Name: rendering sio2/si surfaces omniphobic by carving gas-entrapping microtextures comprising reentrant and doubly reentrant cavities or pillars
Uploaded: 2020-02-11T12:00:00
Duration: 8 min 2 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Rendering SiO2/Si Surfaces Omniphobic by Carving Gas-Entrapping Microtextures Comprising Reentrant and Doubly Reentrant Cavities or Pillars at JoVE.com

صاحبة الجلالة تقر بالتمويل من جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية.

ويعلن صاحبا البلاغ أنه ليس لديهما مصالح متنافسة.

هنا نناقش عوامل إضافية ومعايير التصميم لمساعدة القارئ في تطبيق هذه البروتوكولات microfabrication. بالنسبة للميكروميكسات التجويفية (RCs و DRCs) فإن اختيار الملعب أمر بالغ الأهمية. إن أنحف الجدران بين التجاويف المجاورة تؤدي إلى انخفاض منطقة الجوانب السائلة الصلبة البينية والمنطقة العالية بين الوجهيين السائلة وبخار هاوية، مما يؤدي إلى زوايا اتصال واضحة عالية34. ومع ذلك، يمكن للجدران الرقيقة أن تعرض السلامة الميكانيكية للنسيج الدقيق للخطر، على سبيل المثال، أثناء المناولة والتوصيف؛ القليل من المحفورات مع الجدران الرقيقة (على سبيل المثال ، في الخطوة 6.6) يمكن أن تدمر الملمس الدقيق بأكمله ؛ تحت النقش مع جدران رقيقة يمكن أيضا منع تطوير ميزات reentrant مضاعف. إذا لم يتم تطوير ميزات جمهورية الكونغو الديمقراطية بشكل كامل ، فقد تعاني قدرتها على إيقاع الهواء على المدى الطويل ، خاصة إذا كان السائل يتكثف داخل التجاويف26. لهذا السبب، اخترنا الملعب في تجاربنا ليكون L = D + 12 ميكرومتر (أي أن الحد الأدنى لسمك الجدار بين التجاويف كان 12 ميكرون). قمنا أيضًا بتصنيع تجاويف reentrant مضاعفة مع درجة أصغر من L = D + 5 μm ، ولكن الأسطح الناتجة لم تكن متجانسة بسبب الضرر الهيكلي أثناء التصنيع الدقيق.
أثناء نقش طبقة السيليكا مع C4F8 و O2 في الخطوة 4 ، يمكن أن يعطي التاريخ السابق للاستخدام أو نظافة غرفة التفاعل نتائج متغيرة ، على الرغم من اتباع نفس الخطوات ، على سبيل المثال ، في منشأة مستخدم مشتركة كما هو الحال في معظم الجامعات. وبالتالي ، فمن المستحسن أن يتم تنفيذ هذه الخطوة في فترات زمنية قصيرة ، على سبيل المثال ، لا يزيد عن 5 دقيقة لكل منها ورصد سمك طبقة السيليكا من خلال تقنية مستقلة ، مثل قياس الانعكاس. بالنسبة للرقائق التي لدينا مع طبقة سيليكا بسماكة 2.4 ميكرومتر ، استغرق روتين النقش النموذجي 13 دقيقة لإزالة السيليكا تمامًا من المناطق المستهدفة(الجدول 3). لأن مقاومة الصور كانت محفورة أيضا خلال هذه العملية، هذه الخطوة إزالة 1 ميكرومتر من طبقة السيليكا التي كانت في البداية ملثمين من قبل مقاومة للضوء. وعلاوة على ذلك، ولضمان أن يكون معدل النقش كما هو متوقع، ولتجنب التلوث المتبادل من عمليات الحفر السابقة (وهي مسألة شائعة في المرافق المتعددة المستخدمين)، كان النقش بالسيليكا يسبقه دائماً نقش رقاقة أضاحي كخطوة احترازية. أثناء تطور مقاومة للضوء ، قد يتم تلوث السطح المكشوف بآثار / جزيئات مقاومة للضوء ، والتي يمكن أن تكون بمثابة أقنعة (مجهرية) تؤدي إلى تكوين بقايا دبوس. لتجنب ذلك ، يجب اتباع بروتوكولات التنظيف والتخزين الصارمة طوال عملية التصنيع الدقيق36.
وبالمثل ، خلال عملية بوش ، على الرغم من أن طبقة SiO2 بمثابة قناع لطبقة Si تحتها ، فإنها تحصل على حفر خلال دورات الحفر الطويلة ، وإن كان ذلك بمعدلات أبطأ. وبالتالي ، فإن عمق التجاويف أو ارتفاع الأعمدة محدود لدرجة أن ميزات الإعادة لن تتعرض للخطر. يجب ضبط أوقات التخميل والنقش أثناء عملية بوش للحصول على جدران ناعمة. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق اختبار وصفات تكرارية ومراقبة آثارها على العينات، على سبيل المثال، باستخدام المجهر الإلكتروني.
في حالة RPs وDRPs ، كلما طالت مدة النقش المتساوي الخواص ، كان قطر الجذع أصغر. إذا كان القطر أقل من 10 ميكرومتر، فقد يؤدي ذلك إلى هشاشة ميكانيكية. يجب أن يُعلم هذا القيد التصميم في بداية إجراء التصنيع الدقيق.
أدوات الحفر الجاف المتاحة عادة في الجامعات ليس لديها التحمل من الدرجة الصناعية، مما يؤدي إلى اللاتوحيد المكاني من حيث معدل النقش داخل الغرفة. وبالتالي، قد لا تكون الميزات التي تم الحصول عليها في وسط الرقاقة هي نفسها تلك الموجودة على الحدود. وللتغلب على هذا القيد، استخدمنا رقائق بطول أربعة بوصات وتركزنا فقط في المنطقة الوسطى.
نوصي أيضًا باستخدام أنظمة الكتابة المباشرة بدلاً من استخدام أقنعة الاتصال الثابت للطباعة الحجرية الضوئية ، مما يسمح بالتغييرات السريعة في معلمات التصميم ، بما في ذلك أقطار الميزات والملاعب والأشكال (دائرية وسداسية ومربعة) ، وما إلى ذلك.
من الواضح أنه لا SiO2/ Si رقاقات ولا الطباعة الحجرية الضوئية هي المواد أو العمليات المطلوبة للإنتاج الضخم للأسطح الكارهة للفهو. ومع ذلك ، فهي بمثابة نظام نموذجي ممتاز لاستكشاف microtextures مبتكرة لهندسة الأسطح omniphobic ، على سبيل المثال من قبل biomimetics26،27،34،35،46،47، والتي يمكن ترجمتها إلى أنظمة المواد منخفضة التكلفة وقابلة للتطوير للتطبيقات. ومن المتوقع أن في المستقبل القريب، يمكن توسيع نطاق مبادئ التصميم لGEMs باستخدام تقنيات مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد48،والتصنيع المضاف49،والليزر micromachining50،من بين أمور أخرى. Microtextured SiO2/ Si السطوح يمكن أيضا أن تستخدم للمواد لينة templating29،51. حاليا، ونحن نحقق في تطبيقات الأسطح لدينا الغاز المربوطة للتخفيف من تلف التجويف47،تحلية46،52،والحد من السحب الهيدروديناميكي.

الأسطح الصلبة التي تظهر زوايا اتصال واضحة، يشار إلى السوائل القطبية وغير القطبية، مثل الماء والهيكساديككان، على أنهامتعددةالاستخدامات. هذه الأسطح تخدم العديد من التطبيقات العملية، بما في ذلك تحلية المياه2،3،فصل المياه النفطية4،5،antibiofouling6،والحد من السحب الهيدروديناميكي7. عادة ، يتطلب تعدد الاستخدامات المواد الكيميائية المفلورة والطبوغرافيات العشوائية8،9،10،11،12. ومع ذلك ، فإن التكلفة ، وعدم التحلل الحيوي ، والضعف من تلك المواد / الطلاء تشكل عددا لا يحصى من القيود ، على سبيل المثال ، أغشية تحلية المياه المفلورة تتحلل مع ارتفاع درجات حرارة جانب الأعلاف ، مما يؤدي إلى التبول المسام13،14، والطلاء المفلور / الهيدروكربوني أيضا الحصول على متآكل15،16 وتدهورت من قبل جزيئات الطمي في تيارات التدفق وبروتوكولات التنظيف. وبالتالي ، هناك حاجة إلى استراتيجيات بديلة لتحقيق وظائف الطلاء المفلور (أي ، ربط الهواء على الغمر في السوائل دون استخدام الطلاء طارد الماء). لذلك ، اقترح الباحثون الطبوغرافيات السطحية المكونة من الميزات المتدلية (reentrant) التي يمكن أن توقع الهواء على الغمر بواسطة microtexturing وحده17،18،19،20،21،22،23،24،25. هذه الأنسجة الدقيقة تأتي في ثلاثة أنواع: تجاويف26، أعمدة27، والحصير ليفي8. فيما يلي ، سنشير إلى ميزات reentrant مع الأعباء البسيطة مثل reentrant(الشكل 1A -B والشكل 1E-F)وميزات reentrant مع الأعباء التي تجعل من 90 درجة نحو القاعدة كـ reentrant مضاعفة(الشكل 1C-D والشكل 1G-H).
في عملهم الرائد ، فيرنر وآخرون22،28،29،30،31 تتميز البشرة من springtails (Collembola) ، المفصليات التي تعيش في التربة ، وأوضح أهمية ملامح على شكل فطر (reentrant) في سياق الترطيب. وقد حققت الآخرين أيضا دور الشعر على شكل فطر في المتزلجين البحر32,33 نحو تسهيل صد المياه المدقع. أظهر فيرنر وزملاء العمل omniphobicity من الأسطح البوليمرية الترطيب الجوهري من خلال نحت هياكل المحاكاة الحيوية من خلال الطباعة الحجرية بصمة عكس29. أفاد ليو وكيم على أسطح السيليكا المزينة بصفائف من أعمدة الإعادة المضاعفة التي يمكن أن تصد قطرات من السوائل مع توترات سطحية منخفضة مثلLV = 10 mN / m ، تتميز بزوايا اتصال واضحة ، r × 150 درجة وزاوية اتصال منخفضة للغاية هيستيريس27 . مستوحاة من هذه التطورات المدهشة، اتبعنا وصفات ليو وكيم لإعادة إنتاج نتائجها. ومع ذلك ، اكتشفنا أن تلك الملمسات الدقيقة ستفقد بشكل كارثي superomniphobicity ، أي r → 0 ° ، إذا كانت قطرات السائل الرطب لامست حافة الملمس الدقيق أو إذا كان هناك ضرر مادي موضعي34. وأظهرت هذه النتائج أن الأنسجة الدقيقة القائمة على الأعمدة غير صالحة للتطبيقات التي تتطلب تعدد الاستخدامات على الغمر، كما شككت في معايير تقييم تعدد الاستخدامات (أي إذا كانت تقتصر على زوايا التلامس وحدها، أو إذا كانت هناك حاجة إلى معايير إضافية).
ردا على ذلك ، وذلك باستخدام رقاقات SiO2/ Si ، قمنا بإعداد صفائف من التجاويف الصغيرة مع مداخل reentrant مضاعفة و ، واستخدام الماء وhexadecane والسوائل القطبية وغير القطبية التمثيلية ، أثبتنا أن (1) هذه الملمسات الدقيقة تمنع السوائل من دخولها عن طريق ربط الهواء ، و (2) الهندسة المعمارية المجزأة للتجاويف يمنع فقدان الهواء المحاصر من قبل العيوب المترجمة34. وهكذا، فقد قمنا بتسميتهما هذه الأنسجة الدقيقة بأنها "مواد صغيرة متشابكة للغاز" (GEMs). كخطوة تالية، نحن microfabricated GEMs مع الأشكال المختلفة (دائرية، مربعة، سداسية) وملامح (بسيطة، reentrant، وreentrant مضاعفة) لمقارنة أدائها بشكل منهجي تحت الغمر في السوائل الرطب26. أنشأنا أيضا microtexture الهجين يضم صفائف من أعمدة reentrant مضاعفة محاطة الجدران مع ملامح reentrant مضاعفة، والتي منعت السوائل من لمس ينبع من الأعمدة والهواء المحاصرين بقوة على الغمر35. أدناه، نقدم بروتوكولات مفصلة لتصنيع GEMs على الأسطح SiO2/ Si من خلال تقنيات الطباعة الحجرية الضوئية والنقش جنبا إلى جنب مع معلمات التصميم. كما نقدم نتائج تمثيلية لتوصيف ترطيبها بالقياس الجنبي لزاوية الاتصال (الزوايا المتقدمة /الانحسار/كما وضعت) والغمر في سداسية والمياه.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>AZ-5214 E photoresist</td>
			<td>Merck</td>
			<td>DEAA070796-0W59</td>
			<td>Photoresist, flammable liquid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZ-726 MIF developer</td>
			<td>Merck</td>
			<td>10055824960</td>
			<td>To develop photoresist</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Confocal microscopy</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Zeiss LSM710</td>
			<td>Upright confocal microscope to visualize liquid meniscus shape</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deep ICP-RIE</td>
			<td>Oxford Instruments</td>
			<td>Plasmalab system100</td>
			<td>Silicon etching tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Direct writer</td>
			<td>Heidelberg Instruments</td>
			<td>&#181;PG501</td>
			<td>Direct-writing system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drop shape analyzer</td>
			<td>KRUSS</td>
			<td>DSA100</td>
			<td>To measure contact angle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hexadecane</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>544-76-3</td>
			<td>Test liquid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Highspeed imaging camera</td>
			<td>Phantom vision research</td>
			<td>v1212</td>
			<td>To image droplet bouncing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HMDS vapor prime</td>
			<td>Yield Engineering systems</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot plate</td>
			<td>Cost effective equipments</td>
			<td>Model 1300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen peroxide 30%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>7722-84-1</td>
			<td>To prepare piranha solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imaris software</td>
			<td>Bitplane</td>
			<td>Version 8</td>
			<td>Post process confocal microscopy images</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nile Red</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>7385-67-3</td>
			<td>Fluorescent dye for hexadecane</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen gas</td>
			<td>KAUST lab supply</td>
			<td></td>
			<td>To dry the wafer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish</td>
			<td>VWR</td>
			<td>HECH41042036</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reactive-Ion Etching (RIE)</td>
			<td>Oxford Instruments</td>
			<td>Plasmalab system100</td>
			<td>Silica etching tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reflectometer</td>
			<td>Nanometrics</td>
			<td>Nanospec 6100</td>
			<td>To check remaining oxide layer thickness</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhodamine B (Acros)</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td>81-88-9</td>
			<td>Fluorescent dye for water</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SEM stub</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>75923-19</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SEM-Quanta 3D</td>
			<td>FEI</td>
			<td>Quanta 3D FEG Dual Beam</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon wafer</td>
			<td>Silicon Valley Microelectronics</td>
			<td></td>
			<td>Single side polished, 4&#34; diameter, 500 &#181;m thickness, 2.4 &#181;m thick oxide layer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin coater</td>
			<td>Headway Research,Inc</td>
			<td>PWM32</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin rinse dryer</td>
			<td>MicroProcess technology</td>
			<td>Avenger Ultra -Pure 6</td>
			<td>Dry the wafers after piranha clean</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric acid 96%</td>
			<td>Technic</td>
			<td>764-93-9</td>
			<td>To prepare piranha solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tanner EDA L-Edit software</td>
			<td>Tanner EDA, Inc.</td>
			<td>version15</td>
			<td>Layout design</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermal oxide growth</td>
			<td>Tystar furnace</td>
			<td></td>
			<td>To grow thermal oxide in patterned silicon wafer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tweezers</td>
			<td>Excelta</td>
			<td>490-SA-PI</td>
			<td>Wafer tweezer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum oven</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>13-258-13</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water</td>
			<td>Milli-Q</td>
			<td>Advantage A10</td>
			<td>Test liquid</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

rendering sio2/si surfaces omniphobic by carving gas-entrapping microtextures comprising reentrant and doubly reentrant cavities or pillars

نحن نقدم بروتوكولات microfabrication لجعل المواد الرطبة في جوهرها طارد ة للسوائل (omniphobic) عن طريق إنشاء مواد دقيقة متشابكة للغاز (GEMs) عليها تتألف من تجاويف وأعمدة مع ميزات reentrant وreentrant مضاعفة. على وجه التحديد ، نستخدم SiO2/ Si كنظام نموذجي ونشارك بروتوكولات التصميم ثنائي الأبعاد (2D) ، والطباعة الضوئية ، وتقنيات النقش isotropic / aisotropic ، ونمو أكسيد الحرارة ، وتنظيف البيرانا ، والتخزين نحو تحقيق تلك الملمسالدقيق. على الرغم من أن الحكمة التقليدية تشير إلى أن الأسطح الرطبة الخشونة في جوهرها(οo < 90°) تجعلها أكثر تبلل(r< ο o < 90 درجة)، فإن GEMs تظهر الطارد السائل على الرغم من القابلية الجوهرية للبلل من الركيزة. على سبيل المثال، على الرغم من القابلية الجوهرية للبلل من السيليكا o - 40° لنظام الماء / الهواء، وo ο 20° لنظام الهكسيديكان/الهواء، GEMs التي تتألف من تجاويف في فخ الهواء بقوة على تلك السوائل، وزوايا الاتصال الظاهرة للقطرات هي r > 90°. تعمل ميزات reentrant وreentrant بشكل مضاعف في GEMs على تثبيت الغضروف المفصلي السائل المتطفل وبالتالي محاصرة نظام البخار السائل الصلب في الولايات المملوءة بالهواء (دول كاسي) وتأخير التحولات الرطبة إلى الحالة المليئة بالحرارة الديناميكية الديناميكية بالكامل (حالة Wenzel) من خلال، على سبيل المثال، من خلال ساعات إلى أشهر. وبالمثل، فإنأسطح SiO 2/Si مع صفائف من الركائز المجهرية الإعادة والمضاعفة تظهر زوايا اتصال عالية للغاية(οr - 150°-160°) ونسبة التهيستير المنخفضة لزاوية الاتصال لسوائل المسبار، وبالتالي توصف بأنها فائقة الرهاب. ومع ذلك ، على الانغماس في نفس السوائل ، تفقد تلك الأسطح بشكل كبير superomniphobicity والحصول على كامل شغلها داخل < 1 s. ولما نتصدى لهذا التحدي، نقدم بروتوكولات للتصاميم الهجينة التي تضم صفائف من أعمدة الإعادة المضاعفة المحاطة بجدران ذات ملامح متضاعفة. في الواقع ، microtextures الهجين فخ الهواء على الغمر في سوائل التحقيق. وخلاصة القول، ينبغي أن تمكن البروتوكولات الموصوفة هنا من التحقيق في تدابير رصد الجودة في سياق تحقيق تعدد الاستخدامات دون طلاء كيميائي، مثل البيرفلوروكربونات، التي قد تفتح نطاق المواد الشائعة غير المكلفة للتطبيقات كمواد متعددة الاستخدامات. يمكن أن تعمل مواد السيليكا الدقيقة أيضًا كقوالب للمواد الناعمة.

Watch this Scientific Journal Video about Rendering SiO2/Si Surfaces Omniphobic by Carving Gas-Entrapping Microtextures Comprising Reentrant and Doubly Reentrant Cavities or Pillars at JoVE.com

Rendering SiO2/Si Surfaces Omniphobic by Carving Gas-Entrapping Microtextures Comprising Reentrant and Doubly Reentrant Cavities or Pillars

يقدم هذا العمل بروتوكولات التصنيع الدقيق لتحقيق التجاويف والأعمدة مع ملامح reentrant وreentrant مضاعفة على رقاقات SiO2/ Si باستخدام التصوير الضوئي والنقش الجاف. تظهر الأسطح الدقيقة الناتجة عن ذلك طاردًا سائلًا ملحوظًا ، يتميز بشرك قوي طويل الأجل للهواء تحت السوائل الرطبة ، على الرغم من قابلية السيليكا الجوهرية للبلل.

تقديم SiO2/ Si Surfaces Omniphobic بواسطة نحت مواد دقيقة متشابكة بالغاز تتألف من Reentrant وDoubli Reentrant Cavities أو الأعمدة

We present microfabrication protocols for rendering intrinsically wetting materials repellent to liquids (omniphobic) by creating gas-entrapping ...

لدينا السطوح المجهرية التي تحاصر الغاز، أو GEMS، فإنها يمكن ثم فخ الهواء على مستحلب والسوائل، بغض النظر عن الكيمياء سطحها. لهذا السبب نعتقد أن هذا النهج لديه إمكانات هائلة للتطبيقات التي تتطلب بخلاف ذلك الطلاء المشبع. على عكس الطباعة ثلاثية الأبعاد وغيرها من تقنيات التصنيع التقليدية، يسمح لنا التصوير الضوئي والنقش الجاف باختلاق طبوغرافيات معقدة، صغيرة النطاق، معلقة إعادة الداخل والطوبوغرافيا إعادة الداخل مضاعفة.يجب على المستخدمين لأول مرة استخدام رقائق الممارسة والتحقق بشكل دوري من معدلات الحفر لكل نوع من أنواع التصميم قبل محاولة تجربة، كما قد يتغير معدل مع حجم العينة. تلفيق الركائز وإعادة الوافدين بشكل مضاعف وتجاويف هي عملية متعددة التوقف التي تنطوي على أنماط تصميم معقدة. سوف مظاهرة مرئية من الاشياء microfabrication مساعدة مع فهم البروتوكول.بدء عملية microfabrication عن طريق إنشاء ملف جديد في برنامج تخطيط مناسب. رسم خلية وحدة تتكون من دائرة رسم تخطيطي 200 ميكرومتر. نسخ لصق هذه الدائرة مع مركز إلى مركز المسافة من 212 ميكرومتر لإنشاء مجموعة من الدوائر في التصحيح مربع، مع مساحة مربعة سنتيمتر واحد.بعد ذلك، رسم دائرة قطرها 100 ملليمتر ووضع صفيف مربع سنتيمتر واحد داخل الدائرة. نسخ هذا الترتيب لإنشاء شبكة 4 × 4 من صفائف مربعة. سيتم نقل الميزات داخل الدائرة إلى رقائق أربعة بوصة.ثم تصدير ملف التصميم إلى التنسيق المطلوب لنظام الدرجات الشامل. لتنظيف رقائق لmicrofabrication، وضع رقاقة السيليكون قطرها أربعة بوصة مع طبقة أكسيد حراري سميكة 2.4 ميكرومتر في محلول بيرانا لمدة عشر دقائق، قبل الشطف مع المياه الأيونية. ثم تدور رقاقة الجافة تحت بيئة النيتروجين.بعد التجفيف، واستخدام البخار مرحلة ترسب لمعطف رقاقة مع سداسيةthyldisilazane وجبل رقاقة على لفحص فراغ أربعة بوصة في المبرمج تدور. تغطية رقاقة مع photoresist واستخدام المبرمج تدور لنشر photoresist بشكل موحد عبر سطح رقاقة كطبقة سميكة 1.6 ميكرومتر. خبز photoresist المغلفة على 110 درجة مئوية الساخنة لوحة لمدة دقيقتين.نقل رقاقة خبز إلى نظام تصنيف مباشر. تعريض الرقاقة للأشعة فوق البنفسجية لمدة 55 مللي ثانية ونقل رقاقة الأشعة فوق البنفسجية المكشوفة إلى طبق بيتري زجاجي يحتوي على مطور ضوئي ، للسماح للميزات بتطويرها. بعد 60 ثانية، شطف بلطف رقاقة مع المياه غير المؤين لإزالة أي مطور الزائدة، وتدور تجف رقاقة في بيئة النيتروجين.بعد التصوير الضوئي، نقل رقاقة إلى البلازما تفاعلية موحّد نظام النقش الأيون، الذي يستخدم خليط من غازات أوكتان فلورو سيكلوبوتين والأكسجين. تشغيل العملية لمدة 13 دقيقة تقريبا لحفر طبقة السيليكا المكشوفة. لضمان أن سمك طبقة السيليكا داخل الأنماط المطلوبة يتم تخفيضها إلى الصفر، استخدم عداد انعكاس لقياس سمك السيليكا المتبقية وضبط مدة فترة النقش اللاحقة على أساس سمك طبقات السيليكا.بعد حفر طبقة السيليكا، نقل رقاقة إلى عميق يقترن الايون البلازما تفاعلية نظام وتشغيل هذه العملية لمدة خمس دورات، مما أدى إلى عمق النقش للسيليكون ما يعادل ما يقرب من اثنين ميكرومتر. تنظيف رقاقة مع محلول بيرانا، ثم شطف وتدور الجافة كما هو موضح من قبل. إجراء النقش متساوي التروبيك لخلق تقويض تحت طبقة السيليكا مع سداسي فلوريد الكبريت لمدة 25 ثانية، تليها التنظيف مع شطف محلول بيرانا وتدور الجافة كما هو موضح.بعد إنشاء تقويض، واستخدام نظام فرن درجة حرارة عالية لزراعة طبقة 500 نانومتر من أكسيد الحرارية على رقاقة. المقبل، الملعب السيليكا عموديا إلى أسفل لمدة ثلاث دقائق لإزالة طبقة أكسيد الحرارية من أسفل تجويف، في حين ترك طبقة السيليكا على طول الجدران الجانبية التي ستشكل في نهاية المطاف حافة مزدوجة reentrant. بعد حفر أكسيد الزائدة التي تزرع حراريا، كرر خمس دورات من عملية بوش لتعميق تجاويف بواسطة اثنين من ميكرومتر، ثم تنظيف رقاقة مع محلول البيرانا، شطف وتدور الجافة كما هو موضح.لخلق مساحة فارغة وراء أكسيد نمت حراريا في فم تجويف، وحفر متساوي التجويف السيليكون لمدة 150 ثانية للحصول على حافة مضاعفة reentrant. يجب ضبط مقدار الوقت الذي يقضيه في آخر حفر السيليكون المتوازية لإنشاء أكبر قدر ممكن من المساحة خلف أكسيد المزروعة حراريًا دون دمج التجاويف. بعد إنشاء تجاويف إعادة مضاعفة، تنفيذ عملية بوش لمدة 160 دورات لزيادة عمق تجاويف إلى ما يقرب من 50 ميكرومتر.تنظيف رقاقة في محلول بيرانا الطازجة، وشطف وتدور الجافة كما هو موضح. نقل رقاقة في فرن فراغ في 50 درجة مئوية لمدة 48 ساعة. يمكن بعد ذلك تخزين الرقاقة في خزانة تدفق النيتروجين النظيف.هنا، ممثل reentrant ومضاعفة reentrant تجاويف وأعمدة microfabricated كما هو مبين. أسطح السيليكون ثاني أكسيد السيليكون مع صفائف من أعمدة مضاعفة reentrant عرض زوايا الاتصال واضحة أكبر من 150 درجة لكل من الماء والهيكساديك مع الحد الأدنى من التمدد زاوية الاتصال. الغريب، عندما تكون نفس أسطح السيليكون ثاني أكسيد السيليكون مع صفائف من الأعمدة مغمورة في نفس السوائل، يتم تطفلها على الفور.في المقابل، تسوس التجاويف اغراء الهواء عند الغمر في كلا السائلين. علاوة على ذلك ، يكشف المجهر confocal أن الميزات المتدلية تعمل على استقرار السوائل المتطفلة والهواء في الفخ داخلها. microfabrication من صفائف من الأعمدة محاطة جدران من ملف تعريف reentrant مضاعفة يعزل ينبع من السوائل التبول، مما أدى إلى microtextures الهجين التي تتصرف كما نسيج الغاز التوريص.وباستخدام نهج مماثل، يمكن تصميم الأغشية التي يمكن أن تؤدي وظائف الأغشية التجارية ولكن دون استخدام مركبات الهيدروكربون المشبع بالفلور الضارة، مما يمهد الطريق أمام العمليات الصناعية الأكثر مراعاة للبيئة. يمكننا التحقيق في أداء تجاويف الفطر على شكل وأعمدة من حيث قدرتها على إيقاع الهواء تحت السوائل ، وأيضا من حيث الضغوط اختراق وهلم جرا. يتضمن هذا البروتوكول استخدام مرفق غرفة نظيفة، بالإضافة إلى الألواح الساخنة والمواد الكيميائية القابلة للاشتعال والتآكل.ولذلك يلزم التدريب على السلامة ومعدات الحماية الشخصية.

Research

JoVE Journal

Engineering

Rendering SiO2/Si Surfaces Omniphobic by Carving Gas-Entrapping Microtextures Comprising Reentrant and Doubly Reentrant Cavities or Pillars

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

التحقيق ورسم الخرائط أسطح الكهربائي في خلايا الوقود الصلبة أكسيد

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

تصنيع وتوصيف الدليل الموجي الكريستال الضوئية الخفيفة بطيئة وتجاويف

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

تلفيق نانو هندسيا إجراء أكاسيد شفافة من ترسب الليزر النبضي

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces

عالي السرعة الجسيمات Velocimetry صورة قرب السطوح

Multi-dimensional and transient flows play a key role in many areas of science, engineering, and health sciences but are often not well understood. The ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

الاتصال أحادي الطبقة المنشطات من السيليكون السطوح والأسلاك المتناهية الصغر عن طريق المركبات الفوسفورية العضوية

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

تصنيع تجاويف نانوية موحدة عبر الترابط رقاقة السيليكون المباشر

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Evanescent Field Based Photoacoustics: Optical Property Evaluation at Surfaces

زائل الميدان Photoacoustics استنادا: تقييم العقارات للبصريات على السطوح

Here, we present a protocol to estimate material and surface optical properties using the photoacoustic effect combined with total internal reflection. ...

The Evolution of Silica Nanoparticle-polyester Coatings on Surfaces Exposed to Sunlight

تطور السيليكا طلاءات الجسيمات النانوية البوليستر على السطوح المعرضة لأشعة الشمس

Corrosion of metallic surfaces is prevalent in the environment and is of great concern in many areas, including the military, transport, aviation, ...

Pool-Boiling Heat-Transfer Enhancement on Cylindrical Surfaces with Hybrid Wettable Patterns

تعزيز بركة الغليان نقل الحرارة على أسطواني السطوح مع أنماط قابل للبلل الهجين

In this study, pool-boiling heat-transfer experiments were performed to investigate the effect of the number of interlines and the orientation of the ...

A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars

سلسلة عملية أدوات ناعمة لحقن صب عنصر ثلاثي الأبعاد مع مايكرو الركائز

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection ...