Наиболее распространенным и доступным методом, применяемым при изготовлении игл из пластин монокристаллического кремния, является анизотропное жидкостное травление. Зависимость формы и размеров игл от концентрации травящего раствора при использовании одного типа маски (круглой, квадратной или другой формы) изучена недостаточно полно. Данные о форме, размере и аспектном отношении получаемых игл для высоких концентраций водного раствора KOH (более 50 %) практически не приводятся. В работе изучена зависимость формы, размеров и аспектного отношения кремниевых игл пирамидальной формы, полученных при анизотропном травлении кремния в водном растворе КОН, от концентрации раствора в интервале 30–75 %. Проведены расчеты индексов Миллера (hkl) для плоскостей, образующих грани игл. Показано, что использование высоких концентраций водного раствора KOH (70 и 75 %) позволяет изготавливать иглы в форме восьмиугольных пирамид, сохраняющих форму на всей высоте. На остриях таких игл практически отсутствуют дефекты в виде «микролезвий», тогда как при меньших концентрациях водного раствора KOH (30 и 50 %) «микролезвия» наблюдаются практически на всех иглах. Установлено, что при травлении кремния в 75%-ном водном растворе KOH формируются иглы с наибольшей высотой (12–14 мкм) и максимальным аспектным отношением, равным 1,72 мкм, боковые грани игл образованы восемью плоскостями из семейства {411} и {141}.
1. Burt D. P., Dobson P. S., Donaldson L. A., Weaver J. M. R. A simple method for high yield fabrication of sharp silicon tips // Microelectronic Engineering. 2008. Vol. 85. Iss. 3. P. 625–630.
https://doi.org/10.1016/ j.mee.2007.11.010
2. Li J., Xie J., Xue W., Wu D. Fabrication of cantilever with self-sharpening nano-silicon-tip for AFM applications // Microsyst. Technol. 2013. Vol. 19. Iss. 2. P. 285–290.
https://doi.org/10.1007/s00542-012-1622-x
3. Новак А. В., Новак В. Р., Румянцев А. В. Особенности процесса изготовления кремниевых игл для кантилеверов // Изв. вузов. Электроника. 2021. Т. 26. № 3-4. С. 234–245.
https://doi.org/10.24151/1561-5405-2021-26-3-4-234-245
Novak A. V., Novak V. R., Rumyantsev A. V. Features of the manufacturing process of silicon needles for cantilevers. Russ. Microelectron., 2022, vol. 51, iss. 7, pp. 521–527.
https://doi.org/10.1134/S1063739722070071
4. Новак А. В., Новак В. Р. Оценка влияния размеров зонда на параметры морфологии поверхности пленок кремния с полусферическими зернами, получаемые методом атомно-силовой микроскопии // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2016. № 9. С. 70–80.
https://doi.org/10.7868/S0207352816090109
Novak A. V., Novak V. R. Influence of the probe sizes on the parameters of the surface morphology of hemispherical-grain polysilicon films: Estimation via atomic-force microscopy. J. Surf. Investig., 2016, vol. 10, iss. 5, pp. 949–958.
https://doi.org/10.1134/S1027451016050104
5. Zhang X., Yu X., Li T., Wang Y. A novel method to fabricate silicon nanoprobe array with ultra-sharp tip on (111) silicon wafer // Microsyst. Technol. 2018. Vol. 24. Iss. 7. P. 2913–2917.
https://doi.org/10.1007/ s00542-017-3687-z
6. Wolter O., Bayer Th., Greschner J. Micromachined silicon sensors for scanning force microscopy // J. Vac. Sci. Technol. B. 1991. Vol. 9. Iss. 2. P. 1353–1357.
https://doi.org/10.1116/1.585195
7. Brugger J., Buser R. A., De Rooij N. F. Silicon cantilevers and tips for scanning force microscopy // Sensors and Actuators A: Physical. 1992. Vol. 34. Iss. 3. P. 193–200.
https://doi.org/10.1016/0924-4247(92)85002-J
8. Formation of silicon tips with <1 nm radius / R. B. Marcus, T. S. Ravi, T. J. Gmitter et al. // Appl. Phys. Lett. 1990. Vol. 56. Iss. 3. P. 236–238.
https://doi.org/10.1063/1.102841
9. Dey R. K., Shen J., Cui B. Oxidation sharpening of silicon tips in the atmospheric environment // J. Vac. Sci. Technol. B. 2017. Vol. 35. Iss. 6. Art. ID: 06GC01.
https://doi.org/10.1116/1.4998561
10. He H., Zhang J., Yang J., Yang F. Silicon tip sharpening based on thermal oxidation technology // Microsyst. Technol. 2017. Vol. 23. Iss. 6. P. 1799–1803.
https://doi.org/10.1007/s00542-016-2941-0
11. Hasegawa Y., Yasuda Y., Taniguchi K., Shikida M. Fabrication method with high-density, high-height microneedle using microindentation method for drug delivery system // Microsyst. Technol. 2020. Vol. 26. Iss. 3. P. 765–773.
https://doi.org/10.1007/s00542-019-04571-4
12. Fabrication of sharp silicon hollow microneedles by deep-reactive ion etching towards minimally invasive diagnostics / Y. Li, H. Zhang, R. Yang et al. // Microsyst. Nanoeng. 2019. Vol. 5. Art. No. 41.
https://doi.org/10.1038/s41378-019-0077-y
13. Liu J.-H., Betzner T. M., Henderson H. T. Etching of self-sharpening (338) tips in (100) silicon // J. Micromech. Microeng. 1995. Vol. 5. No. 1. P. 18–24.
https://doi.org/10.1088/0960-1317/5/1/004
14. Different aspect ratio pyramidal tips obtained by wet etching of (100) and (111) silicon / D. Resnik, D. Vrtacnik, U. Aljancic et al. // Microelectron. J. 2003. Vol. 34. Iss. 5–8. P. 591–593.
https://doi.org/10.1016/ S0026-2692(03)00056-9
15. Anisotropic wet etching silicon tips of small opening angle in KOH solution with the additions of I2/KI / J. Han, S. Lu, Q. Li et al. // Sensors and Actuators A: Physical. 2009. Vol. 152. Iss. 1. P. 75–79.
https://doi.org/10.1016/j.sna.2009.03.008
16. Wilke N., Reed M. L., Morrissey A. The evolution from convex corner undercut towards microneedle formation: Theory and experimental verification // J. Micromech. Microeng. 2006. Vol. 16. No. 4. P. 808–814.
https://doi.org/10.1088/0960-1317/16/4/018
17. Zubel I. Silicon anisotropic etching in alkaline solutions. III: On the possibility of spatial structures forming in the course of Si (100) anisotropic etching in KOH and KOH+IPA solutions // Sensors and Actuators A: Physical. 2000. Vol. 84. Iss. 1–2. P. 116–125.
https://doi.org/10.1016/S0924-4247(99)00347-7