基于微纳集成加工技术的可植入三维减阻微流道及制备方法

摘要

一种基于微纳集成加工技术的可植入三维减阻微流道及制备方法，利用无掩膜优化深反应离子刻蚀(DRIE)工艺，直接在硅基微米尺度沟槽各表面制备实现高密度高深宽比纳米森林结构，然后利用铸模方法将硅基微米尺度沟槽及其表面的纳米森林结构转移到PDMS上，再利用DRIE后处理工艺对PDMS进行表面物理化学处理，降低表面能，从而实现具有超疏水特性的PDMS三维减阻微流道。本发明可以极大地提高其面积体积比，降低表面能，从而使得微流道表面具有超疏水特性，实现优异减阻的效果，并可进一步提高其稳定超疏水特性，从而极大地提高其减阻效果，且工艺简单，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可植入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纳米森林结构，然后利用铸模方法将微米尺度沟槽及其表面的纳米森林结构转移到PDMS上，再利用DRIE后处理工艺对PDMS进行表面物理化学处理，降低表面能，从而实现具有超疏水特性的PDMS三维减阻微流道；包括步骤如下：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沟槽模具，横截面为三角形或梯形或半圆形；步骤2：利用无掩膜优化深反应离子刻蚀工艺，直接在硅基微米沟槽模具和光滑硅片表面上制作高密度高深宽比纳米森林；步骤3：利用PDMS铸模工艺，调控工艺参数，以硅基微米沟槽模具和纳米森林为模板，实现具有纳米筛孔阵列的PDMS盖板，PDMS衬底和微米沟槽；步骤4：利用DRIE后处理工艺，调控参数，对PDMS盖板和PDMS衬底进行物理化学处理，其中PDMS衬底上包含微米沟槽，降低其表面能，提高其稳定超疏水特性；步骤5：通过高温键合或常温物理施压，将PDMS衬底和PDMS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；控制所述DRIE工艺参数，直接制备高密度高深宽比纳米森林结构；所述DRIE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中所述工艺参数包括：温度为50‑100℃，时间为30分钟‑2小时；步骤4中所述DRIE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。