Nanocrystalline diamond-glass platform for the development of three-dimensional micro- and nanodevices

用于开发三维微纳米器件的纳米晶金刚石玻璃平台

引用

Janssens, S. D., Vázquez-Cortés, D., Giussani, A., Kwiecinski, J. A., & Fried, E. (2019)。用于开发三维微纳米器件的纳米晶金刚石玻璃平台。 Diamond & Related Materials, 98, 107511. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2019.107511

关键词

  • 纳米晶体金刚石 (NCD)
  • 玻璃通孔 (TGV)
  • 微加工
  • 玻璃蚀刻
  • 激光烧蚀
  • 3D微纳米器件
  • 单细胞培养与分析
  • 微电极
  • 量子技术​​
  • 高温微机电系统 (MEMS)

简介

本文介绍了一种低成本制造纳米晶体金刚石-玻璃平台的工艺，该平台可用于微纳米器件。

摘要

Stoffel D. Janssens 等人于 2019 年发表在《Diamond & Related Materials》上的文章《用于开发三维微纳米器件的纳米晶体金刚石-玻璃平台》详细介绍了一种制造纳米晶体金刚石-玻璃平台的新型工艺。该平台在单细胞分析、药物输送、微电极和高温微机电系统 (MEMS) 等多个领域都具有潜在的应用前景。

作者概述了一种无需光刻和转印的低成本制造方法。该工艺首先用氢氟酸 (HF) 将 Lotus NXT 玻璃基板的一侧蚀刻至 50 μm 的厚度。接下来，使用激光烧蚀在蚀刻面上创建直径和深度约为 40 μm 的盲孔。然后在基板的另一侧生长一层厚度约为 175 nm 的纳米晶金刚石 (NCD) 薄膜。最后的 HF 蚀刻步骤将基板减薄至约 25 μm，从而形成由悬浮 NCD 薄膜密封的玻璃通孔 (TGV)。

作者进行了各种测试以改进制造工艺的每个阶段。他们研究了 HF 浓度和蚀刻时间对蚀刻深度和表面粗糙度的影响。他们优化了激光烧蚀参数，以在实现所需盲孔尺寸的同时最大限度地减少裂纹的形成。最后，他们研究了生长的NCD薄膜的特性，包括其结晶度、厚度和应力。

由此产生的NCD-玻璃平台高度透明，可承受至少300 kPa的压力。作者提出，可以通过采用其他激光烧蚀技术或激光激活玻璃来进一步提高TGV的平滑度。他们还指出，可以通过选择具有特定热膨胀系数的玻璃来微调该平台的热性能，从而开发用于高温应用的器件。

来源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925963519304650

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