基于慢走丝金属切割工艺制备的FAIMS芯片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于慢走丝金属切割工艺制备的FAIMS芯片及其制备方法，包括：FAIMS离子迁移沟道，由慢走丝金属切割工艺加工制备，包括：正导流板和负导流板，所述正导流板和负导流板交替间隔设置形成离子迁移沟道；FAIMS芯片内部装配体，用于组装和固定所述FAIMS离子迁移沟道，与所述FAIMS离子迁移沟道共同组成FAIMS芯片；FAIMS芯片外部装配体，用于固定所述FAIMS芯片并将其组装在与所述FAIMS芯片相关的外围系统上。本发明专利技术提供了一种加工流程简单、成品率高和成本低的慢走丝金属加工工艺、以及由该工艺制备的FAIMS芯片。以及由该工艺制备的FAIMS芯片。以及由该工艺制备的FAIMS芯片。

【技术实现步骤摘要】
基于慢走丝金属切割工艺制备的FAIMS芯片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及芯片结构及其制备的
，尤其是指一种基于慢走丝金属切割工艺制备的FAIMS芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]高场不对称离子迁移谱(High
‑
Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry，FAIMS)是一种新型的离子迁移谱技术，它也常常被称作差分离子迁移谱(Differential Mobility Spectrometry，DMS)。FAIMS与其他的离子迁移谱检测原理有略微的不同，传统离子迁移谱大多是通过测量低场条件(E<1000V/cm)下，离子迁移率不同引起的迁移时间不同来识别不同的离子。而FAIMS主要通过离子在高场条件(E≥10000V/cm)下，离子迁移率随电压变化产生的非线性变化来识别和区分不同的离子。
[0003]FAIMS在专利技术初期，具有较高的灵敏度、选择性和信噪比，但其体积大、功耗高。之后，研制出了圆筒形FAIMS，减小了FAIMS系统的体积，提高了分辨率、响应速度等。随着MEMS加工技术的引入，体积因素几乎不再限制FAIMS系统的应用了，FAIMS的实用性再次得到提升。性能更好的平板型FAIMS获得了广泛的应用，大大提高了FAIMS的实用性。由于FAIMS需要工作在高场条件下，需要很高的离化电压，FAIMS系统的巨大电源成了限制FAIMS应用的因素之一。现有技术，研制出迁移沟道为梳齿状的FAIMS芯片，即ultraFAIMS由多个微米级的小迁移沟道组成，施加在迁移沟道两端的电压可以减小到200V以下。
[0004]ultraFAIMS需要通过MEMS工艺中的深硅刻蚀工艺来制作离子迁移沟道，其存在一定的问题：
[0005]1、离子迁移沟道存在侧壁垂直度无法达到90度、深宽比被限制在10：1以下的问题；
[0006]2、无论是ultraFAIMS还是后来应用广泛的平板型FAIMS，都主要采用MEMS加工工艺制成，加工流程涉及刻蚀、Lift
‑
off、喷砂、淀积金属薄膜、玻璃通孔互联、阳极键合等一系列工艺；工艺较为复杂，且每个工艺都会产生一定的误差，因此，MEMS加工工艺制作完成的FAIMS芯片成品率低、存在误差、产品一致性差、加工成本高等问题；
[0007]3、MEMS工艺加工的FAIMS器件基于硅材料制作，而硅是半导体材料，导电特性差，需要施加大电压，芯片电学特性差。

技术实现思路

[0008]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中采用的MEMS加工工艺所导致的加工流程复杂，成品率低导致的生产成本高的问题，提供了一种加工流程简单、成品率高和成本低的慢走丝金属加工工艺、以及由该工艺制备的FAIMS芯片。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于慢走丝金属切割工艺制备的FAIMS芯片，包括：
[0010]FAIMS离子迁移沟道，由慢走丝金属切割工艺加工制备，包括：正导流板和负导流
板，所述正导流板和负导流板交替间隔设置形成离子迁移沟道；
[0011]FAIMS芯片内部装配体，用于组装和固定所述FAIMS离子迁移沟道，与所述FAIMS离子迁移沟道共同组成FAIMS芯片；
[0012]FAIMS芯片外部装配体，用于固定所述FAIMS芯片并将其组装在与所述FAIMS芯片相关的外围系统上。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述FAIMS离子迁移沟道的间距为100～300um。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述正导流板与所述负导流板的间距为50～250um，所述正导流板和所述负导流板的长度为2～20mm，所述正导流板和所述负导流板的宽度为2～10mm。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述正导流板和负导流板由微米尺度的金属材料制成。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述FAIMS离子迁移沟道为梳齿状结构，所述正导流板和负导流板的端部分别连接有正放电电极和负放电电极，所述正放电电极和负放电电极组装到FAIMS芯片内部装配体上。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述FAIMS离子迁移沟道为梯状结构，所述正导流板和负导流板直接与FAIMS芯片内部装配体组装。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述FAIMS离子迁移沟道为组装型结构，包括正放电电极和负放电电极，所述正放电电极和负放电电极均具有突出的尺身，所述正导流板和负导流板分别连接在正放电电极和负放电电极的尺身上。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，在所述正放电电极和负放电电极上电连接非对称射频电压，大小为150V
‑
300V，频率为0.2MHz
‑
30MHz。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，所述FAIMS芯片外部装配体包括盘体，在所述盘体的一面设置有FAIMS芯片放置槽，在所述盘体的另一面设置有离子出口。
[0021]为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种基于慢走丝金属切割工艺制备FAIMS芯片的方法，包括以下步骤：
[0022]S1、采用移动的细金属丝作为电极，对正导流板和负导流板进行脉冲放电切割，形成FAIMS离子迁移沟道；
[0023]S2、制备FAIMS芯片内部装配体，组装FAIMS离子迁移沟道和FAIMS芯片内部装配体，形成FAIMS芯片；
[0024]S3、制备FAIMS芯片外部装配体，组装FAIMS芯片和FAIMS芯片外部装配体，通过FAIMS芯片外部装配体将FAIMS芯片组装到外围系统上。
[0025]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0026]本专利技术所述的基于慢走丝金属切割工艺制备的FAIMS芯片，相比于现有技术采用MEMS加工工艺通过深硅刻蚀制作的FAIMS芯片，解决了深硅刻蚀工艺受纵宽比小于10：1的限制、表面垂直度无法达到90度的问题，基于慢走丝金属切割工艺制备的FAIMS芯片沟道间距短，只需提供150V以上的电压便可以构成高场条件，并且迁移沟道由许多小沟道共同组成，提高了同一时间通过迁移沟道的离子数量，大大提高了检测的灵敏度和分辨率；
[0027]并且，采用慢走丝加工工艺制可以加工多种形状的迁移沟道，并不局限于本现有技术所述的梳齿状、平板状的迁移沟道，因此可以根据不同的性能、成本等方面的需求设计
不同形状的迁移沟道。
[0028]本专利技术所述的基于慢走丝金属切割工艺制备FAIMS芯片的方法，仅需慢走丝工艺就可直接完成加工FAIMS迁移沟道，省去了mems加工工艺中刻蚀、Lift
‑
off、喷砂、淀积金属薄膜、玻璃通孔互联、阳极键合等一系列步骤，提高了加工效率、降低了多步骤带来的误差，提高成品率，大大降低了成本；
[0029]并且本专利技术所述的慢走丝金属切割工艺可以将误差控制在1μm以内，精细度高；走丝速度为0.2mm/s，加工效率高，相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于慢走丝金属切割工艺制备的FAIMS芯片，其特征在于，包括：FAIMS离子迁移沟道，由慢走丝金属切割工艺加工制备，包括：正导流板和负导流板，所述正导流板和负导流板交替间隔设置形成离子迁移沟道；FAIMS芯片内部装配体，用于组装和固定所述FAIMS离子迁移沟道，与所述FAIMS离子迁移沟道共同组成FAIMS芯片；FAIMS芯片外部装配体，用于固定所述FAIMS芯片并将其组装在与所述FAIMS芯片相关的外围系统上。2.根据权利要求1所述的基于慢走丝金属切割工艺制备的FAIMS芯片，其特征在于：所述FAIMS离子迁移沟道的间距为100～300um。3.根据权利要求1所述的基于慢走丝金属切割工艺制备的FAIMS芯片，其特征在于：所述正导流板与所述负导流板的间距为50～250um，所述正导流板和所述负导流板的长度为2～20mm，所述正导流板和所述负导流板的宽度为2～10mm。4.根据权利要求1所述的基于慢走丝金属切割工艺制备的FAIMS芯片，其特征在于：所述正导流板和负导流板由微米尺度的金属材料制成。5.根据权利要求1所述的基于慢走丝金属切割工艺制备的FAIMS芯片，其特征在于：所述FAIMS离子迁移沟道为梳齿状结构，所述正导流板和负导流板的端部分别连接有正放电电极和负放电电极，所述正放电电极和负放电电极组装到FAIMS芯片内部装配体上。6.根据权利要求1所述的基于慢走丝金属切割工艺制备的FAIMS芯片，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：万洋，何兴理，李鹏，李灵锋，张允晶，刘康怡，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：