芯片实验室采用先进硅技术

时间:2022-10-20 10:30:03 公文范文 来源:网友投稿

zoޛ)j馟i4iըky材料,甚至芯片实验室的微流控部件都采用硅作为基础材料。

高分子材料还是硅

构成芯片实验室的微型结构可以使用不同的材料(高分子材料、玻璃和硅,以及这些物质的复合材料)制作而成。当然,现今最普遍的选择的是高分子材料。硅被认为是价格十分昂贵的选择。然而,当你利用几个简单的组件如微管道和混合器制作简易被动式微流控芯片时,情况才是这样。

只有当你利用无数个十分精细的管道、反应室和传感器制作芯片实验室时,硅的强度才会显现。当集成和传感是系统的核心技术时,硅绝对是最好的选择。并行化是选择硅作为材料的另一个重要原因。硅技术极其适用于采用成本高效的方法制造成百上千的结构。因此,对于以紧凑、超精细和大量结构为核心的芯片实验室应用而言,硅是最好的选择。

首先,利用光刻和干刻技术在硅片上压制图案(见图2)。压制完成后,这些结构用玻璃密封。在硅片背面,雕刻出能够将系统和加样槽和出口连接起来的流体连接件。

微流控的硅平台

为证实硅在微流控中的潜力,微电子研究中心(比利时鲁汶)根据其半导体制造知识开发了一个流程流。粗糙(500-3μm)结构和精细(3-O,5μm)结构均可在同一流程流中制造,而且在采用深硅蚀刻技术后并无明显差异。这提供了极大的设计灵活性。此外,高纵横比结构也可利用硅制造出来(纵横比高达40)。用作过滤器的又高又窄的微柱就是一个很好的例子。

未来的工作重点在于将背面金属层引入平台,以制造薄膜加热器和温度传感器。这将消除对外部冷却和加热系统的需要。对平台所做的另一改进将是实现低温接合(室温极佳)工艺,来替代当前需在400℃温度下执行的阳极接合。如此,开发商将能够使芯片在一个相同的工艺流程内功能化。

图3显示了在硅片上制造精细和粗糙微流控结构的工艺流程。(a)硅片(灰色部分)被氧化层覆盖(绿色部分)。精细结构图案压制在氧化层上,将在之后的阶段中用作制造结构的模板。(b)之后,添加氮化层(蓝色部分)。(c)执行蚀刻操作,去除氮化物和氧化物,并雕刻硅片形成粗糙结构。(d)氧化暴露的硅表面。这种氧化物将在制作精细结构的过程中起到保护作用。(e)去除氮化物和蚀刻精细结构。(f)去除氧化物。(g)硅片与派热克斯玻璃接合。(h)执行背面蚀刻操作以打开流体连接件。需要注意的是,由于采用了受氮化物保护的氧化物模板,精细结构蚀刻不必旋转涂覆抗蚀剂,其中精细结构蚀刻会比较困难,因为大部分表面已经为粗糙结构。

未来工作

作为硅基芯片实验室系统的第一步,研究人员已经建立了一个硅基平台用来制造微流控结构。工艺流程被用于制造各种各样的结构:微管道、混合器、微反应器、微柱过滤器、毛细泵和毛细阀门、微滴发生器(针对数字液滴聚合酶链反应)、合并器和分隔器。经证实,该工艺十分稳定,可用于各式各样的设计。

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