[发明专利]基于硅纳米线阵列的微富集器芯片及制备方法

说明书

本发明提供基于硅纳米线阵列的微富集器芯片及制备方法，制备包括：提供衬底，制备凹槽结构；制备若干个微柱结构，相邻所述微柱结构基于所述开口嵌套设置；制备微流控端口，与所述凹槽结构相连通；及提供一盖板，并将所述盖板制备于所述衬底形成有所述凹槽结构的一侧，且所述盖板至少覆盖所述凹槽结构。本发明通过在凹槽结构形成的腔体内设计嵌套设置的微柱结构阵列，可以获得大的表面积，并使得流场均匀分布，且延长气体流路路径，进而提高吸附材料的均匀性，提高吸附气体的富集率，另外，通过在腔体内表面构筑一层高比面积的硅纳米线阵列，可极大地增加腔体内的内表面积，提高吸附材料的承载量，提高基于硅纳米线阵列的微富集器芯片的富集率。

技术领域

本发明属于微电子机械系统领域，特别是涉及一种基于硅纳米线阵列的微富集器芯片及制备方法。

背景技术

富集是一种重要的分析技术。富集器是气体分析仪器(如气相色谱仪、离子迁移谱、质谱仪)中的重要部件，常设置于仪器的前端，其主要功能是大量吸附被探测的目标气体组分，即进行富集，然后使目标气体组分在极短的时间内脱附，此时目标气体组分浓度被瞬间放大，并被送入分析仪器进行检测。一般而言，富集器可将分析仪器的探测能力提高1-3个数量级，当目标气体浓度比较低，特别是低于分析仪器的探测阈值时，富集器就显得尤为重要。

传统的富集器为管状结构，通常是金属管或玻璃管，管内填充吸附材料，管外绕制加热丝。传统富集器的优点是富集率高，但是其死体积大，热容量大，升温速率慢，功耗也较大。而基于MEMS(Micro-electro-mechanical systems)技术的硅基微富集器由于死体积小、热容量小、升温迅速、功耗低、易于集成等优点，备受研究者的关注。硅基微富集器结构可分为单沟道式和腔体式。单沟道式的硅基微富集器结构简单，但由于沟道长度较长使其出入口两端的压差大，由于沟道内没有设计制作微结构，其表面积也小，而现有的腔体式结构会带来不同的气流场分布，不均匀的气体流场分布会限制富集率的进一步提高。

因此，如何提供基于硅纳米线阵列的微富集器芯片及制备方法以解决现有技术中的上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供基于硅纳米线阵列的微富集器芯片及制备方法，用于解决现有技术中气体流场分布不均匀以及富集率有限等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供基于硅纳米线阵列的微富集器芯片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

提供一衬底，并所述衬底中制备凹槽结构；

于所述衬底中制备若干个微柱结构，所述微柱结构位于所述凹槽结构中，所述微柱结构包括依次连接的第一延伸部、连接部以及第二延伸部，所述第一延伸部、所述连接部及所述第二延伸部围成一具有开口的空间区域，相邻所述微柱结构基于所述开口嵌套设置；

于所述衬底中制备至少两个微流控端口，所述微流控端口与所述凹槽结构相连通；及

提供一盖板，并将所述盖板制备于所述衬底形成有所述凹槽结构的一侧，且所述盖板至少覆盖所述凹槽结构。

作为本发明的一种可选方案，制备所述盖板后，还包括步骤：于所述盖板远离所述衬底的一侧以及所述衬底远离所述盖板的一侧中的至少一者上制备加热电阻及测温电阻。

作为本发明的一种可选方案，制备所述加热电阻及所述测温电阻的步骤包括：于需要形成所述加热电阻及所述测温电阻的结构的表面沉积金属材料层，并于所述金属材料层上形成图形化掩膜层，并基于所述图形化掩膜层刻蚀所述金属材料层，以形成所述加热电阻及所述测温电阻。

作为本发明的一种可选方案，将所述盖板制备于所述衬底上的方式包括阳极键合，其中，所述盖板包括玻璃盖板，所述阳极键合的键合温度介于200℃-450℃之间，键合电压介于600V-1400V之间。