CN113683051A - 基于介电泳组装原理的大面积电子电路制造技术 - Google Patents
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Abstract
基于介电泳理论和交流电动流体力学理论，利用交流电场下介电泳对金属纳米粒子悬浮液的作用，对导电岛微电极阵列进行组装。由于导电岛的存在，空间电场的分布发生改变，局域电场强度增大并且电场梯度提高。在纳米粒子的介电组装的过程中，因为存在交流电渗流及交流电热流等电动力学现象，所以能够通过驱动液体运动实现粒子运动而对粒子链的形成产生作用，从而实现了对导电岛微电机阵列进行组装。本发明解决了传统纳米制造技术的低效率、高成本等问题，能够简易的实现对导电岛微电极阵列的组装。
Description
技术领域
本发明涉及微纳制造技术领域，具体是在交流电条件下，利用介电泳力对金属纳米粒子悬浮液的作用，实现了导电岛微电极系统的组装。
背景技术
二十世纪以来，微纳米制造技术快速发展，随着光电子信息技术不断进步，由于有序纳米微结构对于微纳结构器件有一定的代表性，所以在微纳米领域中得到了广泛的应用与推广。目前，针对纳米微结构制备主要有两种常用的方法：其一是传统微加工方法，其特点是自上而下的加工，例如各种微纳压印技术以及光刻技术等。这些方法确实在微纳米领域占有重要地位，然而这些方法在加工原理方面具有一定的局限性，并且需要极高要求的实验环境以及高昂的实验设备成本。其二是自组装方法，由于自组装方法具有自下而上的加工特点，并且方法简单、成本低廉，因而自组装技术在微纳米领域受到了极高的重视。其中以精确地操控和组装纳米材料到指定位置是纳米电子器件制造领域广泛关注的问题。这是由于纳米材料所处的位置对于器件的整体性能起着重要的作用。效果显著的纳米颗粒操控方法能够精确地对颗粒进行操控，且能对颗粒进行放置排列。
发明内容
不同于传统技术加工有序纳米微结构的复杂工艺和昂贵成本，本发明采用对金属纳米粒子悬浮液施加交流电的方法，使得在金属纳米粒子悬浮液中的具有共聚物结构导向作用下的电极系统进行介电泳力组装，从而实现有序纳米微结构。
本发明的工艺主要包括以下具体步骤：
第一步，制造平面平行导电岛微电极阵列，使用表面为绝缘性质的刚性材料作为基底，对材料表面进行亲水性处理；使用金属材料作为微电极阵列材料，先使用光刻、刻蚀等工艺形成导电岛微电极阵列系统结构，再利用溅射工艺在其表面制备金属薄膜，将微型灯泡植入每对电极中间的导电岛结构表面后，形成导电岛微电极阵列；
第二步，金属纳米粒子悬浮液的介电泳组装，利用疏水笔规范金属纳米粒子悬浮液滴加在每个导电岛区域的范围，将金属纳米粒子悬浮液滴加在每个导电岛区域规范的范围内，对导电岛微电极阵列系统中的每对电极施加10V且驱动频率为600Hz的交流电信号，实现金属纳米粒子在微电极阵列系统中的组装；
第三步，导电岛电极微阵列系统胶体去除，将组装后的导电岛微电极阵列系统浸没在具有选择性的去胶溶液中，去除胶结构。
上述通过对金属纳米粒子悬浮液施加交流电，进行介电泳力的组装，使得金属粒子在导电岛微电极阵列系统中进行排列组装的方法，可以极大地降低成本，实现了对金属粒子稳定高效、简单方便的快速排列组装。本技术方案可以在细胞分离、微纳传感器等方面广泛应用。
1)：基材的选择与处理：使用表面绝缘的刚性材料为基底，并对其表面进行亲水性处理；
2)：导电岛微电极阵列的制作：选择金属材料作为产生导电岛微电极阵列材料，使用光刻、刻蚀技术形成导电岛微电极阵列系统结构，再利用溅射工艺在结构表面制备金属薄膜，将微型灯泡植入每对电极中间的导电岛结构表面后，形成导电岛微电极阵列系统；
3)金属纳米粒子悬浮液的介电泳组装：利用疏水笔规范金属纳米粒子悬浮液滴加在每个导电岛区域的范围，将金属纳米粒子悬浮液滴在疏水笔所画的范围内，对电极施加10V且驱动频率为600Hz的交流电信号，从而实现金属纳米粒子悬浮液的介电泳组装。
4)胶结构的去除：把组装好的导电岛微电极阵列系统浸没在具有选择性的去胶溶液中，去除胶结构。
上述通过对金属纳米粒子悬浮液施加交流电，进行介电泳力的组装，使得金属粒子在导电岛微电极阵列系统中进行排列组装的方法，可以极大地降低成本，实现了对金属粒子稳定高效、简单方便的快速排列组装。本技术方案可以在细胞分离、微纳传感器等方面广泛应用。
附图说明
图1为本发明基底的俯视图。
图2-1为在将光刻胶旋涂至基底后的俯视图；图2-2为在将光刻胶旋涂至基底后的主视图。
图3-1为光刻、溅射金属层和植入微型灯泡后的导电岛微电极阵列俯视图；图3-2为光刻、溅射金属层和植入微型灯泡后的导电岛微电极阵列主视图。
图4-1为金属纳米粒子悬浮液的介电泳组装后的俯视图；图4-2为金属纳米粒子介电泳组装后的主视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
基于金属纳米粒子悬浮液的介电泳组装的导电岛微电极阵列系统结构制造方法，包括以下步骤：
第一步，制造平面平行导电岛微电极阵列：
1)：基材的选择与处理：如图1所示，使用表面绝缘的刚性材料为基底1，并对其表面进行亲水性处理；
2)：导电岛微电极阵列系统的制作：选择金属材料作为产生导电岛微电极阵列材料，使用光刻胶2进行光刻、刻蚀，形成导电岛微电极阵列系统结构，再利用溅射工艺在结构表面制备金属薄膜，将微型灯泡4植入每对电极中间的导电岛结构表面后，形成导电岛微电极阵列系统3(图2-1和图2-2，图3-1和3-2)；
第二步，金属纳米粒子悬浮液的介电泳组装：利用疏水笔规范金属纳米粒子悬浮液滴加在每个导电岛区域的范围，将金属纳米粒子悬浮液滴加在每个导电岛区域规范的范围内，对导电岛微电极阵列系统中的每对电极施加10V且驱动频率为600Hz的交流电信号，实现金属纳米粒子线5在微电极阵列系统中的组装(图4-1，图4-2)；
第三步，导电岛电极微阵列系统胶体去除，将组装后的导电岛微电极阵列系统浸没在具有选择性的去胶溶液中，去除胶结构。
本发明充分利用了在交流电场下，金属纳米粒子悬浮液在介电泳的作用下，实现了对导电岛微电极阵列的组装。不同于传统纳米微结构制造工艺中的繁琐工艺与高昂成本，本发明操作简单、成本较低，可以用于大规模的制备。本发明的工作原理基于介电泳理论和交流电动流体力学理论，由于导电岛的加入，引起空间电场分布发生改变，导致局域电场强度增大和电场梯度提高。在纳米粒子介电组装的过程中，交流电渗流、交流电热流等电动力学现象能够通过驱动液体运动实现粒子运动而对粒子链的形成产生作用。并且随着导电岛角度增加，组装的金属纳米粒子线曲率半径越来越大。
Claims (3)
1.基于金属纳米粒子悬浮液介电泳组装的导电岛微电极阵列系统结构制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，制造平面平行导电岛微电极阵列，使用表面为绝缘性质的刚性材料作为基底，对材料表面进行亲水性处理；使用金属材料作为微电极阵列材料，先使用光刻、刻蚀等工艺形成导电岛微电极阵列系统结构，再利用溅射工艺在其表面制备金属薄膜，将微型灯泡植入每对电极中间的导电岛结构表面后，形成导电岛微电极阵列；
第二步，金属纳米粒子悬浮液的介电泳组装，利用疏水笔规范金属纳米粒子悬浮液滴加在每个导电岛区域的范围，将金属纳米粒子悬浮液滴加在每个导电岛区域规范的范围内，对导电岛微电极阵列系统中的每对电极施加10V且驱动频率为600Hz的交流电信号，实现金属纳米粒子在微电极阵列系统中的组装；
第三步，导电岛电极微阵列系统胶体去除，将组装后的导电岛微电极阵列系统浸没在具有选择性的去胶溶液中，去除胶结构。
2.根据权利要求1所述的基于金属纳米粒子悬浮液介电泳组装的导电岛微电极阵列系统结构制造方法，其特征在于，所述带有微型灯泡的导电岛微电极阵列可以调整结构，形成相应的字体。
3.根据权利要求1所述的基于金属纳米粒子悬浮液介电泳组装的导电岛微电极阵列系统结构制造方法，其特征在于，所述金属纳米粒子悬浮介电泳组装。
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