[发明专利]一种硅材料基板及其构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅材料的加工技术，特别是一种硅材料基板及其构建方法。

背景技术

硅是广泛应用在微电子/纳米电子机械系统中的半导体材料，以硅材料为基板的超疏水表面可以有效地控制其表面层的润湿性、黏着力、润滑性和磨损性能，具有广泛的应用前景。目前构造超疏水性能表面的工艺主要有两种：一种是在疏水性材料表面创建粗糙表面；另一种是在基板材料表面上用低表面能物质进行修饰。一般来说，接触角小于90°的材料为亲水性材料，接触角大于90°的材料为疏水性材料。而平整的硅基板材料的接触角均小于40°，说明硅材料基板具有较强的亲水性。采用前述第一种方法在硅基板材料创建粗糙表面，实验证明，其接触角很难达到30°以上，说明在亲水性硅材料基板上采用创建粗糙表面的方法行不通；对于第二种方式，采用在硅基板材料表面进行低表面能物质修饰，如自组装分子膜，实验证明，该方法可以提高硅基板材料的疏水性，使接触角达到110°左右，但疏水程度有限，仍需进行改进。因此，到目前为止，还没有一种工艺可以制备出具有超疏水性能的硅材料基板。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的是以亲水的硅材料为基板，设计出一种具有超疏水性能的硅材料基板及其构建方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种硅材料基板包括硅基板、纹理层和成膜层，所述的纹理层在硅基板和成膜层之间。

本发明所述的纹理层是通过激光加工硅基板的表面获得的，所述的成膜层是通过自组装分子膜在纹理层上成膜来获得的。

本发明所述的纹理层具有微米-亚微米级的表面纹理结构。

本发明所述的纹理结构是点阵纹理、直线纹理或网格纹理。

本发明所述的自组装分子膜为纯度97％的1H，1H，2H，2H-全氟辛烷基三氯硅烷，简称FOTS。

一种具有超疏水性能的硅材料基板的构建方法包括以下步骤：

A、对硅基板进行预处理，将所加工硅片依次放在丙酮、乙醇、纯水中，进行超声清洗3分钟，取出后用高纯氮气吹干；

B、采用激光加工器对硅基板表面进行激光加工，制备出具有微米-亚微米级的表面纹理结构；

C、利用自组装技术在激光加工后的硅基板表面进行自组装分子膜的成膜，构造出具有超疏水性能的表面。

本发明所述的激光加工包括点阵纹理加工、直线纹理加工或网格纹理加工。

本发明所述的自组装分子膜的成膜工艺包括以下步骤：

C1、将激光加工后的硅基板在丙酮、乙醇、纯水中依次进行超声清洗3min，以清除硅基板表面杂质；

C2、将清洗后的硅基板浸没到piranha溶液中进行90℃恒温水浴60min，使硅基板表面羟基化，取出后进行高纯水洗涤并用高纯氮气吹干；

C3、在试管中滴入1ml异辛烷，以异辛烷为溶剂，用微注射器抽取15μLFOTS，配制成反应溶液；

C4、将羟基化后的硅基板浸入到步骤C3制备好的反应溶液中真空保存60min后取出，依次在丙酮、乙醇、纯水中进行超声清洗，高纯氮气吹干；

C5、将制备好的硅基板放置到90℃恒温状态下的真空干燥箱中固化60min。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明在硅基板表面采用激光方法加工表面纹理结构并利用自组装技术在激光加工后的表面进行自组装分子膜的成膜，使原本亲水性的硅基板表面接触角达到160°左右，成为具有超疏水性能的硅材料基板。

2、由于本发明的工艺操作过程较为简单，工艺所需药品均易于获得，成本较低，且制备得到的硅基板疏水性能较为稳定。

附图说明

本发明共有附图5张，其中：

图1具有超疏水性能的硅材料基板的结构示意图。

图2具有超疏水性能的硅材料基板的构建工艺的流程图。

图3具有超疏水性能的硅材料基板的表面点阵纹理示意图。

图4具有超疏水性能的硅材料基板的表面直线纹理示意图。

图5具有超疏水性能的硅材料基板的表面网格纹理示意图。

图中：1、硅基板，2、纹理层，3、成膜层。

具体实施方式