[发明专利]一种具有超疏水性能的腔形柱状织构化硅材料及制备方法

权利要求书

1.一种具有超疏水性能的腔形柱状织构化硅材料，其特征在于：在晶向为（1,0,0）或（1,1,0）的单晶硅片表面均匀分布微米级腔形柱状织构，并在该织构化单晶硅片表面覆盖由癸基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷组成的多组分化学分子膜；所述的腔形柱状织构是由腔形柱状织构单元组合而成；所述的腔形柱状织构单元，是由4个相邻且带有腔形结构的方柱组成；所述的带有腔形结构的方柱，是在干法刻蚀得到的基础方柱上，对其4个侧面沿晶向进行各向异性刻蚀，得到4个腔形结构；所述腔形结构由夹角为70.6°~109.4°的上下两个腔面构成；所述的基础方柱，其高度为30~50μm，边长为10~20μm；所述的带有腔形结构的方柱，其柱高为35~55μm，边长为10~20μm。

2.一种具有超疏水性能的腔形柱状织构化硅材料的制备方法，其特征在于：制备方法包括如下步骤：

（1）取晶向为（1,0,0）或（1,1,0）的单晶硅片，通过干氧氧化、水汽氧化、湿氧氧化三种方法中任意一种或者几种组合，在其表面制备0.5~1μm的氧化层，得到含氧化层单晶硅片；

（2）在覆盖氧化层的单晶硅片表面通过干法刻蚀制备出边长为10~20μm，高度为30~50μm，相邻柱间距为40~60μm的方形柱状织构阵列，得到方柱织构化单晶硅片；

（3）将方柱织构化单晶硅片置入浓度为30~33%KOH水溶液中，保持80℃刻蚀20~30min，得到柱顶覆盖氧化层的腔形柱状织构化单晶硅片；

（4）将柱顶覆盖氧化层的腔形柱状织构化单晶硅片置入浓度为4~6%HF的水溶液或缓冲氧化硅蚀刻液中，去除氧化层，得到腔形柱状织构化单晶硅片；

（5）将腔形柱状织构化单晶硅片依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，然后用氮气吹干，置入由98wt％H₂SO₄和30wt％H₂O₂以体积比为7：3新鲜配制的Piranha溶液中，保持85℃~95℃反应30min~50min，用去离子水冲洗，氮气吹干，得到表面羟基化的腔形柱状织构化单晶硅片；

（6）配制癸基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷的多组分溶液20mL，将表面羟基化的腔形柱状织构化单晶硅片置入多组分溶液中，常温静置12h~24h，之后分别用氯仿、丙酮和乙醇超声清洗5min，去除表面残留的试剂，并用氮气吹干，得到表面覆盖癸基三氯硅烷和十八烷基三氯硅烷多组分分子膜的腔形柱状织构化单晶硅片，即为一种具有超疏水性能的腔形柱状织构化硅材料。

3.根据权利要求2所述的具有超疏水性能的腔形柱状织构化硅材料的制备方法，其特征在于：所述干法刻蚀是由机械划刻、等离子体刻蚀、激光刻蚀中的任意一种或几种组合制备样品。

4.根据权利要求2所述的具有超疏水性能的腔形柱状织构化硅材料的制备方法，其特征在于：所述缓冲氧化硅蚀刻液是由浓度为40%的NH₄F和浓度为49%的HF以体积比为6：1混合所得的溶液。

5.根据权利要求2所述的具有超疏水性能的腔形柱状织构化硅材料的制备方法，其特征在于：所述癸基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷的多组分溶液，其溶质为癸基三氯硅烷和十八烷基三氯硅烷，二者物质的量均为0.02mmol。

6.根据权利要求2所述的具有超疏水性能的腔形柱状织构化硅材料的制备方法，其特征在于：所述癸基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷的多组分溶液，其溶剂为十六烷和氯仿以体积比为4:1配制的溶液。