專利名稱：一種微電子機(jī)械系統(tǒng)自組裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的集成裝配。
背景技術(shù)：
微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)集成裝配是指將微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)器件或結(jié)構(gòu)安裝到預(yù)設(shè)基底的相應(yīng)位置處的技術(shù)。目前，已有的微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)集成裝配技術(shù)主要分兩大類序列式(SerialMicroassembly)集成裝配技術(shù)和并行式集成裝配技術(shù)(parallelmicroassembly)。序列式集成裝配技術(shù)是指利用微執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)對(duì)微器件操作的集成技術(shù)。國(guó)際上已經(jīng)出現(xiàn)能操作10μm大小的器件的微鑷子(microtweenzers)及微操作器(manipulators)。并行式裝配集成技術(shù)包括決定式(Deterministic parallel microassembly)和隨機(jī)式(Stochastic assembly)兩種，決定式集成技術(shù)主要有硅片——硅片轉(zhuǎn)移技術(shù)(wafer-wafer transfer)它是一種將微結(jié)構(gòu)由施主硅片向受主硅片轉(zhuǎn)移的類似于膠盤印刷的集成技術(shù)。以上技術(shù)都存在批量小、系統(tǒng)整體工藝相互不兼容、器件材料相互不兼容、成品率底、精度低且難以控制等不足。隨機(jī)式集成技術(shù)主要是指利用自組裝(Self assembly)實(shí)現(xiàn)微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)微器件的裝配，已報(bào)道的微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)自組裝結(jié)構(gòu)主要是采用LPCVD氮化硅和石英作為襯底，其成本較高，工藝要求高，使用空間受到限制。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種以普通玻璃做襯底的微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)自組裝結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)大批量、高精度的裝配，并且有廣闊的使用空間。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是提供一種微電子機(jī)械系統(tǒng)自組裝結(jié)構(gòu)，由襯底、微元件、固化潤(rùn)滑脂組成，其襯底是玻璃，襯底上有欲裝位置，在欲裝位置上面有一層自組裝單分子膜，在微元件下面有另一層自組裝單分子膜，欲裝位置與固化潤(rùn)滑脂形狀相對(duì)齊。
所述的自組裝結(jié)構(gòu)，其所述襯底是普通玻璃。
本實(shí)用新型具有裝配批量大、精度高的特點(diǎn)。可以廣泛應(yīng)用于微電子機(jī)械系統(tǒng)器件的集成，特別是用于生化微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)器件的集成與裝配。當(dāng)前在生化微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)器件中常常應(yīng)用玻璃等材料，因此本實(shí)用新型使用空間非常廣闊。


圖1流體中的微元件自組裝示意圖；圖2普通玻璃襯底的微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)自組裝結(jié)構(gòu)實(shí)施過(guò)程示意圖；圖3普通玻璃襯底的微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)自組裝結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型涉及兩個(gè)自組裝概念；(一)自組裝單分子膜；(二)流體中的微元件自組裝，前一個(gè)自組裝單分子膜是實(shí)施后一個(gè)微元件自組裝的條件。如圖1所示，微元件1和襯底3都置于水中，欲裝位置5在襯底3的上表面。自組裝概念涉及很廣的領(lǐng)域，大到天體的自組織，小到分子自組裝，概括的講自組裝是指各組元自發(fā)的聚集到一起。自組裝單分子膜有很多獨(dú)特的性質(zhì)，在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)中自組裝技術(shù)中利用的是硫醇與金作用形成的單分子膜的強(qiáng)疏水性。硫醇類物質(zhì)(RSH)與金的作用機(jī)理如下2Au+2RSH 2Au-SR+H22Au+2RSH+O22Au-SR+H2O2其中R硫醇的尾基；SH硫醇中的頭基—巰基。在金表面巰基被氧化而生成硫金化合鍵，其鍵能很強(qiáng)(184kJ/mol)，從而使自組裝硫醇單分子層對(duì)酸、堿和離子滲透都有較強(qiáng)的抵抗能力。同時(shí)，若R為甲基，自組裝單分子層將具有強(qiáng)疏水性(對(duì)水的接觸角為110°以上)。
本實(shí)用新型以普通玻璃為襯底的微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)自組裝結(jié)構(gòu)，如圖2、圖3所示。在玻璃襯底6上表面，有若干欲裝位置5，欲裝位置5的形狀根據(jù)需要可設(shè)計(jì)成任意平面形狀。欲裝位置5上有一層自組裝單分子膜層4a，自組裝單分子膜層4a上為固化的潤(rùn)滑脂2，潤(rùn)滑脂2上又是一層自組裝單分子膜層4b，第二層自組裝單分子膜層4b上是微元件1。
自組裝前，被裝微元器件1和普通玻璃襯底6的欲裝區(qū)域5都形成有一層自組裝單分子膜4。將涂覆有一種特殊的疏水性潤(rùn)滑脂2的玻璃襯底6置于水中，這種潤(rùn)滑脂2將只選擇性地覆著于玻璃襯底6上具有疏水性的自組裝單分子膜4上。由于玻璃襯底6上的潤(rùn)滑脂2同時(shí)具有由表面張力引起的對(duì)微元件1的吸引力和疏水性，當(dāng)微元件1置于水中后，微元件1上的自組裝單分子膜4便與潤(rùn)滑脂2接觸使微元件1和玻璃襯底6結(jié)合。此時(shí)由于潤(rùn)滑脂2-水和自組裝單分子膜4-水的界面自由能將趨于最小，最終將發(fā)生形狀匹配現(xiàn)象，即穩(wěn)定時(shí)微元件1的自組裝單分子膜4的形狀將與玻璃襯底6上的自組裝單分子膜4的形狀嚴(yán)格對(duì)齊。這種潤(rùn)滑脂2同時(shí)也是一種固化劑，在一定條件下它將固化，從而將微元件1永久的與玻璃襯底6結(jié)合。
制作步驟1.自組裝單分子膜4的形成制備出微元件1其結(jié)構(gòu)為15μm硅(Si)-0.5μm氮化硅(Si3N4)-500鉻(Cr)-1500金(Au)，其形狀為400μm×400μm的正方形；在普通玻璃(國(guó)產(chǎn)鉆石牌)襯底6上都蒸鍍有500鉻(Cr)-1500金(Au)，并用光刻技術(shù)制出若干個(gè)400μm×400μm的500鉻(Cr)-1500金(Au)的正方形。
將微元件1和玻璃襯底6經(jīng)過(guò)去離子水漂洗30％雙氧水浸泡15分鐘無(wú)水乙醇漂洗浸泡于1mM的十八硫醇的乙醇溶液24小時(shí)無(wú)水乙醇漂洗之后保存于去離子水中。這樣就在微元件1上形成了自組裝單分子膜4。
2.水中的微元件1自組裝用無(wú)水乙醇漂洗帶有自組裝單分子膜4的微元件1，在玻璃襯底6上涂覆潤(rùn)滑脂2并將其置于盛有去離子水的燒杯中。此時(shí)潤(rùn)滑脂2將選擇性地覆著于玻璃襯底6上具有強(qiáng)疏水性的自組裝單分子膜4上。將若干個(gè)微元件1通入燒杯中，微元件1便與玻璃襯底6相應(yīng)區(qū)域，即欲裝位置5相結(jié)合。加熱潤(rùn)滑脂2使之固化，從而使微元件1永久的與玻璃襯底6結(jié)合。
普通玻璃襯底6的微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)自組裝結(jié)構(gòu)實(shí)施過(guò)程如圖2所示。
權(quán)利要求1.一種微電子機(jī)械系統(tǒng)自組裝結(jié)構(gòu)，由襯底、微元件、固化潤(rùn)滑脂組成，其特征在于，襯底是玻璃，襯底上有欲裝位置，在欲裝位置上面有自組裝單分子膜，在微元件下面有自組裝單分子膜，欲裝位置與固化潤(rùn)滑脂形狀相對(duì)齊。
2.如權(quán)利要求1所述的自組裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述襯底是普通玻璃。
專利摘要本實(shí)用新型涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)的集成裝配。本實(shí)用新型是一種以普通玻璃為襯底的微電子機(jī)械系統(tǒng)自組裝結(jié)構(gòu)，具有裝配批量大、精度高的特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于微電子機(jī)械系統(tǒng)器件的集成，特別是用于生化微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)器件的集成與裝配。當(dāng)前，在生化微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)器件中常常應(yīng)用玻璃等材料，因此本實(shí)用新型使用空間非常廣闊。
文檔編號(hào)B81C3/00GK2672029SQ20032010426
公開日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者張建剛, 夏善紅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所