[發明專利]一種親疏水性可調諧柔性碳化硅薄膜制備方法

有效

• 申請號: 201210532035.0
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN102963863A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 張海霞;張曉升;孟博;朱福運;唐偉
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明涉及一種親疏水性可調諧柔性碳化硅薄膜制備方法，屬于微加工技術領域。

背景技術

1891年愛德華·古德里希·艾奇遜在電熔金剛石實驗時，偶然發現了一種碳化物，當時誤認為是金剛石的混合體，故取名金剛砂，即碳化硅。碳化硅（SiC）材料是一種非常優良的半導體材料，具有很好的電學特性及很寬的禁帶寬度，具有良好的載流子遷移率，可以用于輻射環境。不僅如此，SiC材料還具有很好的耐高溫性能和機械性能（如高硬度、耐摩擦），還具有相當好的化學穩定性，從而有非常好的耐腐蝕性。因而廣泛用于冶金化工、電子線路、微電子器件等領域。但碳化硅材料的潤濕特性卻極大地限制了其發展和應用，特別是在微加工技術領域，其本征靜態接觸角(CA)約60°。例如，利用碳化硅薄膜作為微納流道保護層，可以使得微納流道工作在惡劣極端的環境中，抗酸堿腐蝕等。但由于尺寸效應的影響，特別是由于碳化硅薄膜的弱親水性，流體在微納米量級的溝槽結構中流動時，其粘滯阻力變得非常巨大，使得液體流動異常困難，通常需要借助外部驅動力的作用才能順暢流動，譬如微泵、微閥和微能源等，這使得結構復雜、系統穩定性低、功耗高、難以實現微小型化。而通常解決微納流道粘滯阻力的辦法是在結構表面制備超親水（CA<10°）或超疏水（CA>150°）薄膜，從而減低流體阻力。

而碳化硅薄膜的潤濕特性研究目前無報道，特別是實現親疏水性可調諧碳化硅薄膜的方法未見報道。而由于碳化硅材料強度大，楊氏模量高，因此極難實現柔性碳化硅材料，從而限制了其廣泛應用。

發明內容

為了克服現有技術的不足,本發明提供一種親疏水性可調諧柔性碳化硅薄膜制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種親疏水性可調諧柔性碳化硅薄膜制備方法，采用優化深反應離子刻蝕工藝（DRIE），無需掩膜即可實現高密度納米碳化硅球狀陣列，極大增大表面面積體積比；同時由于優化DRIE工藝中鈍化步驟在表面淀積的氟碳聚合物，極大降低表面能，則所制備碳化硅材料具有超疏水特性，靜態接觸角CA>160°。再通過強堿性溶液腐蝕去除硅基底，則可以實現柔性碳化硅薄膜；且由于強堿性溶液腐蝕去除表面聚合物鈍化層，形成裸露高密度碳化硅尖端陣列，則所制備柔性碳化硅薄膜具有超親水特性，靜態接觸角CA<1°。

為達到上述目的，本發明提供了親疏水性可調諧柔性碳化硅薄膜制備方法，該方法包括步驟如下：

步驟110：通過物理或化學方法在硅基片上制備碳化硅薄膜，并通過退火降低薄膜應力；

步驟120：利用無掩膜優化深反應離子刻蝕工藝處理碳化硅薄膜，實現高密度納米碳化硅球狀陣列，具有超疏水特性；

步驟130：利用強堿性溶液腐蝕去除硅基片，實現高密度納米碳化硅尖端陣列，實現超親水特性，且碳化硅為柔性薄膜；

上述方案中，步驟110中所述物理方法包括物理氣相沉積（PVD）或激光熔蝕淀積（LAD），化學方法包括等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）、低壓化學氣相沉積（LPCVD）、常壓化學氣相沉積（APCVD）、熱絲化學氣相沉積法（HFCVD）或金屬有機化合物化學氣相沉淀（MOCVD），所制備碳化硅薄膜厚度為1μm～30μm。

上述方案中，步驟110中所述退火工藝包括激光退火和熱退火，控制碳化硅薄膜應力-50MPa～50MPa。

上述方案中，步驟120中所述無掩膜優化深反應離子刻蝕工藝，包括以下步驟：對DRIE設備進行初始化和等離子穩定；控制所述DRIE工藝參數，直接制備高密度納米結構；DRIE后處理工藝處理表面降低表面能。

所述DRIE制備納米球狀陣列的工藝參數包括：線圈功率為800W～900W；壓強為20mTorr～30mTorr；刻蝕氣體SF₆流量為20sccm～45sccm，鈍化氣體C₄F₈或O₂流量為30sccm～50sccm（SF₆和C₄F₈氣體流量比為1:1～1:2）；平板功率為6W～12W；刻蝕/鈍化時間比為10s:10s～4s:4s；刻蝕/鈍化循環60～200次。