[發明專利]一種楔形硅結構陣列的制作方法

有效

• 申請號: 201410421996.3
• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN105366631B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 俞驍;曾春紅;張寶順
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司44304
• 代理人: 孫偉峰,武岑飛

技術領域

本發明屬于微加工技術領域，具體地講，涉及一種楔形硅結構陣列的制作方法。

背景技術

在自然界中，壁虎依靠神奇的四腳在靜止時緊緊吸附，移動時輕松脫離。許多對壁虎腳足剛毛的研究認為：壁虎之所以能夠攀檐走壁，完全是壁虎腳與攀爬對象之間“范德華力”作用的結果。因此，多年來各國科研人員都致力于用納米材料來模仿壁虎腳剛毛，并制造了各式各樣的“機器壁虎”。然而，這些“機器壁虎”大都只能局限于在光滑的物體表面緩慢移動，需要外接電源和控制裝置，無法有效控制“強吸附”、“弱脫附”的過程以及運動方向，更不能克服萬有引力的作用倒立在天花板上運動。壁虎的驚人攀爬能力源于腳趾上的微毛。在接觸物體表面時，微毛可充當粘性極高的“單向粘合劑”，如果朝另一個方向移動，粘性便會消失。因此，壁虎的足部形態一直以來都是仿生學研究領域的一個熱門課題，在這一領域研究的突破將會給民生、國防、航天等領域帶來革命性的影響。

目前對壁虎足部的仿生主要集中在兩個方向：一個是“強吸附”，另一個是“單向粘合”。前者主要是壁虎仿生學初期，用密集的納米線陣列模擬壁虎的剛毛，在納米線與物體接觸面間形成范德華力，疊加后形成巨大的吸附力和剪切力。后者則是近幾年來利用特殊的光刻和倒模、澆鑄工藝，在襯底上制作了單向傾斜的楔形結構陣列，使這種陣列在物體接觸面上僅在結構傾斜方向的反方向上產生較大的粘合力，而在其它方向上幾乎沒有粘合力，從而實現“單向粘合”的特性。

現有的楔形結構陣列，主要是在足夠厚的SU8膠上，用兩次不同角度的曝光將楔形圖形的SU8膠去除，而后利用PDMS(即聚二甲基硅氧烷)等柔性材料澆鑄進SU8膠上的楔形槽，固化后揭開以形成楔形結構陣列。然而，這種方法制備的楔形結構陣列由于采用柔性材料，在與物體接觸后會發生變形，形變較大時會產生大面積粘連而失效，因此使用壽命較短；另外，對于大面積的楔形結構陣列，固化后脫膜極其困難，因此該方法也不適合進行大批量制造。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種楔形硅結構陣列的制作方法，包括步驟：A)在襯底上鍵合形成預定厚度的硅層；B)在所述預定厚度的硅層上形成多個掩膜條；C)將所述硅層的未被所述掩膜條覆蓋的部分去除，其中，所述硅層的被所述掩膜條覆蓋的部分的截面形狀為梯形形狀；D)將所述掩膜條去除，以將所述硅層的被所述掩膜條覆蓋的部分暴露；E)在步驟D)中暴露的所述硅層的側斜壁上涂布多個光刻膠；F)將步驟E)中未被所述光刻膠覆蓋的硅層去除；G)將步驟E)中涂布的所述光刻膠去除，從而形成陣列排布的楔形硅結構。

進一步地，所述傾斜壁與所述襯底的表面的夾角為50°至60°。

進一步地，所述襯底的材料為玻璃，其中，所述步驟A)的具體方法包括：將由玻璃形成的襯底與硅片進行陽極鍵合；將所述硅片減薄，以形成所述預定厚度的硅層。

進一步地，所述預定厚度等于所述楔形硅結構的高度。

進一步地，所述硅片為雙面拋光的硅片。

進一步地，在步驟B)中，所述多個掩膜條等間距排列。

進一步地，所述步驟B)的具體方法包括：在所述預定厚度的硅層上形成掩膜層；在所述掩膜層上等間距涂布光刻膠；將所述掩膜層的未被光刻膠覆蓋的部分去除；將涂布的光刻膠去除，從而形成等間距排列的所述多個掩膜條。

進一步地，所述多個掩膜條之間的間距不小于所述楔形硅結構的高度的1.15倍。

進一步地，在步驟E)中，所述多個光刻膠等間距排列。

進一步地，所述硅層的被所述掩膜條覆蓋的部分的截面形狀為梯形形狀。

本發明的楔形硅結構陣列的制作方法，相比于目前常用的柔性材料倒模、澆鑄等工藝制備的楔形結構陣列，具有工藝簡單，成品率高，適合大批量制造的特點，并且所制備的楔形硅結構強度高，使用壽命長。

附圖說明

通過結合附圖進行的以下描述，本發明的實施例的上述和其它方面、特點和優點將變得更加清楚，附圖中：

圖1是根據本發明的實施例的楔形硅結構陣列的制作方法的流程圖；

圖2是根據本發明的實施例的制作楔形硅結構陣列的結構示意圖；

圖3是根據本發明的實施例的硅層的側斜壁上涂布多個光刻膠的示意圖。

具體實施方式