一种T型悬臂梁微结构及其加工方法和应用与流程

本发明属于有机半导体技术领域，更具体地，涉及一种t型悬臂梁微结构及其加工方法和应用。

背景技术：

硅是广泛应用于微电子/纳米电子机械系统中的半导体材料，以硅为基底加工出超双疏表面(同时具备超疏水和超疏油特性)，能有效地控制其表面层的润湿性、粘着力、耐磨性和防油污黏附等性能，具有广泛的应用前景。研究表面，在硅基底表面加工出的微型t型悬臂梁结构满足超双疏条件，既可以实现超疏水，同时也能实现超疏油。但是如何加工出t型悬臂梁结构存在极大的困难，例如：

中国专利cn107974089a提出了一种通过各向异性结构制备各向同性超疏水超疏油规整多孔硅橡胶的方法，通过配制含有c＝c双键的硅油、催化剂等材料的打印，该方法通过用“墨水”后，按照各向异性多孔结构特征进行打印，制备得到多孔结构的硅橡胶，经干燥和固化后，得到各向同性超疏水超疏油硅橡胶材料。但是该方法操作复杂难以扩大生产、成本昂贵，且其超双疏表面机械耐久性、耐磨性差，其极易受到物理磨损而遭到破坏甚至失效。

中国专利cn201634414u提出了一种硅材料基板加工方法，该方法利用激光加工方法在硅基板表面，构造出规则的微米-亚微米级表面纹理，再通过自组装分子膜，实现超疏水结构。但是该方法加工的微结构只适用于超疏水，并不具有超疏油能力，无法防止油污黏附性能。

中国cn107346727a提出了一种基板清洗方法及成膜方法，该方法通过多次对基板进行清洗，在基板上形成疏水疏油的超双疏膜层。但是该方法加工的超双疏膜层，在基板表面形成的膜层容易脱落，极大的影响了使用寿命。因此，亟需提出一种微型t型悬臂梁结构的加工方法，实现超双疏的性能，使得元器件可以在一些特殊场合比如湿度很大、油污等的环境下使用。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明目的在于提供一种t型悬臂梁微结构的加工方法。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备的t型悬臂梁微结构。

本发明的再一目的在于提供上述t型悬臂梁微结构的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种t型悬臂梁微结构的加工方法，包括如下具体步骤:

s1.在清洗的硅基表面上采用800～850℃低压化学气相沉积法生长氮化硅(sin4)，然后旋涂光刻胶，将用所需图形的掩模板覆盖在光刻胶上，在紫外光下对氮化硅sin4层表面的光刻胶进行曝光显影得到图案；通过光刻在该氮化硅基底上，加工出各种图案，出现基底的显影区域，然后在chf3/o2条件下，用等离子体干法各向异性刻蚀该显影区域；

s2.利用电子束在步骤s1处理的氮化硅表面上进行蒸镀贵金属膜，得到镀贵金属的氮化硅基底；

s3.将镀贵金属的氮化硅基底浸入刻蚀液中搅拌，进行各向同性刻蚀，得到上宽下窄的微结构，清洗其表面，制得t型悬臂梁微结构。

优选地，步骤s1中所述清洗的过程为：先用体积比为1：1的91～96wt％的h2so4和25～30wt％的h2o2食人鱼溶液在100～110℃处理10～15min，然后用2～5wt％的hf溶液处理2～3min，最后用氮气吹干。

优选地，步骤s1中所述气相沉积的时间为30～35min。

优选地，步骤s1中所述氮化硅的厚度为200～250nm。

优选地，步骤s2中所述贵金属为金、银或铂；所述贵金属膜的厚度为12～16nm。

优选地，步骤s3中所述刻蚀液为hf、hno3和ch3cooh的混合液。

更为优选地，所述hf、hno3和ch3cooh的体积比为(2～4)：(20～25)：(10～12)；所述hf的浓度为48～50wt％，hno3的浓度为55～60wt％：ch3cooh的浓度为95～98wt％。

优选地，步骤s3中所述搅拌的速率为300～350rpm，所述刻蚀的时间为3～5min。

一种t型悬臂梁微结构，所述t型悬臂梁微结构是由所述的方法制得。

所述的t型悬臂梁微结构在水栖设备、防水防油、微流体技术或生物医疗领域中的应用。

本发明的t型悬臂梁微结构是先利用低压化学气相沉积法(lpcvd)在清洗后的硅片表面生长氮化硅层；然后在氮化硅层的表面旋涂光刻胶，用所需图形的掩模板覆盖在光刻胶上，通过紫外光对氮化硅层的表面的光刻胶进行显影曝光；将氮化硅层的显影区域在chf3/o2气体氛围下进行干法刻蚀，以去除未被光刻胶覆盖的部分氮化硅层；蒸镀贵金属膜作为催化剂，然后用刻蚀液进行各向同性刻蚀，得到上宽下窄的微结构，将硅片取出，去除未反应的光刻胶和贵金属膜，清洗吹干后得到t型悬臂梁微结构。

本发明实现超疏水超疏油功能的原理是：液体在接触上宽下窄型微纳结构的粗糙表面时，会润湿粗糙结构的顶部表面，并沿着垂直悬臂的侧壁向下流动，但是会在垂直悬臂的底部停滞，由于此时液体表面张力的方向转向了上方，这就造成了该t型悬臂梁结构的超疏水超疏油性质。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.通常制备疏液表面有两种方法：一是在低表面能的疏液材料的表面构建微纳米级粗糙结构；二是用低表面能物质在微纳米级粗糙结构上进行修饰处理。而本发明通过制造一种t型悬臂梁微结构，无需进一步降低表面能就能获得超疏水和超疏油的特性。

2.本发明用简单的化学刻蚀方法加工出上宽下窄的微型悬臂梁结构，这种结构具有良好的超疏水超疏油性质。

3.本发明超疏水超疏油材料在油/水/固三相系统中有着潜在的应用，可以在自清洁、船舶防腐蚀、防水防油、微流体技术等领域中应用。

附图说明

图1为本发明t型悬臂梁微结构的加工方法的工艺流程图。

图2为本发明t型悬臂梁微结构的加工方法流程结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1

图1为本发明t型悬臂梁微结构的加工方法的工艺流程图，图2为本发明t型悬臂梁微结构的加工方法流程结构示意图。其中，11为硅基底层；12为氮化硅层；13为光刻胶层；21为紫外光装置；23为掩模板；24为等离子体装置；25为电子束蒸镀设备；14为贵金属膜镀层；15为刻蚀液；26为盛放刻蚀液的四氟烧杯；16为硅刻蚀结构；27为搅拌器；17为局部放大的t型悬臂梁微结构。如图1和2所示，一种t型悬臂梁微结构的加工方法，包括以下步骤：

1.用食人鱼溶液(h2so4(96wt％)：h2o2(30wt％)体积比为1：1，)在110℃清洗硅基底层11，清洗时间为10min，然后用氮气吹干，如图2中(a)所示。

2.将硅基底层11在800℃低压化学气相沉积(lpcvd)中处理30min，在硅表面长生成厚度为200nm的氮化硅层(sin4)12，如图2中(b)所示。

3.利用匀胶机在氮化硅层12表面旋涂光刻胶层13(正胶)，然后用所需图形的掩模板23覆盖在光刻胶层13上，如图2中(c)所示；在紫外光装置21的紫外光下进行曝光，最后显影得到图案，如图2(d)所示。

4.将显影区域的氮化硅在chf3/o2条件下的等离子体装置24进行干法刻蚀，把步骤3显影出来的氮化硅层刻蚀掉，如图2中(e)所示。

5.利用电子束蒸镀设备25在步骤s4处理的硅基底表面，蒸镀厚度为12nm的贵金属膜镀层(金膜)14，如图2中(f)所示。

6.然后采用搅拌器27在室温下350rpm搅拌，将硅基底层浸入到刻蚀液15(体积比为4：25：12的50wt％hf：60wt％hno3：98wt％ch3cooh的混合液)中进行各向同性刻蚀反应5min，如图2中(g)所示。

7.取出刻蚀液15中的硅基底层，用去离子水冲洗其表面5min，使刻蚀反应中止，后用氮气把表面吹干。用丙酮清洗表面，再用无水乙醇清洗5min，去离子水清洗5min，把未反应的光刻胶和金膜清洗干净，用氮气把表面吹干，最后得到得到硅刻蚀结构16，该结构为上宽下窄的悬臂梁微结构，即为局部放大的t型悬臂梁微结17，如图2中(h)所示。

实施例2

与实施例1不同的在于：步骤2所述850℃低压气相沉积的时间为35min，所述氮化硅sin4厚度为250nm。步骤5所述蒸镀金膜的厚度为16nm。步骤6所述室温下300rpm搅拌，将硅基底浸入到刻蚀液(体积比为1:10:5的48wt％hf：55wt％hno3：95wt％ch3cooh的混合液)中进行各向同性刻蚀反应3min。

本发明t型悬臂梁微结构17当液体接触到该上宽下窄的悬臂梁微结构表面时，会润湿表面的顶部，然后沿着垂直的侧壁向下流动，直至流到垂直悬臂的底部，这时液体表面张力的方向会转向上方，使不再浸润微结构表面，从而达到超疏水超疏油的性质。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。