标签: 湿蚀刻

引言 各向异性功能图形表面在微流体、生物医学和光电子学等领域得到了重要的应用。然而，表面图案在很大程度上依赖于高端设备和昂贵的模具/掩模和光阻剂。聚合物的分解行为在材料科学中得到了广泛的研究，但由于产生的化学和物理结构变化很少被认为是润湿性操作的机会。在这里，报道了一个简单的无掩模限制蚀刻策略的内在可湿性表面图案。通过印刷技术，表面润湿状态被调节，使化学蚀刻的设置位置和复杂图案的高效制造。值得注意的是，所创建的各向异性模式可用于实现水响应性信息的存储和加密，以及制造柔性电极。（江苏英思特半导体科技有限公司） 实验 在这里，我们报告了一种简单和快速的无掩模蚀刻方法，通过控制材料表面的有限分解来精确的表面图案化（图1）。通过一种通用的打印技术和随后的位置限制化学蚀刻，制作了分辨率为200 μm的内在、复杂和准确的图案（如QR码）。特别地，建立了用于信息存储和加密的蚀刻处理窗口。按照设计的模式/信息可以隐藏在胶片中，但在暴露于外部刺激（例如，水/水分）后读取。由于金属导体在可湿模式中的选择性生长，也可以制造具有所需风格的柔性电子产品。这种无掩模和简单的方法在从各种聚合物材料中大量生产精确的功能模式方面显示出了巨大的潜力。（江苏英思特半导体科技有限公司） 图1具有各向异性润湿性的精确图案的制作策略。 首先，根据我们之前的工作，用呼吸图形法9,48制备了一种微孔三乙酸纤维素（CTA）薄膜。图1a和补充图1a分别显示了所制备的微孔膜的典型顶部和横截面扫描电镜图像。表面呈现明显的三维蜂窝状（HC）微孔结构，顶部为薄单层，水接触角（WCA）为87±3.9°（5 μl液滴体积）。将HC薄膜浸入5M氢氧化钠水溶液中3小时后，所得到的薄膜的透明度明显增加（图2b）。从处理后的膜的扫描电镜图像（图2b和补充图1b），顶部单层消失，暴露的微孔出现粗糙的结构。 同时，表面的WCA显著降低到22°。更有趣的是，如果预先用乙醇对HC膜进行预润湿，只有30s的碱性处理也能达到同样的效果（图2c）。相比之下，仅在5M氢氧化钠水溶液中处理30 s的非预湿HC薄膜的微观结构、不透明度和WCA值几乎没有变化（图2d）。如图2e所示，与原始HC薄膜相比，两种蚀刻样品（非预湿HC3小时处理和预湿HC30s处理）在~1737cm−1（C=O）和~3331cm−1（-OH）处的吸光度增强，表明蚀刻多孔结构的形成是由于CTA49-52的碱基催化去乙酰化。同时，微观结构的改变和暴露的-OH基团有助于提高亲水性。相比之下，C=O和-OH基团几乎不变的峰表明，在非预润湿的情况下，没有去乙酰化，而只有30-s的碱性处理。（江苏英思特半导体科技有限公司） 图2可调NaOh蚀刻。一个原始HC表面的扫描电镜图像和水接触角（WCA）。 结论 基于氢氧化钠水溶液中HC表面的去乙酰化作用，通过喷墨打印辅助的表面蚀刻方法，可以很容易地、快速地制备出固有的可湿性图案。通过调节氢氧化钠的浓度和蚀刻时间，可以准确地控制其形态和润湿性。在印刷技术的基础上，准确地描绘了复杂的图案。具有选择性润湿性，模式信息可以存储和加密在纤维素膜上；一旦暴露在水等外部刺激下，就可以读取加密密钥。 此外，这种方法也可用于制备功能材料，例如柔性电子器件。制备的银电极具有高电导率（63.9×106Scm−1）和抗弯曲变形能力。这项工作提供了一种可扩展的表面可湿图案策略，但材料基底需要三种要求：(1)可以对基底表面进行化学反应/处理（包括化学降解、分解甚至偶联）；(2)基底表面可以用油墨书写，并且可以很好地保持油墨图案；此外，在这项工作中的油墨是水溶性的，以允许快速氢氧化钠水溶液进入微孔。在未来，预计会有更多的油墨（例如，通过油油墨）被发现并用于（超级）疏水基质。我们相信这种无掩模和简单的策略可以应用于更多的材料表面，为广泛的应用带来更多的机会。（江苏英思特半导体科技有限公司）

引言 氮化镓因其独特的性质和在光电和微电子器件中的潜在应用而引起了广泛的兴趣。然而， GaN 异质外延层中高达 108 cm-2 的位错密度缩短了 GaN 基器件的寿命。氮化铝和氮化镓之间的化学相容性和晶格 / 热膨胀匹配使得块状氮化铝单晶可能适合氮化镓外延生长。此外，高热导率 (340W/m · K) 和高电阻率使 AlN 成为大功率器件的理想选择。。 AlN 具有极性纤锌矿结构，由紧密间隔的六边形层组成，在沿 c 轴堆叠在一起的阳离子 (Al3+) 和阴离子 (N3-) 层之间交替。因此，基面可以是正极性的或负极性的。氮化铝的极性对于控制外延氮化镓薄膜中的杂质掺入和压电效应非常重要。本文报道了用不同升华生长方法制备的氮化铝单晶的刻蚀研究。 实验 我们研究了几种生长在不同熔炉和坩埚材料中的晶体。样品 A 是使用涂有 NbC 的石墨坩埚在石墨加热元件炉中生长的棱柱形针状；样品 B 是与普通石墨坩埚在同一炉中生长的六边形小板；样品 C 在微波加热炉中生长；样品 D 在带有钨坩埚的钨加热元件炉中生长。样品 A 、 B 和 C 采用自播种机制，而样品 D 是直接生长在 6H- 碳化硅 ( 硅面 ) 衬底上的厚氮化铝薄膜。蚀刻前，所有样品都用盐酸清洗十分钟，以去除表面的任何杂质。为了估算单晶的合适蚀刻时间，我们通过测量蚀刻引起的质量和尺寸变化，计算了搅拌条件下多晶氮化铝样品的蚀刻速率随时间的变化。根据该测量，单晶的标准蚀刻条件设定为在 45wt% 氢氧化钾溶液中在 60 ℃ 下 10 分钟。蚀刻后，所有样品在 38wt% 盐酸溶液中漂洗 5 分钟以中和氢氧化钾残留物。 结果和讨论 样品 A 的扫描电镜图像 ( 蚀刻前后 ) 如图 2 所示。显然，垂直于基面的平面没有蚀刻。在基底 (0001) 平面上观察到快速蚀刻，导致六边形小丘的形成。通过类比报道的氮化镓的结果，我们得出结论，该基面具有氮极性。蚀刻也发生在从基面倾斜小于 90 °的晶面上 ( 图 2d) 。该晶体的小丘密度约为 5 × 107 cm-2 。 图 3 显示了样品 b 的蚀刻效果。图 3a 显示了蚀刻前的氮化铝晶体；图像 3b 和 3c 用于 10 分钟蚀刻，所有其他图像用于额外的 20 分钟蚀刻。如图 3c 和 3d 所示，在 (0001) 基面上再次观察到六边形小丘。图 3e 给出了放大后这些小丘的概貌。 3c (10 分钟蚀刻 ) 中的小丘直径约为 1 m ， 3d( 额外 20 分钟蚀刻 ) 中的小丘直径约为 2 m 。考虑到小晶体尺寸和高温 (60 ℃ ) 下溶液的自对流，我们认为蚀刻剂的损耗并不显著，即氢氧化钾的浓度没有变化。因此，我们得出结论，随着暴露 (0001) 面的面积向零减少，蚀刻速率随着时间而降低。 图 2 样品 A 在 (A) 蚀刻之前和 (b ， c ， d) 蚀刻之后。 (a) 蚀刻前； (b) 蚀刻后； (c) 蚀刻后 (a) 中圆圈的放大图像；和 (d) 蚀刻后 (b) 中圆圈的放大图像 图 3 蚀刻前后的样品 结论 对于 AlN 单晶，氮极性（ 0001) 基平面最初蚀刻迅速，而铝极性基面和棱柱 (1101 ）平面没有蚀刻。氮极性基平面的蚀刻率最终下降到零，因为表面完全被平面包围的六角形山丘所覆盖。所研究的 AlN 晶体的密度通常在 5×107cm-2 到 109cm-2 之间。从我们对蚀刻的 AlN 晶体的分析中，我们推断出自由成核的晶体主要有氮到铝的方向，从成核表面指向，即 AlN 晶体面对源的末端是铝的极性。