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

एचएम ने किंग अब्दुल्ला यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (कौस्तुभ) से फंडिंग स्वीकार की ।

लेखक घोषणा करते हैं कि उनके पास कोई प्रतिस्पर्धी हित नहीं हैं ।

यहां हम इन माइक्रोफैब्रिकेशन प्रोटोकॉल को लागू करने में पाठक की मदद करने के लिए अतिरिक्त कारकों और डिजाइन मानदंडों पर चर्चा करते हैं। गुहा माइक्रोटेक्सटेक्स (आरसी और डीआरसी) के लिए पिच का चुनाव महत्वपूर्ण है। आसन्न गुहाओं के बीच पतली दीवारों से कम तरल-ठोस इंटरफेशियल क्षेत्र और उच्च तरल-वाष्प इंटरफेशियल क्षेत्र होगा, जिससे उच्च स्पष्ट संपर्क कोण34होंगे। हालांकि, पतली दीवारें माइक्रोटेक्सरी की यांत्रिक अखंडता से समझौता कर सकती हैं, उदाहरण के लिए, हैंडलिंग और लक्षण वर्णन के दौरान; पतली दीवारों के साथ थोड़ा अधिक नक़्क़ाशी (उदाहरण के लिए, चरण 6.6 में) पूरे माइक्रोटेक्सरी को नष्ट कर सकता है; पतली दीवारों के साथ अंडर-नक़्क़ाशी भी दोगुना अपंवाक सुविधाओं के विकास को रोक सकता है। यदि डीआरसी सुविधाओं को पूरी तरह से विकसित नहीं किया जाता है, तो लंबी अवधि के लिए हवा को फंसाने की उनकी क्षमता पीड़ित हो सकती है, खासकर यदि तरलगुहाओं केअंदर 26 संघनित होता है। इस कारण से, हमने अपने प्रयोगों में पिच को L = D + 12 माइक्रोन (यानी, गुहाओं के बीच न्यूनतम दीवार मोटाई 12 माइक्रोन था) चुना। हमने एल = डी + 5 माइक्रोन की छोटी पिच के साथ दोगुना पुनः प्रवेश करने वाले गुहाओं को भी गढ़ा, लेकिन माइक्रोफैब्रिकेशन के दौरान संरचनात्मक क्षति के कारण परिणामस्वरूप सतहें सजातीय नहीं थीं।
चरण 4 में सी4एफ8 और ओ2 के साथ सिलिका परत की नक़्क़ाशी के दौरान, उपयोग का पूर्व इतिहास या प्रतिक्रिया कक्ष की सफाई, एक ही चरण ों का पालन करने के बावजूद, उदाहरण के लिए, अधिकांश विश्वविद्यालयों में एक आम उपयोगकर्ता सुविधा में चर परिणाम दे सकता है। इस प्रकार, यह सिफारिश की जाती है कि यह कदम कम समय अवधि में किया जाता है, उदाहरण के लिए, प्रत्येक 5 से अधिक नहीं और एक स्वतंत्र तकनीक द्वारा सिलिका परत की मोटाई की निगरानी की जाती है, जैसे रिफ्लेक्टिम। 2.4 माइक्रोन-मोटी सिलिका परत के साथ हमारे वेफर्स के लिए, एक विशिष्ट नक़्क़ाशी दिनचर्या ने सिलिका को लक्षित क्षेत्रों(तालिका 3)से पूरी तरह से हटाने के लिए 13 मिन लिया। क्योंकि फोटोविरोध भी प्रक्रिया के दौरान नक़्क़ाशीपर था, इस कदम सिलिका परत है कि शुरू में फोटोविरोध द्वारा नकाबपोश किया गया था की 1 μm हटा दिया । इसके अलावा, यह सुनिश्चित करने के लिए कि नक़्क़ाशी दर की उम्मीद के अनुसार थी, और पिछले नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं (बहुउपयोगकर्ता सुविधाओं में एक आम मुद्दा) से क्रॉस-संदूषण से बचने के लिए, सिलिका नक़्क़ाशी हमेशा एहतियाती कदम के रूप में एक बलि वेफर नक़्क़ाशी से पहले थी। फोटोरोधा के विकास के दौरान, उजागर सतह फोटोरोधके निशान/कणों से दूषित हो सकती है, जो पिन अवशेषों के गठन के लिए अग्रणी (सूक्ष्म) मास्क के रूप में कार्य कर सकती है । इससे बचने के लिए, माइक्रोफैब्रिकेशन प्रक्रिया36भर में कठोर सफाई और भंडारण प्रोटोकॉल का पालन किया जाना चाहिए।
इसी तरह, बॉश प्रक्रिया के दौरान, भले ही एसआईओ2 परत नीचे एसआई-परत के लिए एक मुखौटा के रूप में कार्य करती है, यह लंबे नक़्क़ाशी चक्रों के दौरान नक़्क़ाशी प्राप्त करती है, हालांकि धीमी दरों पर। इस प्रकार, गुहाओं की गहराई या खंभे की ऊंचाई इस बिंदु तक सीमित है कि पुनः प्रवेशकरने वाली सुविधाओं से समझौता नहीं किया जाएगा। बॉश प्रक्रिया के दौरान पासिवेशन और नक़्क़ाशी के समय को चिकनी दीवारों को प्राप्त करने के लिए ट्यून किया जाना चाहिए। यह व्यंजनों का परीक्षण करके और नमूनों पर उनके प्रभावों को देखकर, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है।
आरपीएस और डीआरपी के मामले में, आइसोट्रॉपिक नक़्क़ाशी की अवधि जितनी लंबी होगी, तने का व्यास उतना ही छोटा होगा। यदि व्यास 10 माइक्रोन से कम है, तो यह यांत्रिक कमजोरी का कारण बन सकता है। इस सीमा को माइक्रोफैब्रिकेशन प्रक्रिया की शुरुआत में डिजाइन को सूचित करना चाहिए।
विश्वविद्यालयों में आमतौर पर उपलब्ध शुष्क नक़्क़ाशी उपकरणों में औद्योगिक ग्रेड सहिष्णुता नहीं है, जिससे चैंबर के अंदर नक़्क़ाशी की दर के मामले में स्थानिक गैर-एकरूपता होती है । इस प्रकार, वेफर के केंद्र में प्राप्त विशेषताएं सीमा पर उन लोगों के समान नहीं हो सकती हैं। इस सीमा को दूर करने के लिए, हमने चार इंच वेफर्स का उपयोग किया और केवल मध्य क्षेत्र में केंद्रित किया।
हम फोटोलिथोग्राफी के लिए हार्ड-कॉन्टैक्ट मास्क का उपयोग करने के बजाय प्रत्यक्ष-लेखन प्रणालियों का उपयोग करने की भी सलाह देते हैं, जिसमें डिजाइन मापदंडों में तेजी से परिवर्तन की अनुमति होती है, जिसमें फीचर व्यास, पिच और आकार (परिपत्र, षट्कोणीय और वर्ग), आदि शामिल हैं।
जाहिर है, न तो एसआईओ2/एसआईवेफर्स और न ही फोटोलिथोग्राफी ओमनीफोबिक सतहों के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए वांछित सामग्री या प्रक्रियाएं हैं । हालांकि, वे इंजीनियरिंग ओमनीफोबिक सतहों के लिए अभिनव माइक्रोटेक्सचर का पता लगाने के लिए एक उत्कृष्ट मॉडल प्रणाली के रूप में काम करते हैं, उदाहरण के लिए बायोमिमेटिक्स26,27,34,35,46,47,जिसे अनुप्रयोगों के लिए कम लागत और स्केलेबल सामग्री प्रणालियों में अनुवाद ित किया जा सकता है। यह उम्मीद की जाती है कि निकट भविष्य में, जीईएम के लिए डिजाइन सिद्धांतों को 3-डी प्रिंटिंग48,योजक विनिर्माण49और लेजर माइक्रोमाकिनिंग50जैसी तकनीकों का उपयोग करके बढ़ाया जा सकता है। माइक्रोटेक्सर्ड एसआईओ2/ एसआई सतहों का उपयोग29,51नरम सामग्रियों को टेंपलिंग के लिए भी किया जा सकता है । वर्तमान में, हम कैविटेशन क्षति47,विलवणीकरण46,52,और हाइड्रोडायनामिक ड्रैग को कम करने के लिए हमारी गैस-ट्रैपिंग सतहों के अनुप्रयोगों की जांच कर रहे हैं।

ठोस सतहें जो स्पष्ट संपर्क कोणों को प्रदर्शित करती हैं, ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय तरल पदार्थों के लिए 90° जैसे पानी और हेक्साडेकेन को ओम्फोबिक1कहा जाता है। ये सतहें कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों की सेवा करती हैं, जिनमें जल विलवणीकरण2,3,तेल-जल पृथक्करण4,5,एंटीबायोफाउलिंग6,और हाइड्रोडायनामिक ड्रैग7को कम करना शामिल है। आमतौर पर, ओम्फोबिसिटी को परफ्लोरिनयुक्त रसायनों और यादृच्छिक टोपोग्राफी8,9,10,11,12की आवश्यकता होती है। हालांकि, लागत, गैर-बायोडिग्रेडेबिलिटी, और उन सामग्रियों/कोटिंग्स की असुरक्षा असंख्य बाधाओं/कोटिंग्स को उत्पन्न करती है, उदाहरण के लिए, वाष्पीकरण झिल्ली को कम कर के रूप में फीड-साइड तापमान उठाया जाता है, जिससे पोर-गीला13,14,और परफ्लोरिनाइज्ड/हाइड्रोकार्बन कोटिंग्स भी प्रवाह ों और सफाई प्रोटोकॉल में गाद कणों द्वारा एब्राडेडहोजाते हैं और अवक्रमित होते हैं । इस प्रकार, पानी से बचाने वाली कोटिंग्स का उपयोग किए बिना तरल पदार्थों में विसर्जन पर हवा को फंसाने के कार्यों को प्राप्त करने के लिए वैकल्पिक रणनीतियों की आवश्यकता होती है।) इसलिए, शोधकर्ताओं ने सतह के टोपोग्राफी का प्रस्ताव किया है जिसमें ओवरहैंगिंग (पुनः प्रवेशी) विशेषताएंशामिल हैं जो अकेले17,18,19,20, 21,22,23,24,25द्वारा विसर्जन पर हवा को फंसा सकती हैं। ये सूक्ष्मबनावट तीन प्रकार ों में आती है -गुहा26, खंभे27और रेशेदार मैट8. इसके बाद, हम रिएंबिएबली(चित्रा 1ए-बी और फिगर 1ई-एफ)के रूप में सरल ओवरहांग के साथ पुनः प्रवेशी सुविधाओं का उल्लेख करेंगे और ओवरहैंग के साथ पुनः प्रवेशी सुविधाएं जो आधार की ओर 90 डिग्री-टर्न लेते हैं, जो दोगुना पुनः प्रवेशी(चित्रा 1सी-डी और चित्रा 1जी-एच)के रूप में आधार की ओर मुड़ते हैं।
अपने अग्रणी काम में, वर्नर एट अल.22,28,29,30,31 स्प्रिंगटेल (कोलेम्बोला), मिट्टी में रहने वाले आर्थ्रोपोड्स के क्यूटिकल्स की विशेषता है, और गीले के संदर्भ में मशरूम के आकार (पुनः प्रवेशी) विशेषताओं के महत्व को समझाया। अन्य लोगों ने भी अत्यधिक जल प्रतिपेलेंस को सुगम बनाने की दिशा में समुद्र-स्केटर्स३२,३३ में मशरूम के आकार के बालों की भूमिका की जांच की है । वर्नर और सहकर्मियों ने रिवर्स छाप लिथोग्राफी29के माध्यम से बायोमिमेटिक संरचनाओं को तराशकर आंतरिक रूप से गीला पॉलीमेरिक सतहों की ओमनीफोबीसिटी का प्रदर्शन किया । लियू और किम ने सिलिका सतहों पर दोगुना प्रतिप्रवेशी खंभों की सरणी से सजी रिपोर्ट की जो सतह के तनाव के साथ तरल पदार्थों की बूंदों को कम कर सकती है, क्योंकिस्पष्ट संपर्क कोणों की विशेषता है, 150 ° और बेहद कम संपर्क कोण हिस्टीर27। इन अद्भुत घटनाओं से प्रेरित होकर, हम लियू और किम के व्यंजनों का पालन करने के लिए अपने परिणाम पुन: पेश । हालांकि, हमें पता चला कि वे माइक्रोटेक्सचर भयावह रूप से अपनी सुपरओमनीफोबीसिटी खो देंगे, यानीआर → 0 °, अगर गीला तरल बूंदों माइक्रोटेक्सर के किनारे को छुआ या यदि स्थानीयकृत शारीरिक क्षति34थी। इन निष्कर्षों से पता चला है कि स्तंभ आधारित माइक्रोटेक्सचर उन अनुप्रयोगों के लिए अयोग्य थे जिन्हें विसर्जन पर सर्वोग्राही की आवश्यकता थी, और उन्होंने सर्वोबिसिटी का आकलन करने के मानदंडों पर भी सवाल उठाया (यानी, क्या उन्हें अकेले संपर्क कोणों तक सीमित होना चाहिए, या यदि अतिरिक्त मानदंडों की आवश्यकता है)।
इसके जवाब में, एसआईओ2/एसआईवेफर्स का उपयोग करके, हमने माइक्रोस्केल गुहाओं की सरणी को दोगुना रिफैंब इनलेट्स के साथ तैयार किया और, और प्रतिनिधि ध्रुवीय और गैरध्रुवीय तरल पदार्थ के रूप में पानी और हेक्साडेकेन का उपयोग करके,हमने दिखाया कि (i) ये माइक्रोटेक्सचर तरल पदार्थों को हवा में फंसने से रोकते हैं, और (ii) गुहाओं की विभाजित वास्तुकला 3 इस प्रकार, हमने इन माइक्रोटेक्सचर को "गैस-ट्रैपिंग माइक्रोटेक्सचर" (जीईएम) करार दिया है। अगले चरण के रूप में, हमने गीले तरल पदार्थ26में विसर्जन के तहत व्यवस्थित रूप से उनके प्रदर्शन की तुलना करने के लिए अलग-अलग आकार (परिपत्र, वर्ग, षट्कोणीय) और प्रोफाइल (सरल, पुनः प्रवेशी और दोगुना पुनः प्रवेशी) के साथ जीईएम को माइक्रोफैब्रिकेटेड किया। हमने एक हाइब्रिड माइक्रोटेक्सचर भी बनाया जिसमें दोगुना पुनः प्रवेशी प्रोफाइल के साथ दीवारों से घिरे दोगुना पुनः प्रवेशी खंभे शामिल हैं, जिसने तरल पदार्थों को खंभे के तने को छूने से रोका और विसर्जन35पर हवा को मजबूती से फंसाया। नीचे, हम डिजाइन मापदंडों के साथ फोटोलिथोग्राफी और नक़्क़ाशी तकनीकों के माध्यम से एसआईओ2/एसआईसतहों पर जीईएम के निर्माण के लिए विस्तृत प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं । हम संपर्क कोण गोनियोमेट्री (आगे बढ़ने/घटता/के रूप में रखा कोण) और हेक्साडेकेन और पानी में विसर्जन द्वारा उनके गीला विशेषता के प्रतिनिधि परिणाम भी मौजूद हैं ।

<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

हम उन पर गैस-एनट्रैपिंग माइक्रोटेक्सचर (जीईएम) बनाकर तरल पदार्थों (ओमनीफोबिक) को आंतरिक रूप से गीला सामग्री प्रदान करने के लिए माइक्रोफैब्रिकेशन प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं जिसमें गुहाऔर स्तंभ शामिल हैं, जिनमें पुनः प्रवेशी और दोगुना पुनः प्रवेशसुविधासुविधाओं के साथ गुहाऔर स्तंभ शामिल हैं। विशेष रूप से, हम मॉडल प्रणाली के रूप मेंएसआईओ 2/एसआईका उपयोग करते हैं और दो आयामी (2डी) डिजाइनिंग, फोटोलिथोग्राफी, आइसोट्रॉपिक/एनीसोट्रोपिक नक़्क़ाशी तकनीक, थर्मल ऑक्साइड विकास, पिरान्हा सफाई, और उन माइक्रोटेक्सचर को प्राप्त करने की दिशा में भंडारण के लिए प्रोटोकॉल साझा करते हैं । हालांकि पारंपरिक ज्ञान इंगित करता है कि आंतरिक रूप से गीला सतहों(ओएंड लेफ्टिनेंट; 90 डिग्री) को खुरदरा करने से उन्हें और भी गीला हो जाता है(आर एंड एलटी; ओ एंड एलटी; 90 डिग्री), जीईएम सब्सट्रेट की आंतरिक गीलाता के बावजूद तरल प्रतिकार प्रदर्शित करता है। उदाहरण के लिए, पानी/वायु प्रणाली के लिए सिलिका कीआंतरिक गीलाताके बावजूद, और हेक्साडेकेन/वायु प्रणाली के लिए 20 डिग्री, जीईएम जिसमें गुहाओं को उन तरल पदार्थों में विसर्जन पर हवा को मजबूती से फंसाते हैं,और बूंदों के लिए स्पष्ट संपर्क कोणआर एंड जीटी 90 डिग्री होते हैं। जीईएम में पुनः प्रवेशी और दोगुना पुनः प्रवेशकरने वाली विशेषताएं घुसपैठ तरल मेनिस्कस को स्थिर करती हैं जिससे मेटाटेबल एयर-भरे राज्यों (कैसी राज्यों) में तरल-ठोस वाष्प प्रणाली को फंसाना और थर्मोडायनामिक-स्थिर पूरी तरह से भरे राज्य (वेनज़ेल राज्य) में गीला संक्रमण में देरी, उदाहरण के लिए, घंटों से महीनों तक। इसी तरह, एसआईओ2/एसआई सतहों के साथ पुनः प्रवेश और दोगुना पुनः प्रवेशी माइक्रोपिलर अत्यंत उच्च संपर्क कोण(150 ° -160 °) और जांच तरल पदार्थ के लिए कम संपर्क कोण उन्माद प्रदर्शित करता है, इस प्रकार सुपरओमनीफोबिक के रूप में विशेषता है। हालांकि, एक ही तरल पदार्थ में विसर्जन पर, उन सतहों नाटकीय रूप से अपने superomniphobicity खो देते है और पूरी तरह से & 1 एस के भीतर भरा हो । इस चुनौती से निपटने के लिए, हम हाइब्रिड डिजाइनों के लिए प्रोटोकॉल पेश करते हैं जिसमें दोगुना पुनः प्रवेशित प्रोफाइल के साथ दीवारों से घिरे दोगुना पुनः प्रवेशी स्तंभों की सरणी शामिल है। दरअसल, हाइब्रिड माइक्रोटेक्सचर जांच तरल पदार्थ में विसर्जन पर हवा फंसाते हैं। संक्षेप में, यहां वर्णित प्रोटोकॉल को रासायनिक कोटिंग्स के बिना ओम्फोबिसिटी प्राप्त करने के संदर्भ में जीईएम की जांच को सक्षम करना चाहिए, जैसे परफ्लोरोकार्बन, जो ओम्फोबिक सामग्री के रूप में अनुप्रयोगों के लिए सस्ती आम सामग्रियों के दायरे को अनलॉक कर सकता है। सिलिका माइक्रोटेक्सचर नरम सामग्रियों के लिए टेम्पलेट्स के रूप में भी काम कर सकता है।

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

यह काम फोटोलिथोग्राफी और सूखी नक़्क़ाशी का उपयोग करके एसआईओ2/एसआईवेफर्स पर पुनः प्रवेशक और दोगुना पुनः प्रवेशित प्रोफाइल के साथ गुहाओं और स्तंभों को प्राप्त करने के लिए माइक्रोफैब्रिकेशन प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है। जिसके परिणामस्वरूप माइक्रोटेक्सचर सतहों उल्लेखनीय तरल प्रतिपेलेंस, गीला तरल पदार्थ के तहत हवा के मजबूत दीर्घकालिक फंसाने की विशेषता का प्रदर्शन, सिलिका की आंतरिक गीलाता के बावजूद ।

प्रतिपादन एसआईओ2/एसआईसतहों को नक्काशी गैस-एनट्रैपिंग माइक्रोटेक्सचर द्वारा ओमनीफोबिक जिसमें पुनः प्रवेशी और दोगुना पुनः प्रवेशी गुहायाँ या खंभे शामिल हैं

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

हमारे गैस-फंसाने माइक्रोटेक्स्चर्ड सतहों, या रत्नों, वे तो पायस और तरल पदार्थ पर हवा जाल कर सकते हैं, उनकी सतह रसायन विज्ञान की परवाह किए बिना । यही कारण है कि हमें लगता है कि इस दृष्टिकोण में अनुप्रयोगों के लिए एक जबरदस्त क्षमता है कि अन्यथा perfluorinated कोटिंग्स की आवश्यकता होती है। 3 डी प्रिंटिंग और अन्य पारंपरिक विनिर्माण तकनीकों के विपरीत, फोटोलिथोग्राफी और ड्राई नक़्क़ाशी हमें जटिल, सूक्ष्म पैमाने, ओवरहैंगिंग री-प्रवेशी और दोगुना पुनः प्रवेशी स्थलाकृति बनाने की अनुमति देता है।पहली बार उपयोगकर्ताओं को अभ्यास वेफर्स का उपयोग करना चाहिए और समय-समय पर प्रयोग का प्रयास करने से पहले प्रत्येक प्रकार के डिजाइन के लिए नक़्क़ाशी दरों की जांच करनी चाहिए, क्योंकि नमूना आकार के साथ दर बदल सकती है। पुनः प्रवेशी और दोगुना पुनः प्रवेशी खंभे और गुहाओं का निर्माण एक बहु-स्टॉप प्रक्रिया है जिसमें जटिल डिजाइन पैटर्न शामिल हैं। माइक्रोफैब्रिकेशन सामान का दृश्य प्रदर्शन प्रोटोकॉल को समझने में मदद करेगा।एक उपयुक्त लेआउट सॉफ्टवेयर प्रोग्राम में एक नई फाइल बनाकर माइक्रोफैब्रिकेशन प्रक्रिया शुरू करें। एक यूनिट सेल बनाएं जिसमें 200 माइक्रोमीटर डायग्राम सर्कल शामिल हो। एक सेंटीमीटर चुकता क्षेत्र के साथ, एक वर्ग पैच में हलकों की एक सरणी बनाने के लिए 212 माइक्रोमीटर की केंद्र दूरी के लिए एक केंद्र के साथ इस सर्कल को कॉपी करें।इसके बाद, 100 मिलीमीटर व्यास सर्कल बनाएं और सर्कल के अंदर एक सेंटीमीटर चुकता वर्ग सरणी रखें। वर्ग सरणी के 4 x 4 ग्रिड बनाने के लिए इस व्यवस्था को दोहराएं। सर्कल के अंदर के फीचर्स को चार इंच वेफर्स पर ट्रांसफर किया जाएगा ।फिर बड़े पैमाने पर ग्रेडिंग सिस्टम के लिए वांछित प्रारूप में डिजाइन फ़ाइल का निर्यात करें। माइक्रोफैब्रिकेशन के लिए वेफर्स को साफ करने के लिए, पिरान्हा समाधान में 2.4 माइक्रोमीटर मोटी थर्मल ऑक्साइड परत के साथ चार इंच व्यास का सिलिकॉन वेफर दस मिनट के लिए रखें, इससे पहले कि डिएकाइज्ड पानी के साथ कुल्ला करें। फिर एक नाइट्रोजन वातावरण के तहत वेफर सूखी स्पिन।सूखने के बाद, वाष्प-चरण जमाव का उपयोग हेक्सामेथिलडिसिलाज़न के साथ वेफर को कोट करने के लिए करें और एक स्पिन कोडर में चार इंच वैक्यूम चेक पर वेफर माउंट करें। फोटोरेसिस्ट के साथ वेफर को कवर करें और 1.6 माइक्रोमीटर मोटी परत के रूप में वेफर की सतह पर फोटोरेसिस्ट को समान रूप से फैलाने के लिए स्पिन कोडर का उपयोग करें। फोटोरेसिस्ट को दो मिनट के लिए 110 डिग्री सेल्सियस गर्म प्लेट पर लेपित करें।बेक्ड वेफर को डायरेक्ट रेटिंग सिस्टम में ट्रांसफर करें। 55 मिलीसेकंड के लिए पराबैंगनी विकिरण के लिए वेफर का पर्दाफाश करें और सुविधाओं को विकसित करने की अनुमति देने के लिए यूवी को फोटोरेसिस्ट डेवलपर युक्त ग्लास पेट्री डिश में स्थानांतरित करें। 60 सेकंड के बाद, किसी भी अतिरिक्त डेवलपर को हटाने के लिए डिओनाइज्ड पानी के साथ वेफर को धीरे से कुल्ला करें, और नाइट्रोजन वातावरण में वेफर को सूखा दें।फोटोलिथोग्राफी के बाद, वेफर को एक प्रेरक रूप से युग्मित प्लाज्मा प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी प्रणाली में स्थानांतरित करें, जो ऑक्टाफ्लोरोसाइक्लोबुटेन और ऑक्सीजन गैसों के मिश्रण को नियोजित करता है। उजागर सिलिका परत को नक़्क़ाशी करने के लिए लगभग 13 मिनट तक प्रक्रिया चलाएं। यह सुनिश्चित करने के लिए कि वांछित पैटर्न के अंदर सिलिका परत की मोटाई शून्य हो जाती है, शेष सिलिका की मोटाई को मापने के लिए एक रिफ्लेकोमीटर का उपयोग करें और सिलिका परतों की मोटाई के आधार पर बाद की नक़्क़ाशी अवधि की अवधि को समायोजित करें।सिलिका परत को नक़्क़ाशी देने के बाद, वेफर को एक गहरे प्रेरक रूप से युग्मित प्लाज्मा प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी प्रणाली में स्थानांतरित करें और इस प्रक्रिया को पांच चक्रों के लिए चलाएं, जिसके परिणामस्वरूप सिलिकॉन के लिए लगभग दो माइक्रोमीटर के बराबर गहराई होती है। पिरान्हा समाधान के साथ वेफर को साफ करें, फिर पहले प्रदर्शन के अनुसार सूखा कुल्ला और स्पिन करें। 25 सेकंड के लिए सल्फर हेक्साफ्लोराइड के साथ सिलिका परत के नीचे एक अंडरकट बनाने के लिए आइसोट्रोपिक नक़्क़ाशी करें, इसके बाद पिरान्हा समाधान कुल्ला और स्पिन ड्राई के साथ सफाई के रूप में प्रदर्शन किया गया।अंडरकट बनाने के बाद, वेफर पर थर्मल ऑक्साइड की 500-नैनोमीटर परत विकसित करने के लिए उच्च तापमान वाले फर्नेस सिस्टम का उपयोग करें। इसके बाद, गुहा के नीचे से थर्मल ऑक्साइड परत को हटाने के लिए तीन मिनट के लिए सिलिका को लंबवत नीचे की ओर पिच करें, जबकि साइड दीवारों के साथ एक सिलिका परत छोड़ दें जो अंततः दोगुना पुनः अग्रीम बढ़त बनाएगी। अतिरिक्त थर्मल-विकसित ऑक्साइड को नक़्क़ाशी देने के बाद, दो माइक्रोमीटर द्वारा गुहाओं को गहरा करने के लिए बॉश प्रक्रिया के पांच चक्रों को दोहराएं, फिर पिरान्हा समाधान के साथ वेफर को साफ करें, कुल्ला और स्पिन सूखी जैसा कि प्रदर्शन किया गया।गुहा के मुंह पर थर्मल रूप से उगाए गए ऑक्साइड के पीछे एक खाली स्थान बनाने के लिए, दोगुना पुनःentrant बढ़त प्राप्त करने के लिए 150 सेकंड के लिए सिलिकॉन को आइसोट्रॉपिकल रूप से नक़्क़ाशी। पिछले आइसोट्रोपिक सिलिकॉन एचेका में बिताए गए समय की मात्रा को गुहाओं के विलय के बिना थर्मल रूप से उगाए गए ऑक्साइड के पीछे जितना संभव हो उतना स्थान बनाने के लिए ट्यून किया जाना चाहिए। दोगुना पुनर्प्रजेंट गुहा बनाने के बाद, लगभग 50 माइक्रोमीटर तक गुहाओं की गहराई बढ़ाने के लिए 160 चक्रों के लिए बॉश प्रक्रिया करें।ताजा पिरान्हा समाधान में वेफर को साफ करें, कुल्ला करें और प्रदर्शन के अनुसार सूखी स्पिन करें। वेफर को 48 घंटे के लिए 50 डिग्री सेल्सियस पर वैक्यूम ओवन में स्थानांतरित करें। वेफर तो एक साफ नाइट्रोजन प्रवाह कैबिनेट में संग्रहीत किया जा सकता है ।यहां, प्रतिनिधि पुनर्प्रजेंट और दोगुना पुनः प्राप्त गुहाओं और स्तंभों को प्रदर्शित माइक्रोफैब्रिकेटेड दिखाया गया है। दोगुना पुनः प्राप्त खंभे की सरणी के साथ सिलिकॉन डाइऑक्साइड सिलिकॉन सतहों एक ंयूनतम संपर्क कोण हिस्टीरेसिस के साथ पानी और हेक्साडेकेन दोनों के लिए १५० डिग्री से अधिक स्पष्ट संपर्क कोण प्रदर्शित करते हैं । मजे की बात है, जब खंभे की सरणी के साथ एक ही सिलिकॉन डाइऑक्साइड सिलिकॉन सतहों एक ही तरल पदार्थ में डूब रहे हैं, वे तुरंत घुसपैठ कर रहे हैं ।इसके विपरीत, दोगुना पुनःवर्ती गुहा दोनों तरल पदार्थों में विसर्जन पर हवा में फंसाते हैं। इसके अलावा, कॉन्फोकल माइक्रोस्कोपी से पता चलता है कि ओवरहैंगिंग विशेषताएं घुसपैठ तरल पदार्थ को स्थिर करती हैं और उनके अंदर हवा को फंसाती हैं। दोगुना पुनःentrant प्रोफ़ाइल की दीवारों से घिरे खंभे की सरणी का माइक्रोफैब्रिकेशन गीला तरल पदार्थ से उपजी बचाता है, जिसके परिणामस्वरूप हाइब्रिड माइक्रोटेक्सचर होते हैं जो माइक्रो बनावट को फंसाने वाली गैस के रूप में व्यवहार करते हैं।इसी तरह के दृष्टिकोण का उपयोग करके, झिल्ली को डिजाइन किया जा सकता है जो वाणिज्यिक झिल्ली के कार्यों को करने में सक्षम होगा, लेकिन हानिकारक परफ्लोरोकार्बन का उपयोग किए बिना, हरित औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए मार्ग प्रशस्त करता है। हम तरल पदार्थ के नीचे हवा को फंसाने की क्षमता के मामले में मशरूम के आकार के गुहाओं और स्तंभों के प्रदर्शन की जांच कर सकते हैं, और सफलता के दबाव और इतने पर भी । इस प्रोटोकॉल में एक साफ कमरे की सुविधा के साथ-साथ गर्म प्लेटें, ज्वलनशील और संक्षारक रसायनों का उपयोग करना शामिल है।इसलिए सुरक्षा प्रशिक्षण और व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण की आवश्यकता है।

Research

JoVE Journal

Engineering

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सूक्ष्म स्तंभों के साथ एक 3 डी घटक के इंजेक्शन मोल्डिंग के लिए एक नरम टूलींग प्रक्रिया श्रृंखला

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