[發(fā)明專利]一種硅材料基板及其構建方法

無效

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• 申請日: 2009-10-30
• 公開（公告）號: CN101704496A
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發(fā)明（設計）人: 張會臣;李杰;龐連云
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發(fā)明涉及一種硅材料的加工技術，特別是一種硅材料基板及其構建方法。

背景技術

硅是廣泛應用在微電子/納米電子機械系統(tǒng)中的半導體材料，以硅材料為基板的超疏水表面可以有效地控制其表面層的潤濕性、黏著力、潤滑性和磨損性能，具有廣泛的應用前景。目前構造超疏水性能表面的工藝主要有兩種：一種是在疏水性材料表面創(chuàng)建粗糙表面；另一種是在基板材料表面上用低表面能物質(zhì)進行修飾。一般來說，接觸角小于90°的材料為親水性材料，接觸角大于90°的材料為疏水性材料。而平整的硅基板材料的接觸角均小于40°，說明硅材料基板具有較強的親水性。采用前述第一種方法在硅基板材料創(chuàng)建粗糙表面，實驗證明，其接觸角很難達到30°以上，說明在親水性硅材料基板上采用創(chuàng)建粗糙表面的方法行不通；對于第二種方式，采用在硅基板材料表面進行低表面能物質(zhì)修飾，如自組裝分子膜，實驗證明，該方法可以提高硅基板材料的疏水性，使接觸角達到110°左右，但疏水程度有限，仍需進行改進。因此，到目前為止，還沒有一種工藝可以制備出具有超疏水性能的硅材料基板。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明的目的是以親水的硅材料為基板，設計出一種具有超疏水性能的硅材料基板及其構建方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：一種硅材料基板包括硅基板、紋理層和成膜層，所述的紋理層在硅基板和成膜層之間。

本發(fā)明所述的紋理層是通過激光加工硅基板的表面獲得的，所述的成膜層是通過自組裝分子膜在紋理層上成膜來獲得的。

本發(fā)明所述的紋理層具有微米-亞微米級的表面紋理結構。

本發(fā)明所述的紋理結構是點陣紋理、直線紋理或網(wǎng)格紋理。

本發(fā)明所述的自組裝分子膜為純度97％的1H，1H，2H，2H-全氟辛烷基三氯硅烷，簡稱FOTS。

一種具有超疏水性能的硅材料基板的構建方法包括以下步驟：

A、對硅基板進行預處理，將所加工硅片依次放在丙酮、乙醇、純水中，進行超聲清洗3分鐘，取出后用高純氮氣吹干；

B、采用激光加工器對硅基板表面進行激光加工，制備出具有微米-亞微米級的表面紋理結構；

C、利用自組裝技術在激光加工后的硅基板表面進行自組裝分子膜的成膜，構造出具有超疏水性能的表面。

本發(fā)明所述的激光加工包括點陣紋理加工、直線紋理加工或網(wǎng)格紋理加工。

本發(fā)明所述的自組裝分子膜的成膜工藝包括以下步驟：

C1、將激光加工后的硅基板在丙酮、乙醇、純水中依次進行超聲清洗3min，以清除硅基板表面雜質(zhì)；

C2、將清洗后的硅基板浸沒到piranha溶液中進行90℃恒溫水浴60min，使硅基板表面羥基化，取出后進行高純水洗滌并用高純氮氣吹干；

C3、在試管中滴入1ml異辛烷，以異辛烷為溶劑，用微注射器抽取15μLFOTS，配制成反應溶液；

C4、將羥基化后的硅基板浸入到步驟C3制備好的反應溶液中真空保存60min后取出，依次在丙酮、乙醇、純水中進行超聲清洗，高純氮氣吹干；

C5、將制備好的硅基板放置到90℃恒溫狀態(tài)下的真空干燥箱中固化60min。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、由于本發(fā)明在硅基板表面采用激光方法加工表面紋理結構并利用自組裝技術在激光加工后的表面進行自組裝分子膜的成膜，使原本親水性的硅基板表面接觸角達到160°左右，成為具有超疏水性能的硅材料基板。

2、由于本發(fā)明的工藝操作過程較為簡單，工藝所需藥品均易于獲得，成本較低，且制備得到的硅基板疏水性能較為穩(wěn)定。

附圖說明

本發(fā)明共有附圖5張，其中：

圖1具有超疏水性能的硅材料基板的結構示意圖。

圖2具有超疏水性能的硅材料基板的構建工藝的流程圖。

圖3具有超疏水性能的硅材料基板的表面點陣紋理示意圖。

圖4具有超疏水性能的硅材料基板的表面直線紋理示意圖。

圖5具有超疏水性能的硅材料基板的表面網(wǎng)格紋理示意圖。

圖中：1、硅基板，2、紋理層，3、成膜層。

具體實施方式