一种具有高深宽比的全硅微色谱柱制造技术

本实用新型专利技术提供一种具有高深宽比的全硅微色谱柱，分别在第一硅衬底及第二硅衬底中形成对应的微沟道及微流控端口，而后通过硅硅键合工艺形成具有闭合微沟道及闭合微流控端口的复合硅基底，从而形成仅具有一种硅材质的全硅微色谱柱，有利于获得均匀的固定相，且可形成具有高深宽比的闭合微沟道，使待分析组分分子在固定相和流动相之间快速达到平衡，有利于提高微色谱柱的分离性能和柱容量。提高微色谱柱的分离性能和柱容量。提高微色谱柱的分离性能和柱容量。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高深宽比的全硅微色谱柱


[0001]本技术属于微电子机械系统领域，涉及一种具有高深宽比的全硅微色谱柱。

技术介绍

[0002]气相色谱柱是气相色谱系统的核心部件之一，主要用于分离混合物组分。传统的气相色谱柱由于体积大、质量重、功耗高且分离时间较长，不利于在现场对复杂气体组分进行实时、快速地分析。随着MEMS(Micro
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electro
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mechanical systems,MEMS)技术的发展，色谱柱的微型化在硅片上得以实现。
[0003]早期微色谱柱的微沟道通常采用各向同性湿法腐蚀工艺制备，微沟道横截面为圆形或半圆形，而圆形或半圆形横截面的微沟道的内表面积较小，可用于承载固定相的表面积较小，分离性能难以进一步提高。随后，深反应离子刻蚀(DRIE)技术被广泛用于设计和制造具有矩形横截面的微沟道，然后使用硅
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玻璃键合工艺来形成闭合的微沟道。
[0004]基于Golay的早期理论，Glenn Spangler提出了适用于矩形横截面色谱柱的理论，该理论可预测矩形横截面微沟道的宽度越小，理论塔板高度越小，微色谱柱的柱效越高。然而，随着微沟道宽度变小，采用硅
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玻璃键合工艺制造的微色谱柱的微沟道特别是出入口处的深度受限于硅片厚度，柱容量难以提高。为了提高柱容量，半填充柱和多毛细管柱相继被提出，对于半填充柱，当微沟道中微柱的数量增加时，柱效提高，但入口压力也随之增加；对于多毛细管柱，固定相涂敷是一个挑战，并且需要高的入口压力。此外，硅和玻璃是两种不同的材料，表面性质不同，这为在微沟道中获得均匀的固定相也带来了挑战。
[0005]为解决上述的问题，提供一种具有高深宽比的全硅微色谱柱，实属必要。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种具有高深宽比的全硅微色谱柱，用于解决现有技术中微色谱柱所面临的上述制备问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种
[0008]具有高深宽比的全硅微色谱柱，所述全硅微色谱柱包括：
[0009]复合硅基底，所述复合硅基底包括相键合的第一硅衬底及第二硅衬底，所述第一硅衬底中具有第一微沟道及与所述第一微沟道相连通的第一微流控端口，所述第二硅衬底中具有第二微沟道及与所述第二微沟道相连通的第二微流控端口，且所述第一微沟道与所述第二微沟道具有相同的开口形貌，所述第一微流控端口与所述第二微流控端口具有相同的开口形貌；
[0010]闭合微沟道，所述闭合微沟道位于所述复合硅基底中，且所述闭合微沟道为基于所述第一微沟道及所述第二微沟道相键合构成；
[0011]闭合微流控端口，所述闭合微流控端口位于所述复合硅基底中，且所述闭合微流控端口为基于所述第一微流控端口及所述第二微流控端口相键合构成。
[0012]可选地，所述闭合微沟道的深宽比R的范围为23≤R≤60。
[0013]可选地，所述全硅微色谱柱中所述第一硅衬底及所述第二硅衬底的图形关于键合面呈对称分布。
[0014]可选地，所述闭合微流控端口的宽度大于所述闭合微沟道的宽度，所述闭合微流控端口的宽度与所述闭合微沟道的宽度比T的范围为12≤T≤40。
[0015]可选地，所述闭合微沟道呈蛇形分布、螺旋形分布或者波浪型分布。
[0016]如上所述，本技术的具有高深宽比的全硅微色谱柱，分别在第一硅衬底及第二硅衬底中形成对应的微沟道及微流控端口，而后通过硅硅键合工艺形成具有闭合微沟道及闭合微流控端口的复合硅基底，从而形成仅具有一种硅材质的全硅微色谱柱，有利于获得均匀的固定相，且可形成具有高深宽比的闭合微沟道，使待分析组分分子在固定相和流动相之间快速达到平衡，有利于提高微色谱柱的分离性能和柱容量。
附图说明
[0017]图1显示为本技术实施例中具有高深宽比的全硅微色谱柱的制备工艺流程图。
[0018]图2显示为本技术实施例中刻蚀第一硅衬底的结构示意图
[0019]图3显示为本技术实施例中形成的第一硅衬底的结构示意图。
[0020]图4显示为本技术实施例中第一硅衬底的扫描电镜示意图。
[0021]图5显示为本技术实施例中键合第一硅衬底及第二硅衬底后的结构示意图。
[0022]图6显示为本技术实施例中复合硅基底的扫描电镜示意图。
[0023]图7显示为图6中的A区域的放大结构示意图。
[0024]图8显示为本技术实施例中全硅微色谱柱的范迪姆特曲线图。
[0025]图9显示为本技术实施例中全硅微色谱柱的测试色谱图。
[0026]元件标号说明
[0027]100复合硅基底
[0028]101第一硅衬底
[0029]102第二硅衬底
[0030]110闭合微沟道
[0031]111第一微沟道
[0032]112第二微沟道
[0033]121第一微流控端口
[0034]201第一掩膜层
具体实施方式
[0035]以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，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技术的其他优点与功效。本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，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0036]如在详述本技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本技术保护的范围。此
外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0037]为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。本文使用的“介于
……
之间”表示包括两端点值。
[0038]在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
[0039]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技术的基本构想，遂图示中仅显示与本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，其组件布局型态也可能更为复杂。
[0040]如图1，本实施例提供一种具有高深宽比的全硅微色谱柱的制备方法，包括以下步骤：
[0041]S1：提供第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高深宽比的全硅微色谱柱，其特征在于，所述全硅微色谱柱包括：复合硅基底，所述复合硅基底包括相键合的第一硅衬底及第二硅衬底，所述第一硅衬底中具有第一微沟道及与所述第一微沟道相连通的第一微流控端口，所述第二硅衬底中具有第二微沟道及与所述第二微沟道相连通的第二微流控端口，且所述第一微沟道与所述第二微沟道具有相同的开口形貌，所述第一微流控端口与所述第二微流控端口具有相同的开口形貌；闭合微沟道，所述闭合微沟道位于所述复合硅基底中，且所述闭合微沟道为基于所述第一微沟道及所述第二微沟道相键合构成；闭合微流控端口，所述闭合微流控端口位于所述复合硅基底中，且所述闭合微流控端口为基于所述第一微流控端口及...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯飞，张海燕，
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：新型
国别省市：