[發明專利]一種帶有凸臺結構的微針及其制備方法

在審

• 申請號: 202010036590.9
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111135450A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 王媛媛
• 申請（專利權）人: 上海緩釋新材料科技有限公司
• 主分類號: A61M37/00
• 分類號: A61M37/00;C23C16/02;C23C16/04;C23C16/34;C23C16/50;C23C16/56;C30B33/00;C30B33/02
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1.一種帶有凸臺結構的微針，其特征在于：包括支撐體(3)和帶有凸臺結構(2)的微針本體(1)陣列；所述微針本體(1)為上小下大的圓錐形或多棱錐形結構，其有效高度為1～2000μm，針尖尺寸為1nm～50μm，微針本體(1)與支撐體(3)連接處尺寸為1～2000μm；所述微針本體(1)沿徑向延伸形成一個或多個凸臺結構(2)，且所述凸臺結構(2)與微針本體(1)為曲線或直線過渡連接；所述凸臺結構(2)的橫截面形狀包括但不限于圓形、橢圓形或多邊形的一種。

2.根據權利要求1所述的一種帶有凸臺結構的微針，其特征在于：所述微針本體(1)上可制備一個或多個凸臺結構(2)；距離微針本體(1)針尖最近的所述凸臺結構(2)最大寬度位置與所述微針本體(1)頂面之間的距離在所述微針本體(1)軸線上投影長度不大于100μm。

3.根據權利要求1所述的一種帶有凸臺結構的微針，其特征在于：所述凸臺結構(2)最大寬度為1nm～100μm；所述凸臺結構(2)最大寬度不小于與之相連的上下方的所述微針本體(1)尺寸。

4.根據權利要求1所述的一種帶有凸臺結構的微針，其特征在于：所述微針本體(1)可為實心針體，也可為空心針體；所述空心微針(1)沿軸向設有開孔，可以是從支撐體(3)底面至針尖的貫通孔(4)，也可為從支撐體底面至微針本體中部或針尖下方的非貫通孔(5)，且所述貫通孔(4)和非貫通孔(5)的橫截面形狀包括但不限于圓形、橢圓形或多邊形中的一種。

5.一種單晶硅利用權利要求1-4任意一項所述的帶有凸臺結構的微針的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，單晶硅基片凈化：采用標準清洗液RCA1與過氧化物的混合液清洗，用去離子水清洗并脫水；

步驟2，制備單晶硅基片保護膜：可采用高溫熱氧化制備二氧化硅保護膜，或采用等離子體增強化學氣相沉積法制備氮化硅保護膜；

步驟3，硅基片保護膜圖形化：實心硅微針執行步驟3.1,，空心硅微針執行步驟3.2：

步驟3.1，在硅基片的一面均勻涂一層光刻膠，厚度1～20μm，在80～120℃預烘干，然后覆蓋帶有設計圖案的掩膜，曝光5～100s，然后顯影并烘干。

進一步地，用濕法刻蝕或離子束對曝光處二氧化硅或氮化硅保護膜進行刻蝕，在硅基片保護膜上形成所需要的圖案；

步驟3.2，在硅基片的第一面涂光刻膠，覆蓋圓形、三角形或多邊形的掩膜，曝光、顯影并烘干；

進一步地，用濕法刻蝕或離子束對硅基片第一面曝光處二氧化硅或氮化硅保護膜進行刻蝕，在硅基片第一面保護膜上形成所需要的圖案；

進一步地，用各向異性干法深硅刻蝕，形成貫通孔(4)或非貫通孔(5)；

進一步地，在孔洞內壁用等離子體氣相沉積法生成氮化硅保護膜；

進一步地，在硅基片的第二面涂光刻膠，覆蓋帶有設計圖案的掩膜，曝光、顯影并烘干；

進一步地，用濕法刻蝕或離子束對曝光處二氧化硅或氮化硅保護膜進行刻蝕，在硅基片保護膜上形成所需要的圖案；

步驟4，制備凸臺和微針本體，包括如下步驟：

步驟4.1，用各向同性工藝第一次刻蝕保護膜圖形化的硅基片；

步驟4.2，進行第一次側壁鈍化；

步驟4.3，第一次用等離子體轟擊去除底部鈍化層；

步驟4.4，第二次各向同性工藝刻蝕；

步驟4.5，第二次側壁鈍化；

步驟4.6，第二次用等離子體轟擊去除底部鈍化層，形成凸臺結構(2)；

步驟4.7，如需制備多個凸臺結構(2)，重復步驟4.1～4.6；

步驟4.8，用各向異性工藝深硅刻蝕，形成微針本體(1)；

步驟4.9，用各向同性刻蝕直至微針本體(1)的針尖形成；

步驟5，后處理，用化學氣相沉積法或物理氣相沉積或濺射法沉積一層氮化硅薄膜，或金屬鈦薄膜，增加微針本體(1)的機械性能及生物相容性。

6.根據權利要求5所述的一種帶有凸臺結構的微針的制備方法，其特征在于：所述步驟2的高溫熱氧化制備二氧化硅保護膜的溫度范圍為700～1200℃，在硅基片兩面分別形成100nm-10μm的二氧化硅薄膜。