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如何通过微纳加工制造电极阵列 ?

1. 基底预处理

清洗基底:用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗,去除油脂和颗粒杂质,确保表面洁净。

氧化 / 钝化(如需):在硅基底上通过热氧化生长二氧化硅(SiO₂)绝缘层,或通过溅射沉积氮化硅(Si₃N₄)作为绝缘层,厚度通常为几百纳米至微米级。

2. 光刻图形化

旋涂光刻胶:在基底表面均匀旋涂光刻胶(如正性光刻胶 SU-8 或负性光刻胶 AZ 系列),通过控制旋涂转速调整胶层厚度(如 1-10 μm)。

前烘:加热基底(如 90-120℃)使光刻胶固化,增强粘附力。

曝光:利用紫外光(UV)通过掩膜版对光刻胶进行选择性曝光。

关键设备:光刻机(如接触式光刻机、步进式光刻机,分辨率可达微米级;若需纳米级,需电子束光刻(EBL))。

显影与后烘:用显影液溶解曝光后的光刻胶,形成所需图形(如电极阵列的孔洞或线条),后烘固化图形边缘。

3. 薄膜沉积(电极材料制备)

通过物理或化学方法在基底表面沉积金属电极材料,常用方法:

溅射沉积:

在真空腔中,用高能离子束轰击金属靶材(如 Au、Pt),使原子沉积到基底表面,形成均匀金属薄膜(厚度通常为 100 nm-1 μm)。

优势:沉积速率快、薄膜附着力强,适合大面积均匀沉积。

电子束蒸发:

加热金属材料至蒸发,原子在真空环境中沉积到基底,适合高熔点金属(如 W、Mo)。

化学气相沉积(CVD):

用于沉积导电薄膜(如石墨烯、碳纳米管),通过气体化学反应在基底表面生长导电材料,适用于柔性电极或纳米级结构。

4. 刻蚀或剥离(图形转移)

将光刻胶图形转移到金属薄膜上,形成电极阵列结构:

剥离工艺(Lift-off):

若光刻胶图形为 “正性”(曝光区域被保留),金属会沉积在光刻胶和基底表面。

用有机溶剂(如丙酮)溶解光刻胶,未被光刻胶覆盖的金属被剥离,剩余部分形成电极图案。

优势:适合复杂图形和小尺寸电极(纳米级),避免刻蚀对基底的损伤。

刻蚀工艺:

若采用 “负性” 光刻胶(未曝光区域保留),用离子束刻蚀(如反应离子刻蚀 RIE)或湿法刻蚀去除未被光刻胶保护的金属薄膜,保留目标电极图形。

适用场景:金属薄膜较厚或需要高深宽比结构时。

光刻加工

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