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結論

在表面微結構對靜態接觸角的實驗中，我可以得到以下的結論：

1.Cassie 模式對於微米級的表面微結構所能解釋的範圍大約是

f1=0.08~0.9，當固液接觸面積比例小於 0.08 時，高度會決定液珠的 完全浸潤或是懸浮狀態。2.當固液接觸面積比例的微結構做靜態接觸 角實驗時，間距愈大的微結構愈容易造成液珠滲入微結構之中。3.

在相同固液接觸面積比例的微結構中，若改變微結構間的間距，其結 果不影響液珠的靜態接觸角。4.不同形狀的微結構不會影響液珠的靜 態接觸角。5.在相同的固液接觸面積比例下，液珠對十字型微結構的 靜態接觸角大於方型微結構。6.當微結構高度愈高，液珠愈不容易塌 陷於微結構之中。

在表面微結構對表面附著現象的實驗中，發現有方向性的微結 構，不論其靜態接觸角的大小，液珠皆會滲入其中，使液珠移動時，

都會留下殘留物於其上。而沒有方向性的微結構中，液珠因為慣性力 受力均勻，但是與固體間的附著力受力不均，造成主要液珠會塌陷於 微結構間，不過當混合型結構卻無此情況，推測可能是混合型結構與 固體間的附著力較均勻，所以液珠能順利於微結構上滑動。

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表 2-1 光阻種類與使用參數

圖

圖 1-1 SEM 拍攝之葉面結構圖.a-d 之條狀物長度為 100μm，e-f 之條狀物長度為 20μm[15]

圖 1-2 力—尺度關係圖[16]

γlv

γVS

γsl

圖 1-3 Young model[18]

Large Contact angle Low surface energy 圖1-4 靜態接觸角與表面

能關係圖<1>

Small Contact angle High surface energy 圖1-5靜態接觸角與表面

能關係圖<2>

θ*

圖 1-6 Wenzel model

θ*

圖 1-7 Cassie model

圖 1-8 不同深寬比與接觸角的變化關 係圖[23]

圖 1-9[29]

圖 1-10 附著濕潤[30]

固定層

圖 1-11 表面電雙層示意圖

擴散層

晶圓表面

2 公分

2

公分

圖 2-1 晶圓上微結構所設計之區域圖

圖 2-2 凹陷等腰三角型與凹陷長方形微結構 Type 1 與 Type 2 示

8.蒸鍍鋁 鋁

Silicon

6.去光阻

光阻

1.清洗晶圓 5.蝕刻鋁

2.蒸鍍鋁

4.旋塗光阻 7.蝕刻矽

4.曝光、顯影

圖 2-3 表面微結構製程之流程圖

圖 2-4 高密度活性離子蝕刻系統

（High Density Plasma Reactive Ion Etching System, HDP-RIE）

圖 2-5 靜態接觸角量測儀器

圖 2-6 倒立式螢光顯微鏡

圖 2-7 離心機

圖 2-8 螢光粒子激發與吸收波長關係圖

間距 80 微米

圖 3-1 固液接觸面積比例為 0.2 之長條狀微結構 SEM 圖（寬度 20 微 米、間距 80 微米）

間距 46 微米

圖 3-2 固液接觸面積比例為 0.3 之長條狀微結構 SEM 圖（寬度 20 微 米、間距 46 微米）

間 距 30 微 米

圖 3-3 固液接觸面積比例為 0.4 之長條狀微結構 SEM 圖（寬度 20 微 米、間距 30 微米）

間 距 20 微 米

圖 3-4 固液接觸面積比例為 0.5 之長條狀微結構 SEM 圖（寬度 20 微 米、間距 20 微米）

間 距 20 微 米

圖 3-5 固液接觸面積比例為 0.6 之長條狀微結構 SEM 圖（寬度 20 微 米、間距 13 微米）

圖 3-6 固液接觸面積比例為 0.7 之長條狀微結構 SEM 圖（寬度 20 微 米、間距 8 微米）

間 距 20 微 米

圖 3-7 固液接觸面積比例為 0.8 之長條狀微結構 SEM 圖（寬度 80 微 米、間距 20 微米）

間 距 20 微 米

圖 3-8 固液接觸面積比例為 0.9 之長條狀微結構 SEM 圖（寬度 180 微米、間距 20 微米）

圖 3-9 固液接觸面積比例為 0.5 之長條狀微結構 SEM 圖（寬度 10 微 米、間距 10 微米）

圖 3-10 固液接觸面積比例為 0.5 之長條狀微結構 SEM 圖（寬度 20 微米、間距 20 微米）

圖 3-11 固液接觸面積比例為 0.5 之長條狀微結構 SEM 圖（寬度 30 微米、間距 30 微米）

圖 3-12 固液接觸面積比例為 0.5 之長條狀微結構 SEM 圖（寬度 40 微米、間距 40 微米）

圖 3-13 固液接觸面積比例為 0.25 之方型微結構 SEM 圖（邊長 20 微 米、間距 20 微米）

間距 60 微米

圖 3-14 固液接觸面積比例為 0.06 之方型微結構 SEM 圖（邊長 20 微 米、間距 60 微米）

間距 80 微米

圖 3-15 固液接觸面積比例為 0.04 之方型微結構 SEM 圖（邊長 20 微 米、間距 80 微米）

間距 120 微米

圖 3-16 固液接觸面積比例為 0.02 之方型微結構 SEM 圖（邊長 20 微 米、間距 120 微米）

圖 3-17 固液接觸面積比例為 0.25 之方型微結構 SEM 圖（邊長 50 微 米、間距 50 微米）

圖 3-18 固液接觸面積比例為 0.25 之圓型微結構 SEM 圖（半徑 28.21 微米、間距 43.58 微米）

圖 3-19 固液接觸面積比例為 0.25 之半圓型微結構 SEM 圖（半徑 39.89 微米、X 方向間距為 20.22 微米、Y 方向間距為 60.11 微米）

圖 3-20 固液接觸面積比例為 0.25 之半圓混合型微結構 SEM 圖（半 徑 39.89 微米）

圖 3-21 微結構頂部的表面 SEM 圖

圖 3-22 微結構與微結構之間經過蝕刻後底部的表面 SEM 圖

0

Experimental Data (平行方 向)

Experimental Data (正交方 向)

Experimental Data (平行方 向)

Experimental Data (正交方 向)

Cassie Model

Wenzel Model

圖 3-24 長條狀微結構(H=10 微米)--靜態接觸角與固液接觸面積比 例之關係圖

圖 3-24 液珠在長條狀微結構被拉長之情形

0 50 100 150 200

0.02 0.04 0.06 0.09 0.25 固液接觸面積比例

靜態接觸角

Experimental Data Cassie Model Wenzel Model

圖 3-26 方柱狀微結構(H=5 微米)--靜態接觸角對固液接觸面積比例 之關係圖

注射針頭 矽晶圓 載台

（a）剛開始的情 況

（b）注射液體（6 微升）

（c）使載台上 移，接觸液珠。

（d）使載台下 移，使液珠脫離

圖 3-27 液珠滴定之示意圖 針頭。

（c）液珠最後會停止 於微結構的邊緣

（b）可以發現液珠向左右與 向下擴散的情況不一樣。

（a）此時為液珠剛與微結 構接觸的情況

圖 3-28 亞穩態產生之示意圖

0 50 100 150 200

0.02 0.04 0.06 0.09 0.25

固液接觸面積比例(f1)

115

100

100

120

114 116 118 120 122

0 5 10 15

微結構高度

靜態接觸角

三角形 Type 1 三角形 Type 2 長方形 Type 1 長方形 Type 2

圖 3-39 相同固液接觸面積比例(f1=0.91)之三角型與長方形微結構 之比較

圖 3-40 平滑表面的表面附著現象圖-液珠起始區域

圖 3-41 平滑表面的表面附著現象圖-被甩出的次要液珠

圖 3-42 平滑表面的表面附著現象圖-末端液珠殘留情況

圖 3-43 在長條狀微結構上液珠起始落下區域之表面附著現象圖<1>

（微結構寬度 10 微米、間距 90 微米）

圖 3-44 在長條狀微結構上液珠起始落下區域之表面附著現象圖<2>

（微結構寬度 20 微米、間距 30 微米）

圖 3-45 在長條狀微結構上液珠起始落下區域之表面附著現象圖<3>

（微結構寬度 20 微米、間距 13 微米）

圖 3-46 在長條狀微結構上液珠起始落下區域之表面附著現象圖<4>

（微結構寬度 80 微米、間距 20 微米）

圖 3-47 在長條狀微結構上液珠液珠移動中段區域之表面附著現象圖

<1>（微結構寬度 20 微米、間距 80 微米）

圖 3-48 在長條狀微結構上液珠液珠移動中段區域之表面附著現象圖

<2>（微結構寬度 40 微米、間距 40 微米）

圖 3-49 在長條狀微結構上液珠液珠移動中段區域之表面附著現象圖

<3>（微結構寬度 20 微米、間距 13 微米）

圖 3-50 在長條狀微結構上液珠液珠移動中段區域之表面附著現象圖

<4>（微結構寬度 80 微米、間距 20 微米）

圖 3-51 在長條狀微結構上液珠液珠移動末段區域之表面附著現象圖

<1>（微結構寬度 20 微米、間距 46 微米）

圖 3-52 在長條狀微結構上液珠液珠移動末段區域之表面附著現象圖

<2>（微結構寬度 40 微米、間距 40 微米）

圖 3-53 在方型微結構上液珠邊緣滲入的情形（方型邊長 50 微米、

間距 50 微米）

圖 3-54 在方型微結構上液珠邊緣滲入的情形（方型邊長 20 微米、

間距 20 微米）

圖 3-55 在半圓型微結構上液珠邊緣滲入的情形

圖 3-56 在方型微結構上液珠移動後之表面附著現象情形（方型邊長 50 微米、間距 50 微米）

圖 3-57 在方型微結構上液珠移動後之表面附著現象情形（方型邊長 30 微米、間距 70 微米）

圖 3-58 在方型微結構上液珠移動後之表面附著現象情形（方型邊長 20 微米、間距 80 微米）

圖 3-59 在混合型微結構上液珠移動後之表面附著現象情形

慣性力

圖 3-60 微結構受慣性力示意圖

0 度角

90 度角 45 度角

圖 3-61 慣性力方向與微結構方向呈 0 度角、45 度角、90 度角之圖

圖 3-62 慣性力方向與微結構方向呈 0 度角-離旋轉中心距離較近

圖 3-63 慣性力方向與微結構方向呈 0 度角-離旋轉中心距離較遠

圖 3-64 慣性力方向與微結構方向呈 45 度角-主要液珠移動中會陷於 微結構之間

圖 3-65 慣性力方向與微結構方向呈 45 度角-次要液珠移動中會陷於 微結構之間

圖 3-66 慣性力方向與微結構方向呈 90 度角-主要液珠移動中會陷於 微結構之間

圖 3-67 慣性力方向與微結構方向呈 90 度角-次要液珠移動中不會陷

圖 3-67 慣性力方向與微結構方向呈 90 度角-次要液珠移動中不會陷

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