專利名稱：一種硅材料基板及其構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅材料的加工技術(shù)，特別是一種硅材料基板及其構(gòu)建方法。
背景技術(shù)：
硅是廣泛應(yīng)用在微電子/納米電子機(jī)械系統(tǒng)中的半導(dǎo)體材料，以硅材料為基板的 超疏水表面可以有效地控制其表面層的潤(rùn)濕性、黏著力、潤(rùn)滑性和磨損性能，具有廣泛的應(yīng) 用前景。目前構(gòu)造超疏水性能表面的工藝主要有兩種一種是在疏水性材料表面創(chuàng)建粗糙 表面；另一種是在基板材料表面上用低表面能物質(zhì)進(jìn)行修飾。 一般來(lái)說(shuō)，接觸角小于90。 的材料為親水性材料，接觸角大于90。的材料為疏水性材料。而平整的硅基板材料的接觸 角均小于40。，說(shuō)明硅材料基板具有較強(qiáng)的親水性。采用前述第一種方法在硅基板材料創(chuàng) 建粗糙表面，實(shí)驗(yàn)證明，其接觸角很難達(dá)到30°以上，說(shuō)明在親水性硅材料基板上采用創(chuàng)建 粗糙表面的方法行不通；對(duì)于第二種方式，采用在硅基板材料表面進(jìn)行低表面能物質(zhì)修飾， 如自組裝分子膜，實(shí)驗(yàn)證明，該方法可以提高硅基板材料的疏水性，使接觸角達(dá)到110°左 右，但疏水程度有限，仍需進(jìn)行改進(jìn)。因此，到目前為止，還沒(méi)有一種工藝可以制備出具有超 疏水性能的硅材料基板。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是以親水的硅材料為基板，設(shè)計(jì) 出一種具有超疏水性能的硅材料基板及其構(gòu)建方法。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種硅材料基板包括硅基板、紋理層 和成膜層，所述的紋理層在硅基板和成膜層之間。 本發(fā)明所述的紋理層是通過(guò)激光加工硅基板的表面獲得的，所述的成膜層是通過(guò) 自組裝分子膜在紋理層上成膜來(lái)獲得的。 本發(fā)明所述的紋理層具有微米_亞微米級(jí)的表面紋理結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述的紋理結(jié)構(gòu)是點(diǎn)陣紋理、直線紋理或網(wǎng)格紋理。 本發(fā)明所述的自組裝分子膜為純度97%的1H， 1H， 2H， 2H-全氟辛烷基三氯硅烷， 簡(jiǎn)稱FOTS。 —種具有超疏水性能的硅材料基板的構(gòu)建方法包括以下步驟 A、對(duì)硅基板進(jìn)行預(yù)處理，將所加工硅片依次放在丙酮、乙醇、純水中，進(jìn)行超聲清
洗3分鐘，取出后用高純氮?dú)獯蹈桑?B、采用激光加工器對(duì)硅基板表面進(jìn)行激光加工，制備出具有微米-亞微米級(jí)的表 面紋理結(jié)構(gòu)； C、利用自組裝技術(shù)在激光加工后的硅基板表面進(jìn)行自組裝分子膜的成膜，構(gòu)造出 具有超疏水性能的表面。 本發(fā)明所述的激光加工包括點(diǎn)陣紋理加工、直線紋理加工或網(wǎng)格紋理加工。
本發(fā)明所述的自組裝分子膜的成膜工藝包括以下步驟
Cl、將激光加工后的硅基板在丙酮、乙醇、純水中依次進(jìn)行超聲清洗3min，以清除 硅基板表面雜質(zhì)； C2、將清洗后的硅基板浸沒(méi)到piranha溶液中進(jìn)行9(TC恒溫水浴60min，使硅基板 表面羥基化，取出后進(jìn)行高純水洗滌并用高純氮?dú)獯蹈桑?C3、在試管中滴入lml異辛烷，以異辛烷為溶劑，用微注射器抽取15ii LFOTS，配制 成反應(yīng)溶液； C4、將羥基化后的硅基板浸入到步驟C3制備好的反應(yīng)溶液中真空保存60min后取 出，依次在丙酮、乙醇、純水中進(jìn)行超聲清洗，高純氮?dú)獯蹈桑?C5、將制備好的硅基板放置到9(TC恒溫狀態(tài)下的真空干燥箱中固化60min。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果 1、由于本發(fā)明在硅基板表面采用激光方法加工表面紋理結(jié)構(gòu)并利用自組裝技術(shù) 在激光加工后的表面進(jìn)行自組裝分子膜的成膜，使原本親水性的硅基板表面接觸角達(dá)到 160°左右，成為具有超疏水性能的硅材料基板。 2、由于本發(fā)明的工藝操作過(guò)程較為簡(jiǎn)單，工藝所需藥品均易于獲得，成本較低，且 制備得到的硅基板疏水性能較為穩(wěn)定。


本發(fā)明共有附圖5張，其中 圖1具有超疏水性能的硅材料基板的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2具有超疏水性能的硅材料基板的構(gòu)建工藝的流程圖。 圖3具有超疏水性能的硅材料基板的表面點(diǎn)陣紋理示意圖。 圖4具有超疏水性能的硅材料基板的表面直線紋理示意圖。 圖5具有超疏水性能的硅材料基板的表面網(wǎng)格紋理示意圖。 圖中1、硅基板，2、紋理層，3、成膜層。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地描述。如圖1-5所示，一種硅材料基板包括 硅基板1、紋理層2和成膜層3，所述的紋理層2在硅基板1和成膜層3之間。所述的紋理層 2是通過(guò)激光加工硅基板1的表面獲得的，所述的成膜層3是通過(guò)自組裝分子膜在紋理層2 上成膜來(lái)獲得的。所述的紋理層2具有微米-亞微米級(jí)的表面紋理結(jié)構(gòu)。所述的紋理結(jié)構(gòu) 是點(diǎn)陣紋理、直線紋理或網(wǎng)格紋理。所述的自組裝分子膜為純度97%的1H， 1H， 2H， 2H-全氟 辛烷基三氯硅烷，簡(jiǎn)稱FOTS。 如圖2所示， 一種具有超疏水性能的硅材料基板的構(gòu)建方法包括以下步驟
A、對(duì)硅基板1進(jìn)行預(yù)處理，將所加工硅片依次放在丙酮、乙醇、純水中，進(jìn)行超聲 清洗3分鐘，取出后用高純氮?dú)獯蹈桑?B、采用激光加工器對(duì)硅基板1表面進(jìn)行激光加工，制備出具有微米_亞微米級(jí)的 表面紋理結(jié)構(gòu)； C、利用自組裝技術(shù)在激光加工后的硅基板l表面進(jìn)行自組裝分子膜的成膜，構(gòu)造 出具有超疏水性能的表面。
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本發(fā)明所述的激光加工包括點(diǎn)陣紋理加工、直線紋理加工或網(wǎng)格紋理加工。
本發(fā)明所述的自組裝分子膜的成膜工藝包括以下步驟 Cl、將激光加工后的硅基板1在丙酮、乙醇、純水中依次進(jìn)行超聲清洗3min，以清除硅基板1表面雜質(zhì)； C2、將清洗后的硅基板1浸沒(méi)到piranha溶液中進(jìn)行9(TC恒溫水浴60min，使硅基板1表面羥基化，取出后進(jìn)行高純水洗滌并用高純氮?dú)獯蹈桑?C3、在試管中滴入lml異辛烷，以異辛烷為溶劑，用微注射器抽取15 y LFOTS，配制成反應(yīng)溶液； C4、將羥基化后的硅基板1浸入到步驟C3制備好的反應(yīng)溶液中真空保存60min后取出，依次在丙酮、乙醇、純水中進(jìn)行超聲清洗，高純氮?dú)獯蹈桑?C5、將制備好的硅基板1放置到9(TC恒溫狀態(tài)下的真空干燥箱中固化60min。
權(quán)利要求
一種硅材料基板包括硅基板(1)、成膜層(3)，其特征在于還包括紋理層(2)，所述的紋理層(2)在硅基板(1)和成膜層(3)之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的硅材料基板，其特征在于所述的紋理層(2)是通過(guò)激光加 工硅基板(1)的表面獲得的，所述的成膜層(3)是通過(guò)自組裝分子膜在紋理層(2)上成膜 來(lái)獲得的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅材料基板，其特征在于所述的紋理層(2)具有微米-亞 微米級(jí)的表面紋理結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅材料基板，其特征在于所述的紋理結(jié)構(gòu)是點(diǎn)陣紋理、直線 紋理或網(wǎng)格紋理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅材料基板，其特征在于所述的自組裝分子膜為純度97% 的1H， 1H， 2H， 2H-全氟辛烷基三氯硅烷，簡(jiǎn)稱F0TS。
6. —種具有超疏水性能的硅材料基板的構(gòu)建方法，其特征在于包括以下步驟A、 對(duì)硅基板(1)進(jìn)行預(yù)處理，將所加工硅片依次放在丙酮、乙醇、純水中，進(jìn)行超聲清 洗3分鐘，取出后用高純氮?dú)獯蹈桑籅、 采用激光加工器對(duì)硅基板(1)表面進(jìn)行激光加工，制備出具有微米-亞微米級(jí)的表 面紋理結(jié)構(gòu)；C、 利用自組裝技術(shù)在激光加工后的硅基板(1)表面進(jìn)行自組裝分子膜的成膜，構(gòu)造出 具有超疏水性能的表面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅材料基板的構(gòu)建方法，其特征在于所述的激光加工包括 點(diǎn)陣紋理加工、直線紋理加工或網(wǎng)格紋理加工。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅材料基板的構(gòu)建方法，其特征在于所述的自組裝分子膜的成膜工藝包括以下步驟Cl、將激光加工后的硅基板(1)在丙酮、乙醇、純水中依次進(jìn)行超聲清洗3min，以清除 硅基板(1)表面雜質(zhì)；C2、將清洗后的硅基板(1)浸沒(méi)到piranha溶液中進(jìn)行9(TC恒溫水浴60min，使硅基板 (1)表面羥基化，取出后進(jìn)行高純水洗滌并用高純氮?dú)獯蹈?；C3、在試管中滴入lml異辛烷，以異辛烷為溶劑，用微注射器抽取15 ii L F0TS，配制成 反應(yīng)溶液；C4、將羥基化后的硅基板(1)浸入到步驟C3制備好的反應(yīng)溶液中真空保存60min后取 出，依次在丙酮、乙醇、純水中進(jìn)行超聲清洗，高純氮?dú)獯蹈?；C5、將制備好的硅基板(1)放置到9(TC恒溫狀態(tài)下的真空干燥箱中固化60min。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種硅材料基板及其構(gòu)建方法，所述的硅材料基板包括硅基板、紋理層和成膜層，所述的紋理層在硅基板和成膜層之間，所述的紋理層具有微米-亞微米級(jí)的表面紋理結(jié)構(gòu)，所述的紋理結(jié)構(gòu)是點(diǎn)陣紋理、直線紋理或網(wǎng)格紋理。所述的構(gòu)建方法包括通過(guò)激光加工在硅基板表面獲得紋理層，通過(guò)自組裝分子膜在紋理層上成膜來(lái)獲得成膜層。由于本發(fā)明在硅基板表面采用激光方法加工表面紋理結(jié)構(gòu)并利用自組裝技術(shù)在激光加工后的表面進(jìn)行自組裝分子膜的成膜，使原本親水性的硅基板表面接觸角達(dá)到160°左右，成為具有超疏水性能的硅材料基板。本發(fā)明的工藝操作過(guò)程簡(jiǎn)單，工藝所需藥品均易于獲得，成本較低，且制備得到的硅基板疏水性能較為穩(wěn)定。
文檔編號(hào)B81C1/00GK101704496SQ20091018833
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者龐連云, 張會(huì)臣, 李 杰 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)