一種楔形硅結(jié)構(gòu)陣列的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種楔形硅結(jié)構(gòu)陣列的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在自然界中，壁虎依靠神奇的四腳在靜止時(shí)緊緊吸附，移動(dòng)時(shí)輕松脫離。許多對(duì)壁虎腳足剛毛的研究認(rèn)為:壁虎之所以能夠攀檐走壁，完全是壁虎腳與攀爬對(duì)象之間“范德華力”作用的結(jié)果。因此，多年來(lái)各國(guó)科研人員都致力于用納米材料來(lái)模仿壁虎腳剛毛，并制造了各式各樣的“機(jī)器壁虎”。然而，這些“機(jī)器壁虎”大都只能局限于在光滑的物體表面緩慢移動(dòng)，需要外接電源和控制裝置，無(wú)法有效控制“強(qiáng)吸附”、“弱脫附”的過(guò)程以及運(yùn)動(dòng)方向，更不能克服萬(wàn)有引力的作用倒立在天花板上運(yùn)動(dòng)。壁虎的驚人攀爬能力源于腳趾上的微毛。在接觸物體表面時(shí)，微毛可充當(dāng)粘性極高的“單向粘合劑”，如果朝另一個(gè)方向移動(dòng)，粘性便會(huì)消失。因此，壁虎的足部形態(tài)一直以來(lái)都是仿生學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)熱門(mén)課題，在這一領(lǐng)域研究的突破將會(huì)給民生、國(guó)防、航天等領(lǐng)域帶來(lái)革命性的影響。
[0003]目前對(duì)壁虎足部的仿生主要集中在兩個(gè)方向:一個(gè)是“強(qiáng)吸附”，另一個(gè)是“單向粘合”。前者主要是壁虎仿生學(xué)初期，用密集的納米線陣列模擬壁虎的剛毛，在納米線與物體接觸面間形成范德華力，疊加后形成巨大的吸附力和剪切力。后者則是近幾年來(lái)利用特殊的光刻和倒模、澆鑄工藝，在襯底上制作了單向傾斜的楔形結(jié)構(gòu)陣列，使這種陣列在物體接觸面上僅在結(jié)構(gòu)傾斜方向的反方向上產(chǎn)生較大的粘合力，而在其它方向上幾乎沒(méi)有粘合力，從而實(shí)現(xiàn)“單向粘合”的特性。
[0004]現(xiàn)有的楔形結(jié)構(gòu)陣列，主要是在足夠厚的SU8膠上，用兩次不同角度的曝光將楔形圖形的SU8膠去除，而后利用PDMS(即聚二甲基硅氧烷)等柔性材料澆鑄進(jìn)SU8膠上的楔形槽，固化后揭開(kāi)以形成楔形結(jié)構(gòu)陣列。然而，這種方法制備的楔形結(jié)構(gòu)陣列由于采用柔性材料，在與物體接觸后會(huì)發(fā)生變形，形變較大時(shí)會(huì)產(chǎn)生大面積粘連而失效，因此使用壽命較短；另外，對(duì)于大面積的楔形結(jié)構(gòu)陣列，固化后脫膜極其困難，因此該方法也不適合進(jìn)行大批量制造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種楔形硅結(jié)構(gòu)陣列的制作方法，包括步驟:A)在襯底上鍵合形成預(yù)定厚度的硅層；B)在所述預(yù)定厚度的硅層上形成多個(gè)掩膜條；C)將所述硅層的未被所述掩膜條覆蓋的部分去除，其中，所述硅層的被所述掩膜條覆蓋的部分的截面形狀為梯形形狀；D)將所述掩膜條去除，以將所述硅層的被所述掩膜條覆蓋的部分暴露；E)在步驟D)中暴露的所述硅層的側(cè)斜壁上涂布多個(gè)光刻膠；F)將步驟E)中未被所述光刻膠覆蓋的硅層去除；G)將步驟E)中涂布的所述光刻膠去除，從而形成陣列排布的楔形硅結(jié)構(gòu)。
[0006]進(jìn)一步地，所述傾斜壁與所述襯底的表面的夾角為50°至60°。
[0007]進(jìn)一步地，所述襯底的材料為玻璃，其中，所述步驟A)的具體方法包括:將由玻璃形成的襯底與硅片進(jìn)行陽(yáng)極鍵合；將所述硅片減薄，以形成所述預(yù)定厚度的硅層。
[0008]進(jìn)一步地，所述預(yù)定厚度等于所述楔形硅結(jié)構(gòu)的高度。
[0009]進(jìn)一步地，所述硅片為雙面拋光的硅片。
[0010]進(jìn)一步地，在步驟B)中，所述多個(gè)掩膜條等間距排列。
[0011]進(jìn)一步地，所述步驟B)的具體方法包括:在所述預(yù)定厚度的硅層上形成掩膜層；在所述掩膜層上等間距涂布光刻膠；將所述掩膜層的未被光刻膠覆蓋的部分去除；將涂布的光刻膠去除，從而形成等間距排列的所述多個(gè)掩膜條。
[0012]進(jìn)一步地，所述多個(gè)掩膜條之間的間距不小于所述楔形硅結(jié)構(gòu)的高度的1.15倍。
[0013]進(jìn)一步地，在步驟E)中，所述多個(gè)光刻膠等間距排列。
[0014]進(jìn)一步地，所述硅層的被所述掩膜條覆蓋的部分的截面形狀為梯形形狀。
[0015]本發(fā)明的楔形硅結(jié)構(gòu)陣列的制作方法，相比于目前常用的柔性材料倒模、澆鑄等工藝制備的楔形結(jié)構(gòu)陣列，具有工藝簡(jiǎn)單，成品率高，適合大批量制造的特點(diǎn)，并且所制備的楔形硅結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]通過(guò)結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述，本發(fā)明的實(shí)施例的上述和其它方面、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，附圖中:
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的楔形硅結(jié)構(gòu)陣列的制作方法的流程圖；
[0018]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制作楔形硅結(jié)構(gòu)陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的硅層的側(cè)斜壁上涂布多個(gè)光刻膠的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下，將參照附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限制于這里闡述的具體實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實(shí)施例和適合于特定預(yù)期應(yīng)用的各種修改。
[0021]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的楔形硅結(jié)構(gòu)陣列的制作方法的流程圖。
[0022]參照?qǐng)D1，在步驟110中，在襯底102上鍵合形成預(yù)定厚度的硅層101。該步驟的具體方法請(qǐng)參照?qǐng)D2中(a)圖和(b)圖。襯底102的材料可采用玻璃材料，但本發(fā)明并不限制于此。
[0023]步驟110的具體方法包括:
[0024]在圖2的(a)圖中，將一片硅片100和一片玻璃102進(jìn)行陽(yáng)極鍵合。當(dāng)然，在將硅片100和玻璃102進(jìn)行陽(yáng)極鍵合之前，要對(duì)硅片100與玻璃102進(jìn)行清洗。此外，硅片100可為雙面拋光的硅片，其可為(100)型，玻璃102可為硼硅玻璃，但本發(fā)明并不限制于此。
[0025]在圖2的(b)圖中，對(duì)硅片100進(jìn)行減薄，以形成預(yù)定厚度的硅層101。這里，所述預(yù)定厚度與將要形成的楔形硅結(jié)構(gòu)的高度相等。此外，對(duì)硅片100進(jìn)行減薄的方法具體可為:利用851:、40被％的氫氧化鉀溶液對(duì)硅片100進(jìn)行腐蝕，以對(duì)硅片100進(jìn)行減薄。但本發(fā)明并不顯局限于此，例如對(duì)硅片100進(jìn)行減薄的方法具體也可為:采用減薄拋光(CMP)工藝對(duì)硅片100進(jìn)行減薄，但在對(duì)減薄后的硅片100的表面進(jìn)行拋光之前，要對(duì)減薄后的硅片100的表面進(jìn)行研磨。這里，經(jīng)研磨后的硅片100的厚度(即所述預(yù)定厚度)約為100微米。
[0026]在步驟120中，在預(yù)定厚度的硅層101上形成多個(gè)掩膜條103。該步驟的具體方