專利名稱：納米流體通道及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米流體通道技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種納米流體通道及其制作方法。
背景技術(shù)：
近年來，與納米流體通道相關(guān)的基礎(chǔ)和技術(shù)應(yīng)用研究成為引人注目的前沿領(lǐng)域， 納米流體通道一般定義為流體流動的通道，該通道一維以上的截面處于數(shù)百到幾納米的尺寸范圍。流體在該通道中傳輸具有特異的性質(zhì)，能使主導宏觀和微米量級流體傳輸和分子行為的許多物理化學性質(zhì)發(fā)生改變?；诖讼到y(tǒng)的研究不僅突破了傳統(tǒng)理論的一些重要概念，而且一些深入研究的成果在DNA分子的拉伸操縱、藥物釋放技術(shù)、電池技術(shù)、激光器等許多領(lǐng)域中有重大應(yīng)用。目前加工制作納米流體通道的常用方法主要是，先通過電子束光刻技術(shù)或者聚焦粒子束刻蝕技術(shù)，獲得納米流體通道的溝槽結(jié)構(gòu)(也稱為納米流體通道模板，以下簡稱納米通道模板或通道模板)，之后利用犧牲層或者鍵合技術(shù)來實現(xiàn)納米通道的鍵合密封，這一方法可以實現(xiàn)納米通道尺寸的精確控制，但是該方法中電子束或者聚焦粒子束加工時間長，加工的面積也不過是微米量級，并且加工成本高。該方法可選的材料限制為硅及其化合物，但是納米通道的鍵合密封過程需要高溫高壓，即鍵合密封條件苛刻，無疑增加了加工成本和生產(chǎn)周期，不利于納米流體通道向器件化方向發(fā)展。近年來出現(xiàn)了另一種方法制作納米流體通道，該方法先使用全息曝光技術(shù)，并結(jié)合干法刻蝕工藝制作納米流體通道模板，之后利用聚合物并結(jié)合納米壓印技術(shù)實現(xiàn)納米通道溝槽的制作以及通道的鍵合密封，從而制作完成納米流體通道。所謂納米壓印主要指利用具有納米特征尺寸的印章去擠壓受熱的聚合物達到復制印章圖形的效果，該方法具有高分辨率、低成本、高產(chǎn)量等顯著特點，能夠滿足微納米流控芯片一次性使用的需求。但是，利用上述方法制作的納米流體通道在應(yīng)用中往往會出現(xiàn)一些問題，如流體在通道中會出現(xiàn)分層和堵塞等現(xiàn)象，嚴重影響了通道的使用。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供了一種納米流體通道及其制作方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明實施例中提供的該通道側(cè)壁光滑、陡直且線條均勻，從而不會出現(xiàn)流體在通道中的分層和堵塞等現(xiàn)象，不會影響通道的使用，并且，本實施例中的方法較現(xiàn)有技術(shù)中降低了生產(chǎn)成本。為解決上述問題，本發(fā)明實施例提供了如下技術(shù)方案(待權(quán)利要求確定后補充)與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點本發(fā)明實施例所提供的技術(shù)方案，在所述本體層上形成光柵結(jié)構(gòu)的方式，由現(xiàn)有技術(shù)中的干法刻蝕工藝改為了濕法腐蝕工藝，由于濕法腐蝕工藝是采用化學溶液對本體層進行刻蝕的，這種方式從本質(zhì)上講是各向同性的，但是由于單晶硅材料本身具有一定的晶體學取向(簡稱晶向)，而且不同晶面的原子鍵密度是不一樣的，由于原子鍵密度不同，同一種腐蝕液體對不同晶面的原子鍵的腐蝕速度就必然不同，從而使得腐蝕之后的通道模板的側(cè)壁具有原子尺寸的光滑度，即本實施例得到的通道模板的側(cè)壁光滑、陡直且線條均勻， 從而不會出現(xiàn)流體在通道中的分層和堵塞等現(xiàn)象，不會影響通道的使用。并且，相比于干法刻蝕，濕法腐蝕的成本更低，即本發(fā)明實施例的方法較現(xiàn)有技術(shù)降低了生產(chǎn)成本。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1-圖7為本發(fā)明實施例公開的通道模板的制作過程的剖面圖；圖8-圖10為本發(fā)明實施例公開的通道溝槽的形成過程的剖面圖；圖11-圖15為本發(fā)明實施例公開的通道的鍵合密封過程的剖面圖。
具體實施例方式正如背景技術(shù)所述，現(xiàn)有技術(shù)中的方法制作出的納米流體通道在使用過程中會出現(xiàn)流體分層和通道堵塞等現(xiàn)象，嚴重影響了通道的使用，發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)這一問題的原因是現(xiàn)有技術(shù)中制作出的納米流體通道側(cè)壁不光滑且不陡直、線條不均勻，這無疑會嚴重影響通道的正常使用，為了解決這些問題，必須提供一種通道的制備方法，使其制備出的通道側(cè)壁光滑、陡直且線條均勻，也就是說，若要使制作出的通道側(cè)壁滿足要求，前提就是制作出的通道模板必須滿足上述要求，延續(xù)這一思路，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中制作納米流體通道采用的通道模板就存在側(cè)壁不光滑等缺陷。進一步分析，在制作通道模板的過程中，光刻工藝形成的具有模板通道圖形的光刻膠層的邊緣不可避免的存在線條不均勻等缺陷瑕疵，這些缺陷瑕疵的尺寸約為幾十納米，但也足以使通道模板出現(xiàn)側(cè)壁不光滑等缺陷。光刻之后，在以具有模板通道圖形的光刻膠層為掩膜，采用干法刻蝕工藝在刻蝕阻擋層上形成模板通道圖形開口時，由于干法刻蝕過程是自上而下進行的，使得掩膜線條的缺陷瑕疵等不可避免的被完全復制到了刻蝕阻擋層上的模板通道圖形開口處，之后又進一步的復制到了本體層上的通道模板上，進而使通道模板就存在側(cè)壁粗糙、不光滑等缺陷?；谏鲜鏊枷耄景l(fā)明實施例提供了一種納米流體通道及其制作方法，該方法包括通道模板的制作過程、通道溝槽的形成過程以及通道的鍵合密封過程，其中，所述通道模板的制作過程包括以下步驟提供通道模板用的基底，所述通道模板用的基底包括本體層和位于所述本體層表面上的刻蝕阻擋層；在所述刻蝕阻擋層上形成模板通道圖形開口 ；以具有通道圖形開口的刻蝕阻擋層為掩膜，采用濕法腐蝕工藝在所述本體層表面內(nèi)形成模板通道圖形開口，剩余通道處的本體層材料，以在所述本體層上形成光柵結(jié)構(gòu)；去除剩余的刻蝕阻擋層材料，得到所述通道模板，所述通道模板的側(cè)壁光滑、陡直
4且線條均勻。另外，通道溝槽的形成過程以及通道的鍵合密封過程可與現(xiàn)有技術(shù)中相同，也可不同，具體過程在以下實施例進行詳細描述，這里不再贅述。本發(fā)明實施例中在所述本體層上形成光柵結(jié)構(gòu)的方式，由現(xiàn)有技術(shù)中的干法刻蝕工藝改為了濕法腐蝕工藝，由于濕法腐蝕工藝是采用化學溶液對本體層進行刻蝕的，這種方式從本質(zhì)上講是各向同性的，但是由于單晶硅材料本身具有一定的晶體學取向(簡稱晶向)，而且不同晶面的原子鍵密度是不一樣的，由于原子鍵密度不同，同一種腐蝕液體對不同晶面的原子鍵的腐蝕速度就必然不同，從而使得腐蝕之后的通道模板的側(cè)壁具有原子尺寸的光滑度，即本實施例得到的通道模板的側(cè)壁光滑、陡直且線條均勻，即本實施例得到的通道模板的側(cè)壁光滑、陡直且線條均勻，從而不會出現(xiàn)流體在通道中的分層和堵塞等現(xiàn)象， 不會影響通道的使用。并且，相比于干法刻蝕，濕法腐蝕的成本更低，即本發(fā)明實施例的方法較現(xiàn)有技術(shù)降低了生產(chǎn)成本。以上是本申請的核心思想，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例， 而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護的范圍。此外，在實際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。本發(fā)明實施例公開了一種納米流體通道制作方法，該方法各步驟的剖面圖如圖 1-圖15所示，該方法包括通道模板的制作過程(如圖1-圖7所示)、通道溝槽的形成過程 (如圖8-圖10所示)以及通道的鍵合密封過程(如圖11-圖15所示)，其中，所述通道模板的制作過程包括步驟1 參見圖1，提供通道模板用的基底，所述通道模板用的基底包括本體層101 和位于所述本體層表面上的刻蝕阻擋層102，所述本體層101的材料為單晶硅；需要說明的是，本實施例是利用單晶硅的具有固定的晶向，而各晶面的原子鍵密度不同，從而使得在濕法腐蝕工藝中，腐蝕液體對不同晶面的腐蝕速度不同，同時結(jié)合流體通道模板的特點，需要使模板的側(cè)壁光滑、陡直且線條均勻，也就是使垂直于本體層表面方向的晶面光滑，因此，本實施例中，腐蝕液體在垂直于本體層表面方向的腐蝕速度要大于平行于本體層表面方向的腐蝕速度，從晶面的角度來說，就是腐蝕液體對平行于所述本體層表面的晶面的腐蝕速度大于對垂直于所述本體層表面的晶面的腐蝕速度。結(jié)合上述要求，由于晶面的原子鍵密度越大，腐蝕液體對晶面的腐蝕速度越小，因此，本實施例中，在作為本體層101的單晶硅材料中，平行于所述本體層表面的晶面的原子鍵密度小于垂直于所述本體層表面的晶面的原子鍵密度。優(yōu)選的，本實施例中的本體層為 (110)晶向的硅襯底，且所述(110)晶向的硅襯底的(110)晶面平行于所述硅襯底表面，其(111)晶面垂直于所述硅襯底表面，也就是說，(110)晶向的硅襯底的(110)晶面的原子鍵密度遠遠小于(111)晶面的原子鍵密度。另外，需要說明的是，本實施例中并不限定所述刻蝕阻擋層102的材料和厚度，一般情況下，所述刻蝕阻擋層102優(yōu)選為氮化硅層，所述氮化硅層的厚度適中即可，過厚則在其上面形成模板通道圖形開口時，不易刻蝕干凈，過薄則在對本體層的腐蝕過程中起不到掩膜的作用，優(yōu)選的，所述氮化硅層的厚度為20nm-100nm，更優(yōu)選為35nm-55nm，更優(yōu)選為 40nm 或 50nmo步驟2 如圖2-圖5所示，在所述刻蝕阻擋層102上形成模板通道圖形開口 105 ；具體的，為了盡量減少制作過程中的雜質(zhì)對模板的影響，在進行下一步的處理前需要先對基底進行清潔處理，刻蝕阻擋層102若為氮化硅層，一般可采用丙酮溶液對基底表面進行擦拭清潔。以下將刻蝕阻擋層102稱為氮化硅層。之后，先在氮化硅層上旋涂光刻膠層103，為了保證曝光精度，還可在光刻膠層和氮化硅層之間形成抗反射層(圖中未示出)，以減少不必要的反射；之后采用具有模板通道圖形的掩膜版對光刻膠層103進行全息曝光，在所述光刻膠層103表面上形成模板通道圖案(圖中未示出)，進行顯影，在所述光刻膠層103上形成模板通道圖形開口 104，之后以具有模板通道圖形開口 104的光刻膠層為掩膜，采用等離子體干法刻蝕工藝去除模板通道圖形開口 104下方的刻蝕阻擋層材料(即氮化硅)，在氮化硅層上形成模板通道圖形開口 105，之后，參見圖5，去除氮化硅層上剩余的光刻膠層。在對氮化硅層進行刻蝕時，刻蝕氣體可選用四氟化碳、三氯甲烷等氣體，或者是幾種氣體的混合氣，本實施例中優(yōu)選采用四氟化碳氣體。本步驟干法刻蝕過程中，反應(yīng)腔體的真空度可為5Pa-7Pa，更優(yōu)選為6Pa，刻蝕設(shè)備的功率為30W-50W，更優(yōu)選為40W，轟擊時間為 2min-3min。通過上述全息光刻和干法刻蝕過程，在刻蝕阻擋層102上形成了模板通道的光柵圖形。步驟3:如圖6所示，以具有模板通道圖形開口 105的刻蝕阻擋層為掩膜，采用濕法腐蝕工藝在所述本體層表面內(nèi)形成模板通道圖形開口 106，剩余通道處的本體層材料 107，以在所述本體層上形成光柵結(jié)構(gòu)；如上所述，由于本實施例中的本體層材料為(110)晶向的單晶硅，其(110)晶面平行于所述本體層表面，(111)晶面垂直于所述本體層表面，而堿性液體對單晶硅具有各向異性的腐蝕效果，因此本實施例濕法腐蝕工藝中采用堿性液體對本體層進行腐蝕，堿性液體對(110)晶面的腐蝕速度約為(111)晶面的100倍左右，即堿性液體在垂直于本體層表面的腐蝕速度遠遠大于平行于本體層表面的腐蝕速度，因此，使用堿性液體對單晶硅進行腐蝕，很容易得到側(cè)壁光滑、陡直且線條均勻的通道模板。本實施例中該堿性液體若為氫氧化鉀溶液，優(yōu)選的，所述氫氧化鉀溶液中氫氧化鉀與水按質(zhì)量比為1 1混合，所述濕法腐蝕過程中，腐蝕溫度為20°C-85°C，更優(yōu)選為 80°C，腐蝕時間為13min-23min，更優(yōu)選為15min或20min ；該堿性液體若為四甲基氫氧化氨 TMAH溶液，優(yōu)選的，所述TMAH溶液中TMAH與水按質(zhì)量比為1 9混合，所述濕法腐蝕過程中，腐蝕溫度為60°C -90°C，腐蝕時間為8min-12min。當然，本實施例中也可以選用其它的堿性液體，如氫氧化鈉溶液等，這里對此不做過多限定，只要是堿性液體即可。
另外，需要說明的是，不同種類的溶液以及相同溶質(zhì)但不同濃度的溶液，對單晶硅兩個晶面的腐蝕速率是不同的，而且，相同溶質(zhì)、相同濃度的溶液，在不同的腐蝕溫度下，其對單晶硅兩個晶面的腐蝕速率也是不同的，一般情況下，腐蝕溫度越高，腐蝕速率也越快， 溶液濃度越高，腐蝕速率也越快。比如，若要腐蝕10 μ m的單晶硅，采用氫氧化鉀溶液，在 25°C時需要400min才能完成，而在85°C時卻僅需IOmin左右，因此為了提高生產(chǎn)效率，在不影響模板質(zhì)量的前提下，可以適當選擇較高的溫度，但本實施例中對此不做過多限定。并且，本實施例中對腐蝕時間也不做過多限定，相同溶質(zhì)相同濃度的溶液腐蝕時間越長，形成的模板通道的深度就越深，即最終獲得的流體通道的光柵槽深就越深，本實施例中對此不做具體限制，只要根據(jù)流體通道的尺寸需求制備即可。本實施例中主要做的是通道模板，而通道模板和后續(xù)的流體通道是互相嵌合的， 即本實施例中采用堿性液體腐蝕掉的是除后續(xù)作為通道使用的本體層材料之外的單晶硅， 也就是說，濕法腐蝕工藝之后剩余的凸出的光柵部分的單晶硅的寬度是與流體通道的寬度相同的。步驟4 如圖7所示，去除剩余的刻蝕阻擋層材料，得到所述通道模板，所述通道模板的側(cè)壁光滑、陡直且線條均勻。本實施例中可采用等離子體干法刻蝕工藝去除剩余的刻蝕阻擋層材料，采用的刻蝕氣體與刻蝕阻擋層的刻蝕過程采用的氣體類似，由于本實施例中的刻蝕阻擋層為氮化硅層，因此本步驟中也可采用四氟化碳、三氯甲烷等氣體，或者是幾種氣體的混合氣，本實施例中優(yōu)選采用四氟化碳氣體。需要說明的是，該步驟的目的是去除的本體層的光柵線條頂部，作為掩膜使用的氮化硅材料，由于四氟化碳等氣體對本體層的單晶硅的刻蝕選擇比很高，而且本步驟中的刻蝕時間很短，約為lmin-2min即可，也就是說，采用干法刻蝕方法去除剩余的氮化硅時， 對本體層的傷害很小，基本可以忽略，因此，可以直接將通道模板放入干法刻蝕設(shè)備的反應(yīng)腔體中即可，可以不對本體層進行保護。除了干法刻蝕去除剩余的氮化硅之外，還可以采用濕法清洗的方式去除剩余的氮化硅，如可采用氫氟酸溶液對其進行清洗，清洗方式可以為浸潤式清洗、噴霧式清洗或沖洗式清洗等。若采用浸潤式清洗方式，氫氟酸溶液的濃度為35% -45%左右，優(yōu)選為40%，清洗時間一般為3min-5min即可，溶液濃度越高，清洗時間越短。本實施例對該步驟的清洗方式和時間不做過多限定，根據(jù)實際情況具體選擇即可。經(jīng)過上述步驟，即將現(xiàn)有技術(shù)中的干法刻蝕工藝改為了濕法腐蝕工藝，由于單晶硅材料本身具有一定的晶體學取向，而且不同晶面的原子鍵密度是不一樣的，由于原子鍵密度不同，同一種腐蝕液體對不同晶面的原子鍵的腐蝕速度就必然不同，從而使得腐蝕之后的通道模板的側(cè)壁具有原子尺寸的光滑度。另外，參見圖8-圖10，所述通道溝槽的形成過程包括步驟5 如圖8所示，提供石英基底，所述石英基底包括透光的石英片201和位于所述石英片201表面上的通道形成層202 ；為了減少制作過程中的雜質(zhì)，在進行下一步的處理前需要先對石英片進行清潔處理，本實施例中可先使用丙酮溶液對石英片表面進行超聲處理約5min，再用去離子水進行沖淋并吹干，為了進一步保證流體通道的質(zhì)量，還可以在烘箱中對石英片進行烘烤，一般可在130°C左右的溫度下烘烤約30min，之后自然冷卻。之后在冷卻后的石英片201上旋涂光刻膠，對光刻膠進行烘烤定型，得到通道形成層202，本實施例中對光刻膠的種類不做具體限定，本實施例中僅以SU-8光刻膠為例，對通道溝槽的制作過程進行說明。優(yōu)選的，本實施例中采用型號為2025的SU-8光刻膠制作通道形成層，石英片上旋涂該光刻膠后，可在90°C左右的溫度下烘烤約20min，即可得到所述石英基底。步驟6 如圖9和圖10所示，將所述通道模板壓在所述通道形成層202上并施加壓印壓力，使所述通道模板壓入所述通道形成層，將所述通道模板上的光柵結(jié)構(gòu)復制到所述通道形成層202上，在所述通道形成層202上形成所述通道溝槽203 ；具體的，為了便于通道模板與通道形成層202分離，本實施例中可先在通道模板的光柵圖形上旋涂脫模劑，優(yōu)選的，可以2000RPM的速度旋涂脫模劑即可，之后再將涂有脫模劑的通道模板壓在通道形成層202上，進行預熱，以軟化通道形成層202，便于壓印形成流體通道，優(yōu)選的，可采用90°C左右的溫度預熱IOmin左右。完成預熱后，可向通道模板施加IMPa左右的壓印壓力，使通道模板壓入經(jīng)加熱軟化的通道形成層202，得到通道模板與通道形成層的結(jié)合體，如圖9所示。本實施例中的脫模劑可使用DC20，DC20是一半永久性脫模劑，用于聚氨酯、橡膠、環(huán)氧、酚醛等脫模。同時，為了使通道模板與通道形成層的結(jié)合體結(jié)合更穩(wěn)固，即通道的結(jié)構(gòu)復制的更完美，本實施例在將通道模板壓入通道形成層202之后，還可以對通道模板與通道形成層的結(jié)合體進行加固過程，具體可采用保持一定的烘烤溫度及壓印壓力一段時間后再自然冷卻，優(yōu)選為，保持90°C左右的烘烤溫度、IMPa左右的壓印壓力約20min后自然冷卻，當然， 若要加快加工時間，還可適當提高烘烤溫度，如保持100°C左右的烘烤溫度、IMPa左右的壓印壓力約IOmin后自然冷卻，也能夠得到形狀完好的流體通道。本實施例對該加固過程的各參數(shù)不做具體限定，根據(jù)實際情況選擇即可。之后，為了使壓印形成的流體通道形狀穩(wěn)固，以避免分離通道模板后，流體通道發(fā)生形變，結(jié)合光刻膠的特性，本實施例還可以對所述結(jié)合體進行曝光、軟烘等過程。具體的，可通過透光的石英片進行紫外曝光，曝光劑量為170mj/cm2-330mj/cm2，優(yōu)選的，可為 200mJ/cm2或300mJ/cm2，具體可根據(jù)實際情況而定，曝光后對通道形成層202進行烘烤固化，一般可選擇90°C左右的烘烤溫度，烘烤時間約為lOmin。經(jīng)過烘烤固化后，將通道模板的納米尺寸的光柵結(jié)構(gòu)復制到了通道形成層202上，即在SU-8光刻膠層上形成了納米尺寸的光柵結(jié)構(gòu)，在通道形成層202上形成了通道溝槽，之后通過自然冷卻后將所述結(jié)合體進行分離，得到具有流體通道溝槽的石英基底(如圖10所示)和通道模板。如圖11-圖15所示，所述通道的鍵合密封過程包括步驟7 如圖11和圖12所示，提供通道覆蓋層用的基底，所述通道覆蓋層用的基底包括覆蓋層301和位于所述覆蓋層301表面上的鍵合層302 ；具體的，所述覆蓋層301為一種聚合物，本實施例中優(yōu)選為PET(聚乙烯對苯二酸酯，簡稱聚酯基片)，PET是一種耐久性強、堅固、高韌性、耐潮、耐高低溫、性能良好的彈性基材。選擇好覆蓋層301的材料后，在覆蓋層301表面旋涂光刻膠，作為鍵合層302，本實施例中的鍵合層302優(yōu)選采用SU-8光刻膠，具體可選擇型號為2025的SU-8光刻膠，之
8后經(jīng)過烘烤使鍵合層的光刻膠固化，烘烤溫度優(yōu)選為90°C左右，烘烤時間為20min左右，之后對鍵合層的光刻膠進行紫外曝光，曝光劑量為70mj/cm2-230mj/cm2，優(yōu)選的，可為IOOmJ/ cm2或200mJ/cm2，具體可根據(jù)實際情況而定，曝光后對鍵合層302進行烘烤固化，一般可選擇90°C左右的烘烤溫度，烘烤時間約為lOmin，之后進行自然冷卻。步驟8 如圖13所示，在所述鍵合層表面上形成粘附層303，本實施例中，所述粘附層303的厚度優(yōu)選為100nm-250nm ；具體的，由于粘附層303最好與鍵合層、通道形成層的材質(zhì)相同，且粘附層303的厚度不需要太厚，否則容易在鍵合時堵塞流體通道，但實際選材時，又沒有100nm-250nm厚的SU-8光刻膠，因此，本實施例中可采用稀釋后的SU-8光刻膠作為粘附層303的材料。本實施例中可選擇型號為2022的SU-8光刻膠，對光刻膠的稀釋方式可以為，將環(huán)戊酮SU-8光刻膠按體積比90-160 5的體積比進行混合即可，優(yōu)選為，將環(huán)戊酮SU-8光刻膠按體積比100 5進行混合，稀釋后的光刻膠的厚度約為150nm，或者將環(huán)戊酮SU-8 光刻膠按體積比150 5左右進行混合，稀釋后的光刻膠的厚度約為lOOnm，當然還可根據(jù)實際要求按照其它比例將二者進行混合，只要稀釋后的光刻膠的厚度滿足要求即可。之后，將稀釋后的光刻膠旋涂在固化的鍵合層302表面上，作為固化的鍵合層302 的粘附層303。步驟9 如圖14和圖15所示，將所述具有通道溝槽的通道形成層202覆蓋于所述粘附層303上，施加壓印壓力，使二者粘合，得到所述納米流體通道。具體的，對經(jīng)步驟5和步驟6處理后制的具有納米尺寸的光柵結(jié)構(gòu)的石英基底經(jīng)等離子體做清潔處理，清潔氣體可選擇氧氣，其原理是利用氧氣等離子體的氧化作用，去除石英基底或光柵結(jié)構(gòu)上粘附的有機物質(zhì)。將經(jīng)處理后的石英基底層壓在PET基底上，也就是說將具有流體通道溝槽的通道形成層202與粘附層303相貼合，之后在75°C左右的溫度烘烤約lOmin，之后施加一定的壓印壓力，使得通過粘附層303將通道形成層202與鍵合層 302粘合，該過程的壓印壓力優(yōu)選為0. 3MPa-0. 6MPa，更優(yōu)選為0. 4MPa或0. 5MPa。之后，保持75°C左右的烘烤溫度及相應(yīng)的壓印壓力一定時間，以使二者充分粘合，本實施例中這個時間可為20min左右，之后，進行自然冷卻后，透過PET基片301，對石英基片201上的各層光刻膠層進行紫外曝光，曝光劑量可在200mJ/cm2左右，完成曝光后，對包括石英基片201、 各層光刻膠層及PET基片在內(nèi)的層疊結(jié)構(gòu)進行烘烤，即后烘，使各光刻膠層之間充分固化交聯(lián)，如圖14所示，后烘溫度可由75°C上升到90°C左右，后烘時間約為20min，溫度上升速度可為2°C /min。之后，去除PET基片，即完成了納米流體通道的制作過程，如圖15所示。以上對各層SU-8光刻膠的曝光過程的目的是，使SU-8光刻膠內(nèi)的分子在光照作用下交聯(lián)，從而在后期的烘烤作用下可以很好的固化，即曝光烘烤前后的SU-8光刻膠由液體膜變?yōu)楣腆w膜，以使流體通道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。由于SU-8光刻膠自身性質(zhì)問題，決定了它只對波長為365nm周圍的光波敏感，因此本實施例中選用的紫外光源為365nm左右的汞燈，即汞燈的i線，曝光時間約為lmin-5min。以上描述中對各工藝參數(shù)的選擇并不能作為對本發(fā)明主體思想的限制，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明實施例的目的，上述工藝參數(shù)和具體的工藝過程等可以根據(jù)實際制作情況進行適當?shù)男薷模@些修改也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
本發(fā)明另一實施例公開了采用上述方法制作出的納米流體通道，其側(cè)壁具有原子尺寸的光滑度，在流體填充測試的過程中并未出現(xiàn)分層和堵塞現(xiàn)象，通道的邊界清晰可見， 而且鍵合工藝良好，看不出鍵合的界面，顯示了很好的質(zhì)量。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種納米流體通道制作方法，包括通道模板的制作過程、通道溝槽的形成過程以及通道的鍵合密封過程，其特征在于，所述通道模板的制作過程包括提供通道模板用的基底，所述通道模板用的基底包括本體層和位于所述本體層表面上的刻蝕阻擋層，所述本體層的材料為單晶硅；在所述刻蝕阻擋層上形成模板通道圖形開口；以具有模板通道圖形開口的刻蝕阻擋層為掩膜，采用濕法腐蝕工藝在所述本體層表面內(nèi)形成模板通道圖形開口，剩余通道處的本體層材料，以在所述本體層上形成光柵結(jié)構(gòu)；去除剩余的刻蝕阻擋層材料，得到所述通道模板，所述通道模板的側(cè)壁光滑、陡直且線條均勻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在作為本體層的單晶硅材料中，平行于所述本體層表面的晶面的原子鍵密度小于垂直于所述本體層表面的晶面的原子鍵密度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用濕法腐蝕工藝在所述本體層表面內(nèi)形成模板通道圖形開口過程中，腐蝕液體對平行于所述本體層表面的晶面的腐蝕速度大于對垂直于所述本體層表面的晶面的腐蝕速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述本體層為(110)晶向的硅襯底，且所述(110)晶向的硅襯底的(110)晶面平行于所述硅襯底表面，其(111)晶面垂直于所述硅襯底表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述腐蝕液體為堿性液體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述腐蝕液體為氫氧化鉀溶液，所述氫氧化鉀溶液中氫氧化鉀與水按質(zhì)量比為1 1混合，所述濕法腐蝕過程中，腐蝕溫度為 200C _85°C，腐蝕時間為 13min-23min。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述腐蝕液體為四甲基氫氧化氨TMAH溶液，所述TMAH溶液中TMAH與水按質(zhì)量比為1 9混合，所述濕法腐蝕過程中，腐蝕溫度為 600C _90°C，腐蝕時間為 8min-12min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述通道溝槽的形成過程包括提供石英基底，所述石英基底包括透光的石英片和位于所述石英片表面上的通道形成層；將所述通道模板壓在所述通道形成層上并施加壓印壓力，使所述通道模板壓入所述通道形成層，將所述通道模板上的光柵結(jié)構(gòu)復制到所述通道形成層上，在所述通道形成層上形成所述通道溝槽；所述通道的鍵合密封過程包括提供通道覆蓋層用的基底，所述通道覆蓋層用的基底包括覆蓋層和位于所述覆蓋層表面上的鍵合層；在所述鍵合層表面上形成粘附層，所述粘附層的厚度為100nm-250nm ；將所述具有通道溝槽的通道形成層覆蓋于所述粘附層上，施加壓印壓力，使二者粘合， 得到所述納米流體通道。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述通道形成層和所述鍵合層材料均為 SU-8光刻膠，所述粘附層材料為稀釋后的SU-8光刻膠。
10.采用權(quán)利要求1-9任一項所述的方法制作出的納米流體通道。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種納米流體通道制作方法，其中，通道模板的制作過程包括提供通道模板用的基底，所述通道模板用的基底包括本體層和位于本體層表面上的刻蝕阻擋層，本體層的材料為單晶硅；在刻蝕阻擋層上形成模板通道圖形開口；以具有模板通道圖形開口的刻蝕阻擋層為掩膜，采用濕法腐蝕工藝在本體層表面內(nèi)形成模板通道圖形開口，剩余通道處的本體層材料，以在本體層上形成光柵結(jié)構(gòu)；去除剩余的刻蝕阻擋層材料，得到所述通道模板，所述通道模板的側(cè)壁光滑、陡直且線條均勻。本發(fā)明在通道模板的制作過程，由濕法腐蝕工藝代替了干法刻蝕工藝，使得腐蝕之后的通道模板的側(cè)壁具有原子尺寸的光滑度，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題且降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號B81C1/00GK102303843SQ20111023345
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者付紹軍, 李小軍, 王旭迪, 邱克強, 陳勇 申請人:中國科學技術(shù)大學