基于微纳集成加工技术的三维减阻微流道结构及制备方法

摘要

基于微纳集成加工技术的三维减阻微流道结构及制备方法，涉及微加工技术领域。利用无掩膜优化深反应离子刻蚀(DRIE)工艺，直接在微米尺度沟槽各表面制备实现高密度高深宽比纳米尺度锥尖阵列，增大其表面积和体积比；同时可在其表面淀积一层氟基聚合物，降低表面能，实现具有超疏水特性的表面结构，进而实现真正三维减阻微流道结构。本发明的有益效果：在不破坏原有微米尺度结构的基础上，生长高密度高深宽比纳米尺度锥尖阵列，可实现纳米森林对微米尺度沟槽的100％覆盖，从而实现真正的三维减阻微流道。可以极大地提高其面积体积比，降低表面能，使得微流道表面具有超疏水特性，从而实现优异减阻的效果。工艺简单，成本低廉，易于产业化。

主权项

一种基于微纳集成加工技术的三维减阻微流道制备方法，其特征是利用无掩膜优化深反应离子刻蚀(DRIE)工艺，直接在微米尺度沟槽各表面制备实现高密度高深宽比的纳米尺度锥尖阵列，增大其表面积和体积比；同时在其表面淀积一层氟基聚合物，降低表面能，实现具有超疏水特性的表面结构，进而实现真正三维减阻微流道结构；含有以下步骤：步骤1：通过结合光刻和化学或物理腐蚀，在硅基衬底上制作微米尺度沟槽，横截面为倒三角形或倒梯形或半圆形；步骤2：利用无掩膜优化深反应离子刻蚀工艺，直接在微米尺度沟槽和硅基盖板上制作高密度高深宽比的纳米尺度锥尖阵列；步骤3：利用深反应离子刻蚀后处理工艺，调控参数，对微米尺度沟槽和硅基盖板进行疏水处理；步骤4：通过高温键合或常温物理施压，将硅基衬底和硅基盖板键合，形成封闭微流道；步骤2中所述无掩膜优化深反应离子刻蚀工艺，包括以下步骤：采用等离子刻蚀或非等离子刻蚀对硅片表面进行粗糙化处理；控制深反应离子刻蚀制备纳米森林的工艺参数，直接制备高密度高深宽比纳米尺度锥尖阵列；所述深反应离子刻蚀制备纳米森林的工艺参数包括：线圈功率为800W‑900W；压强为20mTorr‑30mTorr；刻蚀气体SF₆流量为20sccm‑45sccm，钝化气体C₄F₈流量为30sccm‑50sccm，SF₆和C₄F₈气体流量比为1:1‑1:2；平板功率为6W‑12W；刻蚀/钝化时间比为10s:10s‑4s:4s；刻蚀/钝化循环60‑200次；步骤3中所述深反应离子刻蚀后处理工艺参数包括：线圈功率为800W‑900W；压强为20mTorr‑30mTorr；刻蚀气体SF₆流量为0sccm，钝化气体C₄F₈流量为30sccm‑50sccm；平板功率为6W‑12W；刻蚀/钝化时间比为0s:10s‑0s:4s；刻蚀/钝化循环1‑40次。