CN103466539A - 一种超疏液表面的制备方法及超疏液表面 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种超疏液表面的制备方法，包括：使用干法刻蚀在硅基板上刻蚀获得T型微纳米结构；将所述T型微纳米结构通过弹性材料转印至加热可固化材料；对加热可固化材料上的T型微纳米结构进行疏水处理，使加热可固化材料上的T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜。本申请还公开了一种超疏液表面。本申请由于使用弹性材料将刻蚀在硅基板上的T型微纳米结构，转印至加热可固化材料，借助弹性体材料软复制的方法，使刻蚀在硅基板上的T型微纳米结构可多次转印到加热可固化材料，利用标准的半导体加工工艺，加工适用于多种可固化材料的结构可控、性能优良的超疏液表面，本申请可实现批量生产，具有高产量、高精度、低成本的显著优势。
Description
技术领域
本申请涉及半导体加工工艺技术领域，尤其涉及一种超疏液表面的制备方法及超疏液表面。
背景技术
近三十年来，通过模拟荷叶、水蜘蛛等自然界的微纳米结构，人们利用微机电系统（Micro-Electro-Mechanic System，MEMS）技术、纳米技术等成功研制了许多接触角超过150度且易于滑动的超疏水材料。但是表面张力低的液体，例如油类、有机溶剂等，表面张力通常只有水的1/3，在这种超疏水表面一般会迅速铺展开从而无法获得90度以上的疏油效果。而具有150度以上接触角，且CAH很小的超疏油表面通常具备可靠的超疏水特性，因此也被称超疏液表面。目前报道的超疏液表面，绝大部分是利用纳米技术研制而成的不规则、无法精确控制微纳米特征的结构组成，该结构存在性能重复性差、均匀性差、疏油效果有限、难以实现大面积应用等缺陷。现有技术中，可在硅基板使用干法刻蚀整齐排列的倒悬结构，可以实现疏水疏油的效果。但是，干法刻蚀受限于极少数材料，如硅、二氧化硅等，且加工成本高，使其很难形成产业化生产。
发明内容
本申请提供一种超疏液表面的制备方法及超疏液表面。
根据本申请的第一方面，本申请提供一种超疏液表面的制备方法，包括：
使用干法刻蚀在硅基板上刻蚀获得T型微纳米结构；
将所述T型微纳米结构通过弹性材料转印至加热可固化材料；
对加热可固化材料上的T型微纳米结构进行疏水处理，使加热可固化材料上的T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜。
上述方法中，所述对加热可固化材料上的T型微纳米结构进行疏水处理，使加热可固化材料上的T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜，具体包括：
使用化学气相沉积工艺处理加热可固化材料上的T型微纳米结构的表面，T型微纳米结构的各个方向使用等离子状态下的碳化合物气源均匀沉积，在T型微纳米结构的表面生成具有疏水性的碳氟化合物薄膜；
或者，使用单分子自组装工艺在T型微纳米结构的表面进行化学反应，在T型微纳米结构的表面生成具有疏水性的碳氟化合物薄膜。
上述方法中，所述将所述T型微纳米结构通过弹性材料转印至加热可固化材料，具体包括：
将所述T型微纳米结构转印至弹性材料；
再将弹性材料上的T型微纳米结构转印至加热可固化材料。
上述方法中，所述将所述T型微纳米结构通过弹性材料转印至加热可固化材料之前，还包括：
将硅基板上的T型微纳米结构进行疏水处理，使硅基板上的T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜。
上述方法中，所述使用干法刻蚀在硅基板上刻蚀获得T型微纳米结构，具体包括：
将硅基板通过气相刻蚀工艺或通过深层反应离子刻蚀工艺进行刻蚀，直至获得T型微纳米结构。
上述方法中，所述通过深层反应离子刻蚀工艺进行刻蚀，具体包括：
利用分时复用的工艺以C4F8和SF6气体交替进行等离子沉积和刻蚀，再通过高密度等离子体垂直轰击硅基板，从而各向异性地刻蚀硅基板。
上述方法中，所述通过干法刻蚀在硅基板上刻蚀获得T型微纳米结构之前，还包括：
使用有机溶剂或氢氟酸清洗硅基板；
将清洗后的硅基板在烘箱或者热台上烘烤，利用紫外光刻技术将设计图形转移到硅基板。
上述方法中，所述硅基板为表面具有热生长的二氧化硅薄膜的硅基板。
上述方法中，所述弹性材料包括聚二甲基硅氧烷、三元乙丙橡胶、丁晴橡胶、顺丁胶和氯丁胶中的任一种。
根据本申请的第二方面，本申请提供一种超疏液表面，使用上述超疏液表面的制备方法在加热可固化材料上刻蚀而成，所述超疏液表面包括基底及设置在所述基底上的多个T型微纳米结构，所述T型微纳米结构包括柱体和设置在柱体顶部的盖体，所述柱体在竖直方向上的投影落入所述盖体在竖直方向上的投影范围内。
由于采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：
在本申请的具体实施方式中，由于使用弹性材料将刻蚀在硅基板上的T型微纳米结构，转印至加热可固化材料，借助弹性体材料软复制的方法，使刻蚀在硅基板上的T型微纳米结构可多次转印印加热可固化材料，利用标准的半导体加工工艺，加工适用于多种可固化材料的结构可控、性能优良的超疏液表面，本申请可实现批量生产，具有高产量、高精度、低成本的显著优势。
附图说明
图1为本申请的超疏液表面的制备方法在一种实施方式中的流程图；
图2为本申请的超疏液表面在一种实施方式中的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
本申请的超疏液表面是基于使用干法刻蚀硅基板，以弹性体材料为辅助，将硅模板结构转印到加热可固化材料，在硅基板上完成刻蚀后，通过弹性材料可多次转印至加热可固化材料，解决了硅基板坚硬，难以刻蚀，使其难以在开展工业化生产的难题，且实现材料多种化，稀释了成本。
本申请使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）、三元乙丙橡胶、丁晴橡胶、顺丁胶、氯丁胶等作为中间层弹性材料，聚二甲基硅氧烷（PDMS）、三元乙丙橡胶、丁晴橡胶、顺丁胶、氯丁胶等均为热固性弹性体，可将微纳米结构精确地转印到任意加热可固化材料，再经简单的疏水处理，可实现疏水疏油的优良性能，可重复性高，同时赋予了材料自身的特点，如透光性、柔韧性等。
实施例一：
如图1所示，本申请的超疏液表面的制备方法，其一种实施方式，包括以下步骤：
步骤102：使用干法刻蚀在硅基板上刻蚀获得T型微纳米结构。硅基板为表面具有热生长的二氧化硅薄膜的硅基板。
步骤104：将所述T型微纳米结构通过弹性材料转印至加热可固化材料。弹性材料可使用热固性弹性体，如聚二甲基硅氧烷（PDMS）、三元乙丙橡胶、丁晴橡胶、顺丁胶、氯丁胶等。
步骤106：对加热可固化材料上的T型微纳米结构进行疏水处理，使加热可固化材料上的T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜。
加热可固化材料指常温时为液态或常温时为固态经溶解后为液态，加热后能固化成型的材料，包括高分子聚合物如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），聚二甲基硅氧烷（PDMS），玻璃树脂，无机粉末如SiO2等。
本申请的超疏液表面的制备方法，其另一种实施方式，包括以下步骤：
步骤202：使用有机溶剂或氢氟酸清洗硅基板。清洗硅基板以确保干净无颗粒污染。
步骤204：将清洗后的硅基板在烘箱或者热台上烘烤，利用紫外光刻技术将设计图形转移到硅基板。
步骤206：使用干法刻蚀在硅基板上刻蚀获得T型微纳米结构。
将硅基板通过气相刻蚀工艺或通过深层反应离子刻蚀工艺进行刻蚀，直至获得T型微纳米结构。其中，通过深层反应离子刻蚀工艺进行刻蚀，具体包括：利用分时复用的工艺以C4F8和SF6气体交替进行等离子沉积和刻蚀，再通过高密度等离子体垂直轰击硅基板，从而各向异性地刻蚀硅基板。
步骤208：将硅基板上的T型微纳米结构进行疏水处理，使硅基板上的T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜。
对硅基板上的T型微纳米结构进行疏水处理，可以使用化学气相沉积工艺处理硅基板上的T型微纳米结构的表面，T型微纳米结构的各个方向使用等离子状态下的碳化合物气源均匀沉积，在T型微纳米结构的表面生成具有疏水性的碳氟化合物薄膜。对硅基板上的T型微纳米结构进行疏水处理，也可以使用单分子自组装工艺在T型微纳米结构的表面进行化学反应，在T型微纳米结构的表面生成具有疏水性的碳氟化合物薄膜。
步骤210：将所述T型微纳米结构转印至弹性材料。
步骤212：将弹性材料上的T型微纳米结构转印至加热可固化材料。
步骤214：对加热可固化材料上的T型微纳米结构进行疏水处理，使加热可固化材料上的T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜，从而获得超疏水、超疏油的性能。
对加热可固化材料上的T型微纳米结构进行疏水处理，可以使用化学气相沉积工艺处理加热可固化材料上的T型微纳米结构的表面，T型微纳米结构的各个方向使用等离子状态下的碳化合物气源均匀沉积，在T型微纳米结构的表面生成具有疏水性的碳氟化合物薄膜。对加热可固化材料上的T型微纳米结构进行疏水处理，也可以使用单分子自组装工艺在T型微纳米结构的表面进行化学反应，在T型微纳米结构的表面生成具有疏水性的碳氟化合物薄膜。
实施例二：
如图2所示，本申请的超疏液表面，使用本申请的超疏液表面的制备方法在加热可固化材料上刻蚀而成。超疏液表面包括基底11和T型微纳米结构，T型微纳米结构有多个，且设置在基底11上。T型微纳米结构包括柱体12和盖体13，盖体13设置在柱体的顶部。柱体12可以是圆柱体、长方体、正方体、圆台或是棱台，盖体13可以是圆形。柱体12在竖直方向上的投影落入盖体13在竖直方向上的投影范围内。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (10)
1.一种超疏液表面的制备方法，其特征在于，包括：
使用干法刻蚀在硅基板上刻蚀获得T型微纳米结构；
将所述T型微纳米结构通过弹性材料转印至加热可固化材料；
对加热可固化材料上的T型微纳米结构进行疏水处理，使加热可固化材料上的T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜。
2.如权利要求1所述的超疏液表面的制备方法，其特征在于，所述对加热可固化材料上的T型微纳米结构进行疏水处理，使加热可固化材料上的T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜，具体包括：
使用化学气相沉积工艺处理加热可固化材料上的T型微纳米结构的表面，T型微纳米结构的各个方向使用等离子状态下的碳化合物气源均匀沉积，在T型微纳米结构的表面生成具有疏水性的碳氟化合物薄膜；
或者，使用单分子自组装工艺在T型微纳米结构的表面进行化学反应，在T型微纳米结构的表面生成具有疏水性的碳氟化合物薄膜。
3.如权利要求1所述的超疏液表面的制备方法，其特征在于，所述将所述T型微纳米结构通过弹性材料转印至加热可固化材料，具体包括：
将所述T型微纳米结构转印至弹性材料；
再将弹性材料上的T型微纳米结构转印至加热可固化材料。
4.如权利要求1所述的超疏液表面的制备方法，其特征在于，所述将所述T型微纳米结构通过弹性材料转印至加热可固化材料之前，还包括：
将硅基板上的T型微纳米结构进行疏水处理，使硅基板上的T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜。
5.如权利要求1所述的超疏液表面的制备方法，其特征在于，所述使用干法刻蚀在硅基板上刻蚀获得T型微纳米结构，具体包括：
将硅基板通过气相刻蚀工艺或通过深层反应离子刻蚀工艺进行刻蚀，直至获得T型微纳米结构。
6.如权利要求6所述的超疏液表面的制备方法，其特征在于，所述通过深层反应离子刻蚀工艺进行刻蚀，具体包括：
利用分时复用的工艺以C4F8和SF6气体交替进行等离子沉积和刻蚀，再通过高密度等离子体垂直轰击硅基板，从而各向异性地刻蚀硅基板。
7.如权利要求1所述的超疏液表面的制备方法，其特征在于，所述通过干法刻蚀在硅基板上刻蚀获得T型微纳米结构之前，还包括：
使用有机溶剂或氢氟酸清洗硅基板；
将清洗后的硅基板在烘箱或者热台上烘烤，利用紫外光刻技术将设计图形转移到硅基板。
8.如权利要求1所述的超疏液表面的制备方法，其特征在于，所述硅基板为表面具有热生长的二氧化硅薄膜的硅基板。
9.如权利要求1所述的超疏液表面的制备方法，其特征在于，所述弹性材料包括聚二甲基硅氧烷、三元乙丙橡胶、丁晴橡胶、顺丁胶和氯丁胶中的任一种。
10.一种超疏液表面，其特征在于，使用权利要求1至8中任一项所述的超疏液表面的制备方法在加热可固化材料上刻蚀而成，所述超疏液表面包括基底及设置在所述基底上的多个T型微纳米结构，所述T型微纳米结构包括柱体和设置在柱体顶部的盖体，所述柱体在竖直方向上的投影落入所述盖体在竖直方向上的投影范围内。
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