一种透射电镜高分辨原位流体扰流加热芯片制造技术

本发明专利技术涉及一种透射电镜高分辨原位流体扰流加热芯片，其结构为上片和下片通过金属键合层组合，自封闭形成一个超薄的腔室；上片有两个注样口和一个上中心视窗；下片设置有流体入口、流体出口、流体流道、下中心视窗、微扰流柱阵列、加热层和绝缘层；加热层有四个接触电极及螺旋环形加热丝；在以下中心视窗为中心，且在螺旋环形加热丝中心区域内；流体入口与流体出口关于中心视窗对称布置，下中心视窗位于加热层的中心处；下中心视窗上有微扰流柱阵列，该芯片具有快速升降温，分辨率高，温度控制精准、流体流向可控，样品漂移率低的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种透射电镜高分辨原位流体扰流加热芯片
本专利技术涉及流体芯片领域，具体是涉及一种透射电镜高分辨原位流体扰流加热芯片。
技术介绍
原位透射电子显微镜(TEM)是表征材料的一种强大而不可缺少的工具，它为材料提供了关键的结构和化学信息。近年来，电子显微镜学取得了重大进展，使原子尺度成像成为常规过程。流体TEM具有独特的优势，可以直接观察材料在流体中的转化动态，具有很高的时空分辨率。例如，可以跟踪单个纳米颗粒的生长轨迹，电极材料的电化学沉积和锂化，以及生物材料在液态水中的成像等。流体TEM不仅可以用来原位观察流体环境中纳米材料的行为，还可以在流体TEM芯片和流体杆上集成加热、冷冻元件，用于纳米材料功能性测试，极大地拓宽了透射电镜的研究范围。随着纳米技术的不断发展，研究人员试图将纳米材料结合流体传输来研究新一代高效传热技术，并且已有研究表明将纳米颗粒均匀分布在传热流体中可以明显提高其导热性能。然而，由于纳米尺度下流体运动行为和宏观运动行为差异较大，对于纳米流体的运动行为原位研究还十分缺乏，纳米流体的导热机理尚不清楚。利用原位扰流加热TEM技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透射电镜高分辨原位流体扰流加热芯片，包括上基片和下基片，所述上基片的正面和背面上均具有一第一绝缘层，所述下基片的正面和背面上均具有一第二绝缘层，上基片正面的通过一环形的金属键合层键合固定在下基片的正面上，并自封闭形成一个超薄的腔室，其特征在于：/n所述上基片上设置有两个注样口和一个上中心视窗，上中心视窗位于加热区域的中心处，两个注样口关于上中心视窗对称布置；/n所述下基片上设置有流体入口、流体出口、流体流道、下中心视窗、微扰流柱阵列、加热层和第三绝缘层；其中，流体入口和流体出口通过流体流道直线连接；流体流道在下中心视窗处的宽度增加，并包涵整个加热区域；下中心视窗位于流体入口和流体出口中...

【技术特征摘要】
1.一种透射电镜高分辨原位流体扰流加热芯片，包括上基片和下基片，所述上基片的正面和背面上均具有一第一绝缘层，所述下基片的正面和背面上均具有一第二绝缘层，上基片正面的通过一环形的金属键合层键合固定在下基片的正面上，并自封闭形成一个超薄的腔室，其特征在于：
所述上基片上设置有两个注样口和一个上中心视窗，上中心视窗位于加热区域的中心处，两个注样口关于上中心视窗对称布置；
所述下基片上设置有流体入口、流体出口、流体流道、下中心视窗、微扰流柱阵列、加热层和第三绝缘层；其中，流体入口和流体出口通过流体流道直线连接；流体流道在下中心视窗处的宽度增加，并包涵整个加热区域；下中心视窗位于流体入口和流体出口中间；微扰流柱阵列为矩形布设的柱形阵列，其沿下中心视窗的较长边排布并且位于下中心视窗内，且该微扰流柱阵列排布方向与流体流动方向一致；所述加热层中心的螺旋环形加热丝置于下基片正面的第二绝缘层上，并以下中心视窗的中心大致对称分布，加热丝相互间留有间隙，互不连接；该加热层还具有延伸至下基片的边缘并裸露的四个接触电极；该第三绝缘层覆盖除四个接触电极以外的整个加热层区域；
上、下基片上的上、下中心视窗对齐设置，且上、下中心视窗的长边与流体流道方向一致。


2.根据权利要求1所述的透射电镜高分辨原位流体扰流加热芯片，其特征在于：所述下基片上还具有隔绝段和支撑段，所述隔绝段环设于加热区域外，其以下基片正面上绝缘层的载膜为基底；该环形的隔绝段被分割为多段隔绝段单元，相邻两隔绝段单元之间具有一支撑段，该支撑段下方区域的基片本体分别连接相邻的两隔绝段单元；
优选的，隔绝段被分割成四个呈矩形布设的隔绝段单元，支撑段分布在隔绝段的四边角上，方向与对角线一致；
优选的，所述隔绝段长度为0.3mm-0.6mm；
任选的，支撑段宽度为15um-30um。


3.根据权利要求1所述的透射电镜高分辨原位流体扰流加热芯片，其特征在于：所述上中心视窗和下中心视窗均为矩形中心视窗；
优选的，所述上中心视窗或下中心视窗的大小为5um*5um-100um*100um；更优选的，所述上中心视窗或下中心视窗的大小为10um*50um。


4.根据权利要求1所述的透射电镜高分辨原位流体扰流加热芯片，其特征在于：所述流体入口和流体出口的尺寸为200um*200um-800um*800um；
任选的，所述流体流道在流体入口和流体出口处横截面的宽度为10um-200um,在加热区域处横截面的宽度为250um-550um，高度为50nm-1000nm。


5.根据权利要求1所述的透射电镜高分辨原位流体扰流加热芯片，其特征在于：所述下基片的尺寸为2mm*2mm-10mm*10mm；优选的，所述下基片的外形尺寸为4mm*8mm；
任选的，金属键合层的厚度为50nm-2000nm；金属键合层的材料为低熔点金属；优选的，金属键合层的材料为In、Sn或Al。


6.根据权利要求1所述的透射电镜高分辨原位流体扰流加热芯片，其特征在于：所述绝缘层为氮化硅或氧化硅，厚度为5nm-200nm；
任选的，所述上基片或下基片的厚度为50um-500um。


7.根据权利要求1所述的透射电镜高分辨原位流体扰流加热芯片，其特征在于：所述微扰流柱阵列中的每一微扰流柱均为圆柱，其直径为1um-20um。


8.根据权利要求1所述的透射电镜高分辨原位流体扰流加热芯片，其特征在于：所述加热层的螺旋环形加热丝的外径为0.2mm-0.5mm，厚度为50nm-500nm；
任选的，所述螺旋环形加热丝采用的是金属金、铂、钯、铑、钼、钨、铂铑、或上述金属的至少两种组合成的合金或非金属的碳化钼。


9.如权利要求1所述透射电镜高分辨原位流体扰流加热芯片，其特征在于，所述上基片的制备方法为：
S101.准备正反两面均具有氮化硅或氧化硅绝缘层的Si(100)晶圆A；
优选的，氮化硅或氧化硅的厚度为20nm-200nm；
S102.利用光刻工艺，将上中心视窗以及注样口图案从光刻掩膜版转移到晶圆A的背面上，然后在正胶显影液中显影得到晶圆A-1；
优选的，光刻工艺为在紫外光刻机的hardcontact模式下曝光；显影的时间为50s；
更优选的，曝光的时间为15s；
S103.利用反应离子刻蚀工艺，在所述晶圆A-1的背面的绝缘层上刻蚀出上中心视窗以及注样口，然后将晶圆A-1的背面朝上放入丙酮中浸泡，最后用大量去离子水冲洗，去除光刻胶，得到晶圆A-2；
S104.利用紫外激光直写工艺，将上中心视窗的小孔图案转移到晶圆A-2的正面，然后在正胶显影液中显影，再用去离子水冲洗清洗表面，得到晶圆A-3；
优选的，所述显影的时间为50s；
S105.利用反应离子刻蚀工艺，将晶圆A-3的正面的小孔处的绝缘层厚度刻蚀至10nm-15nm，然后将晶圆A-3的正面朝上先后放入丙酮中浸泡，最后用丙酮冲洗，去掉光刻胶，得到晶圆A-4；
优选的，所述小孔的孔径大小为0.5um-5um；
S106.将晶圆A-4的背...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖洪钢，曲密，江友红，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35