filme de 1,6 míces de espessura do fotoresist. Asse o wafer revestido de fotoresistista a 105 graus Celsius em um prato quente por dois minutos.
Isso seca e endurece o filme fotoresist, que de outra forma gruda na máscara de vidro e causa problemas de contaminação durante a exposição uv. Também melhora a adesão do fotoresist à superfície da sílica. Exponha o wafer sob exposição UV por 15 segundos através da máscara cromada usando um sistema de alinhamento de máscaras para alcançar o design desejado no fotoresist.
Em seguida, asse o wafer realizado a 120 graus Celsius em um prato quente por dois minutos. Durante esta etapa, o filme fotoresist negativo exposto mais cruza as ligações. Como resultado, as partes expostas por UV do fotoresist não são mais solúveis na solução do desenvolvedor, enquanto as áreas não expostas são solúveis.
Exponha ainda mais o wafer sob luz UV por 15 segundos em um sistema de cura UV. Durante esta etapa, áreas fotoresististas que não foram expostas anteriormente são expostas e podem ser dissolvidas posteriormente no desenvolvedor. Em seguida, mergulhe o wafer em um banho de 50 mL do desenvolvedor fotoresist AZ 726 por 60 segundos para alcançar o padrão fotoresist desejado no wafer de silício.
Posteriormente limpe o wafer usando água desionizada, e assopre-a ainda mais com gás nitrogênio. Sputter cromo no wafer por 200 segundos para obter uma camada de cromo de 50 nanômetros de espessura. O depoimento é realizado usando um sputter reativo DC tipo magnetron com uma fonte de destino redonda padrão de duas polegadas em um ambiente de argônio.
Sonicar o wafer sputtered em um banho de acetona por cinco minutos para levantar o fotoresist restante do wafer, deixando para trás as características desejadas com uma máscara dura de cromo. Depois de enxaguar a parte de trás do wafer com uma quantidade abundante de acetona e etanol, seque com uma arma de nitrogênio. Em seguida, repita os degraus de revestimento de giro, cozimento e exposição uv na parte de trás do wafer.
Para exposição uv, use o alinhamento manual de volta com o módulo de mira no alinhador de contato para alinhar as características desejadas na parte traseira com a parte frontal do wafer usando as marcas de alinhamento na máscara. Para o lado de trás do wafer, continue com o sputter e fotoresist lift off steps para gerar o design necessário com máscara dura de cromo em ambos os lados do wafer. A superfície coberta de cromo não sofre gravura.
Assim, as manchas em que o cromo está ausente no wafer definem as entradas e saídas do derramamento. Submeter-se à gravura da camada de dióxido de silício exposta em ambos os lados do wafer por um íon reativo plasmátil indutivo etcher que emprega químicas de flúor e oxigênio. A duração é de 16 minutos para cada lado.
Processe o wafer com cinco ciclos de gravura anisotropica usando o processo Bosch para criar um entalhe na camada de silício. Este processo é caracterizado por um perfil de parede lateral plana usando deposições alternadas de gases de hexafluoreto de octafluorocyclobutano e enxofre. Alternando gravura anisotropica e deposição de polímero, as gravuras de silício para baixo.
Esta etapa é realizada em cada lado do wafer. Em seguida, mergulhe o wafer em um banho de solução de piranha mantido a uma temperatura de 388 Kelvin por 10 minutos. Isso remove os polímeros depositados na etapa anisotrópica.
Para criar o undercut, que produz o perfil reentrante, submetam-se a um etch isotrópico usando uma receita à base de hexafluoreto de enxofre por uma duração de 165 segundos. Esta etapa é realizada em cada lado do wafer. Para realizar gravura de silício anisotrópica, transfira o wafer para um íon plasitivo de plasma indutivo profundo, etc. para gravar 150 mícrons de silício.
Realize 200 ciclos de gravação profunda usando o processo Bosch. Repita este passo com o lado de trás do wafer. Agora, passe pela limpeza da piranha do wafer no banco molhado por 10 minutos para remover contaminantes poliméricos depositados do processo de gravação, o que garante taxas uniformes de gravação.
Repita estas etapas de gravação e limpeza para realizar através de poros no wafer tendo entradas e tomadas reentrantes. Remova o cromo do wafer imergindo em um banho de 100 mL de etchant cromado por 60 segundos. Após o processo de microfabricação, limpe o wafer com 100 mL de solução de piranha recém-preparada em um recipiente de vidro por 10 minutos.
Em seguida, mais secar com uma pistola de pressão de gás nitrogênio 99%. Coloque as amostras em uma placa de vidro Petri dentro de um forno a vácuo limpo em 323 Kelvin até que o ângulo de contato intrínseco da água em dióxido de silício liso seja estabilizado em um ângulo de contato intrínseco igual a 40 graus após 48 horas. Armazene as amostras secas obtidas, que são os GEMs de sílica, em um armário de nitrogênio.
Os micrografos eletrônicos de sílica mostram uma visão transversal inclinada, uma visão transversal ampliada de um único poro, e vistas ampliadas das bordas reentrantes nas entradas e saídas do poro. Os poros desses GEMs estavam verticalmente alinhados. O diâmetro da entrada e da tomada foi de 100 mícrons.
A distância centro-a-centro entre os poros era de 400 mícrons. A separação entre as bordas reentrantes e a parede dos poros foi de 18 mícrons, e o comprimento dos poros foi de 300 mícrons. Aqui são mostradas reconstruções 3D aprimoradas por computador da interface ar-água nas entradas de GEMs de sílica debaixo d'água.
Também são mostradas vistas transversais ao longo das linhas pontilhadas brancas. No caso das cavidades reentrantes, a condensação do vapor de água dentro das cavidades deslocou o ar preso, o que causou saliência da interface ar-água para cima e desestabilizou o sistema. Em contraste, os GEMs de sílica permaneceram livres de saliência por um período muito maior, embora a taxa de aquecimento fosse semelhante.
Esses resultados foram racionalizados com base na condensação preferencial do vapor de água do reservatório aquecido a laser na interface ar-água resfriada do outro lado. No entanto, não foi possível medir a taxa de transferência de massa nesta configuração experimental. Evite a remoção de estruturas de reentrada de sílica durante o processo Bosch, é usado para adicionar silício.
É muito crucial ter máscara dura de cromo. Esses achados podem desbloquear o potencial de materiais comuns para aplicações que atualmente requerem revestimentos perfluorados, como para redução de arrasto ou para supressão e purificação.
