基于双面键合工艺的微色谱柱及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于双面键合工艺的微色谱柱及其制备方法，所述制备方法包括步骤：在一块硅片上正、反两面刻蚀微色谱柱所需的微沟道，随后分两步分别在该硅片的正反两面完成硅玻璃阳极键合，最后获得玻璃‑硅‑玻璃结构的双色谱柱芯片；或者在两块硅片上分别刻蚀出微色谱柱所需的微沟道，随后分两步分别在一块玻璃片的正反两面完成硅玻璃键合，最后获得硅‑玻璃‑硅结构的双色谱柱芯片。当采用微色谱柱和微热导检测器组成微型气相色谱仪时，只需一个本发明专利技术所提供的双面键合的微色谱柱芯片，具有便于安装，节省材料成本等诸多优点，在微电子机械系统领域尤其是色谱分析领域具有广泛的应用前景。

Micro chromatographic column based on double side bonding process and its preparation method

The invention provides a Microchromatographic column based on the double side bonding process and a preparation method. The preparation method comprises the steps: microchannel required for etching a microcolumn on a piece of silicon on a piece of silicon and then two steps are followed to complete the silicon glass anode bonding on both sides of the silicon wafer. The double chromatography column chip of the structure is used to etch the microchannel of the microcolumn on the two pieces of silicon chip, and then the silicon glass bonding is completed in two steps in the positive and reverse sides of a piece of glass, and the double chromatography column chip of the silicon structure is finally obtained. When microchromatography column and microthermal conductivity detector are used to form a micro gas chromatograph, only one microarray chip of double-sided bonding of this invention is needed. It has many advantages, such as convenient installation, saving material cost and so on. It has a wide application prospect in the field of microelectronic mechanical system, especially the chromatographic analysis collar.

【技术实现步骤摘要】
基于双面键合工艺的微色谱柱及其制备方法
本专利技术属于微电子机械系统领域，特别是涉及一种基于双面键合工艺的微色谱柱及其制备方法。
技术介绍
气相色谱柱的主要功能是对待分析的混合样品气体进行分离，它是气相色谱仪的核心部件。传统的气相色谱柱包括毛细管柱、填充柱等，由于体积较大，需要专门的柱温箱为其加热，其功耗达几千瓦，因此为了实现气相色谱仪的微型化，气相色谱柱的微型化至关重要。自上世纪70年代末以来，人们开始尝试在硅片上通过腐蚀/刻蚀的方法制作微色谱柱芯片。为了提高硅基微色谱柱的分离效率，研究者对其几何结构进行了优化设计，并取得了重要进展。对色谱柱在硅片上的布局研究表明蛇形布局优于螺旋形；色谱柱横截面有圆形和矩形之分，高深宽比的矩形柱性能更佳；同时研究表明柱内分布有规则排列的微柱结构阵列的所谓半填充式柱结构具有易于涂敷固定相、分离效率高等优点。综上所述，在硅基微气相色谱柱研究方面，研究者目前所取得的进展主要集中在其结构优化设计方面。而在利用微色谱柱、微热导检测器构建微气相色谱系统时，需要两个微色谱柱。一方面两个微色谱柱在与微热导检测器的连接安装固定时面临不小的挑战，另一方面，也造成了制备材料的浪费。为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于双面键合工艺的微色谱柱及制备方法。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于双面键合工艺的微色谱柱及其制备方法，用于解决现有技术中与微热导检测器联合使用时需要两个微色谱柱芯片的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法，所述制备方法包括步骤：步骤1)，提供一硅衬底，于所述硅衬底的正面及反面刻蚀出微色谱柱所需的微沟道；步骤2)，提供两键合片，将所述键合片分别键合于所述硅衬底的正面及反面，获得位于同一个硅衬底正面及反面上的两个微色谱柱。作为本专利技术的基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法的一种优选方案，步骤1)中，以氧化硅及光刻胶的一种或组合为掩膜，采用深反应离子刻蚀工艺分别刻蚀所述硅衬底的正面及反面，形成微色谱柱所需的高深宽比的微沟道，并去除所述掩膜。作为本专利技术的基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法的一种优选方案，步骤1)中，所述微沟道内还形成有多个沟道单元或/及微柱阵列。作为本专利技术的基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法的一种优选方案，步骤2)中，所述键合片选用为玻璃片，以最终获得玻璃-硅-玻璃结构的双色谱柱芯片。优选地，步骤2)中，将第一玻璃片置于键合机的阴极，硅衬底置于键合机的阳极进行第一次硅玻璃阳极键合；将第一玻璃片及硅衬底置于键合机的阳极，其中，硅衬底朝阴极，第二玻璃片置于阴极，进行第二次硅玻璃阳极键合，键合完成后划片获得具有两个微色谱柱的芯片。本专利技术还提供一种基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法，所述制备方法包括步骤：步骤1)，提供两硅衬底，于两硅衬底上分别刻蚀出微色谱柱所需的微沟道；步骤2)，提供一键合片，将所述两硅衬底分别键合于所述键合片的正面及反面，获得位于同一个键合片正面及反面上的两个微色谱柱。作为本专利技术的基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法的一种优选方案，步骤1)中，以氧化硅及光刻胶的一种或组合为掩模，深反应离子刻蚀(DRIE)工艺分别于两硅衬底上刻蚀出微色谱柱所需的高深宽比的微沟道，并去除所述掩膜。作为本专利技术的基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法的一种优选方案，步骤1)中，所述微沟道内还形成有多个沟道单元或/及微柱阵列。作为本专利技术的基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法的一种优选方案，步骤2)中，所述键合片选用为玻璃片，以最终获得硅-玻璃-硅结构的双色谱柱芯片。优选地，步骤2)中，将玻璃片置于键合机的阴极，具有微色谱柱的第一硅衬底置于键合机的阳极进行第一次硅玻璃阳极键合；将第一硅衬底及玻璃键合片置于键合机的阴极，其中玻璃朝阳极，具有微色谱柱的第二硅衬底为阳极，进行第二次硅玻璃阳极键合，键合完成后划片获得具有两个微色谱柱的芯片。本专利技术还提供一种微色谱柱，包括：一硅衬底，所述硅衬底的正面及反面均形成有微色谱柱所需的微沟道；两键合片，分别键合于所述硅衬底的正面及反面，形成同一个硅衬底正面及反面上的两个微色谱柱。作为本专利技术的微色谱柱的一种优选方案，所述键合片为玻璃片，所述玻璃片与所述硅衬底为阳极键合。作为本专利技术的微色谱柱的一种优选方案，所述微沟道内还形成有多个沟道单元或/及微柱阵列。本专利技术还提供一种微色谱柱，包括：一键合片；两硅衬底，所述两硅衬底表面均形成有微色谱柱所需的微沟道，且分别键合于所述键合片的正面及反面，形成同一个键合片正面及反面上的两个微色谱柱。作为本专利技术的微色谱柱的一种优选方案，所述键合片为玻璃片，所述玻璃片与所述硅衬底为阳极键合。作为本专利技术的微色谱柱的一种优选方案，所述微沟道内还形成有多个沟道单元或/及微柱阵列。如上所述，本专利技术的基于双面键合工艺的微色谱柱及其制备方法，具有以下有益效果：本专利技术在一块硅片上正、反两面刻蚀微色谱柱所需的微沟道，随后分两步分别在该硅片的正反两面完成硅玻璃阳极键合，最后获得玻璃-硅-玻璃结构的双色谱柱芯片；或者在两块硅片上分别刻蚀出微色谱柱所需的微沟道，随后分两步分别在一块玻璃片的正反两面完成硅玻璃键合，获得双色谱柱芯片。当采用微色谱柱和微热导检测器组成微型气相色谱仪时，只需一个本专利技术所提供的双面键合的微色谱柱芯片，具有便于安装，节省材料成本等诸多优点，在微电子机械系统领域尤其是色谱分析领域具有广泛的应用前景。附图说明图1a～图1c显示为本专利技术实施例1的基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法各步骤所呈现的结构示意图。图2a～图2c显示为本专利技术实施例2的基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法各步骤所呈现的结构示意图。图3显示为本专利技术腐蚀/刻蚀出微沟道和微流控端口硅衬底扫描电镜图，其中，微沟道内部还包含一系列按照一定规则排列的微柱阵列。图4显示为本专利技术实施例1制备结果横截面扫描电镜图。元件标号说明1硅衬底2微沟道21微柱22微沟道壁23微流控端口3第一玻璃片4第二玻璃片5第一硅衬底6第二硅衬底7玻璃片具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1a～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。实施例1本实施例提供一种基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法，所述制备方法包括步骤：如图1a所示，首先进行步骤1)，提供一硅衬底1，于所述硅衬底1的正面及反面刻蚀出微色谱柱所需的微沟道2。作为示例，本步骤中，以氧化硅及光刻胶的一种或组合为掩膜，采用深反应离子刻蚀工艺(DRIE)分别刻蚀所述硅衬底1的正面及反两面，形成微色谱柱所需的高深宽比的微沟道2，并去除所述掩膜。在本实施例中，所述掩膜为氧化硅及光刻胶的一种或组合形成的掩膜。作为示例，本步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微色谱柱，其特征在于：包括：一硅衬底，所述硅衬底的正面及反面均形成有微色谱柱所需的微沟道；两键合片，分别键合于所述硅衬底的正面及反面，形成同一个硅衬底正面及反面上的两个微色谱柱。

【技术特征摘要】
1.一种微色谱柱，其特征在于：包括：一硅衬底，所述硅衬底的正面及反面均形成有微色谱柱所需的微沟道；两键合片，分别键合于所述硅衬底的正面及反面，形成同一个硅衬底正面及反面上的两个微色谱柱。2.根据权利要求1所述的微色谱柱，其特征在于：所述键合片为玻璃片，所述玻璃片与所述硅衬底为阳极键合。3.根据权利要求1所述的微色谱柱，其特征在于：所述微沟道内还形成有多个沟道单元或/及微柱阵列。4.一种微色谱柱，其特征在于：包括：一键合片；两硅衬底，所述两硅衬底表面均形成有微色谱柱所需的微沟道，且分别键合于所述键合片的正面及反面，形成同一个键合片正面及反面上的两个微色谱柱。5.根据权利要求4所述的微色谱柱，其特征在于：所述键合片为玻璃片，所述玻璃片与所述硅衬底为阳极键合。6.根据权利要求4所述的微色谱柱，其特征在于：所述微沟道内还形成有多个沟道单元或/及微柱阵列。7.一种基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：步骤1)，提供一硅衬底，于所述硅衬底的正面及反面刻蚀出微色谱柱所需的微沟道；步骤2)，提供两键合片，将所述键合片分别键合于所述硅衬底的正面及反面，获得位于同一个硅衬底正面及反面上的两个微色谱柱。8.根据权利要求7所述的基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法，其特征在于：步骤1)中，以氧化硅及光刻胶的一种或组合为掩膜，采用深反应离子刻蚀工艺分别刻蚀所述硅衬底的正面及反两面，形成微色谱柱所需的高深宽比的微沟道，并去除所述掩膜。9.根据权利要求7所述的基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述微沟道内还形成有多个沟道单元或/及微柱阵列。10.根据权利要求7所述的基于双面键合工艺的微色谱柱的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述键合...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯飞，李昕欣，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31